[대학저널 오혜민 기자] 서강대학교(총장 박종구) 물리학과 김현정 교수팀이 백금 나노결정의 촉매작용 과정에서 발생하는 국부적 결정변형을 단결정 3차원 이미징으로 구현하고 원인을 밝혔다.
연구결과는 자연과학분야의 세계적 학술지 ‘Nature Communications’ (Impact Factor 12.353, 2017년 기준)에 지난 24일(온라인판) 게재됐다.
백금 나노결정은 자동차의 촉매 컨버터, 연료전지, 전기촉매반응 등 산업현장에서 널리 쓰이고 있는 물질이다. 지금까지 다결정 전체의 평균적 변형 측정에 대한 연구는 있었으나 촉매 작용에 따른 단결정의 국부적 구조 변형 혹은 스트레인을 시간분해 3차원 이미징으로 구현해 이론적 시뮬레이션으로 원인을 밝혀낸 것은 처음이다. 김현정 교수팀은 결맞는(coherent) X-선 회절법 을 이용해 원자수준의 격자 변형 3차원 이미징을 진행했다.
이번 연구의 성과는 촉매반응에 참여하는 촉매제 결정의 변형부위와 원인을 밝혀내 촉매 산화 메커니즘에 대한 이해의 폭을 넓혔다는데 있다. 이를 통해 향후 결정변형으로 인한 촉매 효율저하를 막을 수 있으며 보다 다양한 나노결정 기반의 촉매제 디자인이 가능해질 전망이다.
특히 이번 연구에서는 촉매반응 중 한 예제로 메탄 촉매반응이 적용됐다. 메탄 촉매반응은 지구 온난화를 비롯한 여러 환경문제의 원인이 되는 메탄가스를 변환시키는 연구에 활용될 수 있다.
김현정 교수는 “이번 연구결과는 원자 스케일에서 일어나는 촉매반응과정(흡착, 해리, 반응생성, 탈착 등)에 의해 생겨난 금속 촉매제의 변형을 이론적, 실험적으로 3차원 이미징해 밝힌 결과”라며 “미래 촉매산업의 개선된 촉매제 디자인에 기여할 수 있을 것”이라고 전했다.
이번 연구는 최첨단 방사광 가속기인 미국 아르곤 국립연구소의 Advanced Photon Source와 독일의 PETRA III를 이용해 수행됐으며 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업(도약)과 선도연구센터지원사업 등의 지원을 받았다.
[저작권자ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]
