일산화탄소와 질소산화물, 황산화물 등 유해물질을 쉽게 분해할 수 있는 과학적 원리가 규명됐다.
박정영 한국과학기술원(KAIST) 교수팀은 나노 입자의 산화막이 얇을수록 촉매 활성도가 높아진다는 사실을 입증했다고 밝혔다.
적은 양의 나노 촉매로 많은 기체를 분해하려면 나노 입자 표면 산화막이 중요하다는 사실은 널리 알려졌지만 아직 과학적으로 증명된 적은 없다.
박 교수팀은 해당 물질에 X선을 쬐어 표면의 산화 상태를 분석하는 '상압 X선 광전자 분광법'을 이용해 촉매 환경에서 나노 입자의 산화 상태를 정확히 측정했다.
2.9㎚와 6㎚의 루테늄 나노 입자 2개를 만들어 단층으로 표면에 붙이고 온도와 압력을 바꿔가며 측정한 결과, 크기가 큰 루테늄 나노 입자의 얇은 산화막이 촉매의 활성도를 높이며 산화상태에 따라 활성도 제어도 가능하다는 것을 입증했다.
나노 촉매는 표면적이 넓은 산화물에 나노미터(㎚ㆍ10억분의 1m) 크기의 금속 입자가 분산된 형태의 재료다. 기체를 분해해 일산화탄소와 질소산화물, 황산화물 등 유해물질을 물, 탄산가스 등 무공해 물질로 바꾸는 화학공정에 쓰인다.
우리가 일상생활에서 사용하고 있는 제품의 80% 이상은 촉매를 이용해 만들어지는데 사용 후 폐기된 촉매는 환경오염문제가 생기는 문제가 지적돼왔다
박 교수는 "이번 연구로 향후 환경오염의 주 원인이 될 수 있는 촉매물질의 사용을 획기적으로 줄일 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구성과는 나노분야의 권위지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 10월호에 실렸다.
권대익기자 dkwon@hk.co.kr
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