표면 관찰 통해 합금 촉매 반응 원리 첫 규명

카이스트 박정영·정유성 교수팀

카이스트(KAIST) EEWS 대학원 박정영, 정유성 교수 연구팀이 합금 촉매 표면에서 벌어지는 화학 반응 과정을 실시간으로 관찰, 합금 촉매의 반응 원리를 처음으로 규명하는 데 성공했다.

합금 촉매는 단일 금속이나 금속 산화물 촉매에 비해 뛰어난 성능을 보여 연료전지반응이나 탄소계열 화학반응 등에 이용되지만 근본적인 원리는 밝혀지지 않았다.

연구팀은 문제 해결을 위해 기존 기기를 개선한 ‘상압 주사 터널링 전자 현미경’과 ‘상압 X-선 광전자분광기’를 활용해 백금-니켈 합금 촉매 표면의 역동적인 변화 과정을 관찰했다.

이를 통해 백금-니켈 합금 촉매의 반응성 향상이 금속-산화물 계면 나노구조의 표면 형성으로부터 시작됨을 밝혀냈다. 또 일산화탄소 산화과정에서 백금 혹은 니켈 산화물 단일 촉매에 비해 금속-산화물 계면 나노구조가 갖는 낮은 활성화 에너지가 촉매의 반응성 향상에 보다 유리할 수 있음을 확인했다.

이는 양자역학 모델링 계산 결과를 통해서도 입증됐다.

대전=임정재 기자 [e-mail]