KAIST(총장 강성모) 생명화학공학과 이현주 교수 연구팀이 불균일계 백금 단일원자 촉매를 전기화학 반응에 적용시키는 데 성공했다.
연구 결과는 화학분야 권위지인 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition) 2015년 12월 28일자 온라인 판에 게재됐다. 특히 핫 페이퍼(Hot Paper)로 선정되며 중요성을 인정받았다.
이번 연구는 연세대 알로이시우스 순(Aloysius Soon) 교수팀과의 공동 연구를 통해 진행됐다.
순 교수 연구팀은 2012년 전도성을 가진 질화 티타늄의 결함자리에 백금 단일원자가 존재할 수 있음을 이론적으로 증명했다. 2013년에는 백금 단일 원자가 기존 촉매와는 전혀 다른 특성을 보일 것으로 예측했다.
이 교수 연구팀은 순 교수 연구팀의 시뮬레이션 결과를 토대로 전도성이 있는 질화 티타늄 나노입자 위에 백금 단일원자 촉매를 만드는 데 성공했다.
백금 단일원자 촉매는 백금 나노입자와 전혀 다른 반응성 및 선택성을 나타냈다. 과산화수소 생성 반응에서 기존의 최고 성능보다 약 3배 향상된 질량당 반응성, 65%의 높은 선택도를 보였다.
유기물질의 산화반응에서도 백금 단일원자는 나노입자와 다른 반응을 보였다. 포름산 산화반응, 메탄올 산화반응에서도 백금 나노입자는 탈수화 반응을 보이는데 반해 백금 단일원자는 탈 수소화 반응을 보였다.
이 교수는 "단일원자 촉매는 기존의 촉매 시스템과 전혀 다른 특성을 가져 산업적으로 다양하게 이용할 수 있다"며 "단일원자 촉매군을 이용하면 기존의 불균일계 촉매군으로는 불가능했던 높은 반응성과 선택성을 구현할 수 있을 것"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 양성은 박사가 제 1저자로 참여했으며 글로벌프런티어 멀티스케일 에너지 연구단 및 미래창조과학부의 지원을 받아 수행됐다.
[저작권자ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]
