건국대 연구진이 단일 백금 나노입자의 전기화학적 촉매 특성 분석을 통해 히드라진(hydrazine) 산화 반응이 백금 촉매에 가해주는 전압에 따라 다른 양상으로 일어날 수 있음을 밝혀냈다.

히드라진(hydrazine) 산화 반응은 공업적으로 매우 중요한 반응으로서 이번 연구 결과는 백금 나노입자 촉매의 수명 개선과 반응 수율 조절에 큰 영향을 줄 것으로 예상된다. 

건국대 화학과 권성중 교수(교신저자) 주도로 정아람 석사과정생(제1저자)이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부가 추친하는 신진연구자지원사업으로 수행되었으며 연구결과는 SCI(과학논문인용색인)급 국제 화학학술지인 JACS(미국화학 학회지 : Journal of the American Chemical Society) 최근호 (2월11일자)에 게재됐다.

최근 나노 기술의 발달로 나노소재의 합성과 이를 나노미터 수준에서 제어하려는 연구가 눈부신 발전을 거듭해 왔음에도 불구하고, 나노입자를 응용한 신기술 혁신은 상대적으로 미비한 실정이다.

나노입자들의 물성은 덩어리 물질의 성질과 상이하며, 그 크기나 형태에 따라서도 변화가 심하므로 이에 대한 정확한 이해 없이 나노입자를 응용한다는 것은 기초공사 없이 집을 짓는 것과 같다고 할 수 있다. 


하지만 나노입자의 특성을 제대로 측정하고 분석하기란 매우 어려운 일이며 전 세계적으로도 몇몇 연구 기관들만이 수행하고 있는 도전적인 과제이다. 

권 교수 연구팀은 전기신호증폭법이라는 방법을 이용하여 단일 나노입자 수준에서 나노입자의 촉매 특성을 연구하여 왔다. 이 방법은 나노입자 하나에서 얻어지는 작은 신호를 전기화학적으로 증폭하여 관찰 및 구분이 가능하게 하는 방법이다. 

이번 연구에서 수많은 나노입자들이 모여서 나타내는 총체적 성질(ensemble property)을 통한 연구에서는 드러나지 않았던 백금 나노입자 촉매의 히드라진(hydrazine) 산화 반응 메커니즘의 특징을 연구하였다.

이 촉매반응이 가해주는 전압에 따라 2가지 다른 형태로 일어남을 관찰하였는데, 특정 전압 이하에서는 촉매반응이 지속적으로 일어나는데에 반해서 특정 전압 이상에서는 촉매반응이 순간적으로 나타날 뿐 시간에 따라 감소하는 현상을 관찰하고 이에 대한 원인이 반응생성물인 질소 기체의 버블현상 때문임을 규명하였다. 


권 교수는 “이번 연구결과로 나노입자의 촉매특성이 전압과 같은 다양한 변수에 의해서 달라질 수 있음이 확인돼 앞으로 나노입자의 촉매사용과 관련한 중요한 지침이 될 것으로 예상된다”고 말했다. 권 교수는 “앞으로 다양한 나노입자와 촉매반응에 대해 이 기술을 적용하여 단일 나노입자 수준에서 촉매특성이 어떻게 변화하는지를 지속적으로 연구할 계획”이라고 말했다.

 

 

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