충남대 김현유 교수팀, '에너지·인바이런멘탈 사이언스‘ 논문 게재
충남대 김현유 교수팀, '에너지·인바이런멘탈 사이언스‘ 논문 게재
  • 김용우 기자
  • 승인 2020.02.24 15:55
  • 댓글 0
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15배 향상된 자동차 배기가스 정화용 백금 촉매 개발
충남대-KAIST-로렌스버클리 연구소 공동연구팀 기술개발

충남대학교 김현유 교수 등 국내.외 연구진이 새로운 나노촉매 디자인기술로 자동차 배기가스 정화용 백금촉매의 성능을 기존대비 15배 높이는데 성공했다.

(좌-우) KAIST 정우철 부교수, 충남대 김현유 부교수, 충남대 김천중 부교수
(좌-우) KAIST 정우철 부교수, 충남대 김현유 부교수, 충남대 김천중 부교수

충남대학교 신소재공학과 김현유, 김천중 교수와 KAIST 신소재공학과 정우철 교수, 미국 로렌스버클리 국립연구소 방사광가속기 센터 유영상 박사 등 공동연구진은 세륨산화물과 티타늄산화물의 계면 디자인을 통해 백금을 원자단위로 안정화시킨 단원자(single atom) 촉매 기술을 개발했다.

이번 연구는 국제 저명 학술지 ‘에너지·인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science)’ 온라인 판에 게재됐으며, 후면 표지 논문으로 출간될 예정이다.(논문명: A tailored oxide interface creates dens Pt single-atom catalysts with high catalytic activity).

이번에 개발된 기술은 백금이 촉매로 사용되는 환경 및 에너지 분야의 경제성을 향상시킬 수 있는 기반기술이다.

(좌-우) KAIST 이시원 연구원, 로렌스 버클리 연구소 유영상 박사, 김천중 충남대 부교수, 김현유 충남대 부교수, 충남대 유미 연구원, 충남대 하현우 연구원
(좌-우) KAIST 이시원 연구원, 로렌스 버클리 연구소 유영상 박사, 김천중 충남대 부교수, 김현유 충남대 부교수, 충남대 유미 연구원, 충남대 하현우 연구원

백금 촉매는 연료전지 및 자동차 배기가스 정화 등 다양한 목적으로 사용돼 왔으나 높은 가격과 낮은 매장량으로 인해 다른 소재로 대체하거나 백금의 사용량을 줄이면서 성능을 유지하려는 연구가 오랜 기간 진행돼왔다.

연구팀은 기존에 사용되던 수 나노~수십 나노 크기의 백금 촉매를 세륨-티타늄산화물 계면을 이용해 단원자(single atom)들로 분리해 개별 백금 원자들을 촉매로 사용하는 혁신적 기술을 개발했다. 이 기술에 따라 제조된 백금 단원자 촉매는 기존 백금 나노입자 촉매 대비 사용량 기준 15배 이상의 성능을 보여준다.

특히 연구팀은 전산모사를 통한 소재 디자인 방향 예측, 실험을 통한 촉매 제조 및 분석, 로렌스버클리 국립연구소 방사광가속기 센터의 실시간 반응환경 X선 흡수 분광기를 활용하여 효율적이고 과학적인 촉매 디자인의 방법을 제시하였다.

이번 연구는 충남대 유미, 하현우 연구원, KAIST 이시원 연구원, 로렌스 버클리 연구소 유영상 박사가 공동 제1저자로, 충남대 김현유, 김천중 부교수와 KAIST 정우철 부교수가 공동 교신저자로 참여했으며, 한국연구재단의 ‘중견연구’ 지원을 받아 수행됐다.

연구팀의 리더인 김현유 교수는 “이 연구는 소재 사이의 계면을 원자단위에서 능동적으로 조절해 개별 원자 하나하나를 고성능 촉매로 활용할 수 있는 아이디어를 제시한 새로운 성과”라며 “다양한 환경 및 에너지 분야 촉매 반응에 적용하여 경제성을 향상시킬 수 있는 창의적 결과”라고 강조했다.


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