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KAIST, 분산도 100% 배기가스 정화용 '로듐 앙상블 촉매' 개발

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등록 2018-07-23 13:55:06
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【대전=뉴시스】김양수 기자 = 분산도 100% 로듐 앙상블 촉매를 이용한 자동차 배기가스 정화 반응 개념도.2018.07.23(사진=KAIST 제공) photo@newsis.com
【대전=뉴시스】김양수 기자 = KAIST는 생명화학공학과 이현주 교수가 포항공대 한정우 교수와 공동 연구를 통해 자동차 배기가스 정화에 사용할 수 있는 분산도 100%의 로듐 앙상블 촉매를 개발했다고 23일 밝혔다.

연구팀이 개발한 촉매는 자동차 배기가스 정화 반응에서 시중의 디젤 산화 촉매에 비해 50도 낮은 온도에서 100%의 전환율을 달성했다.
 
정호진 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 ‘미국 화학회지(JACS)’ 온라인 판에 지난 5일자로 게재됐다. 논문명은 Fully Dispersed Rh Ensemble Catalyst to Enhance Low-Temperature Activity다.

연구팀에 따르면 다양한 불균일계 촉매 중 귀금속 촉매는 높은 활성을 보이기 때문에 널리 사용되지만 귀금속의 희소가치 때문에 사용 효율을 극대화하는 것이 중요하다.

프로필렌(C3H6)과 프로판(C3H8) 등의 탄화수소는 대표적인 자동차 배기가스 오염물질로 반드시 촉매 산화 반응을 통해 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 전환한 뒤 배출돼야 한다.

또 탄소-탄소, 탄소-수소 결합을 깨뜨려야만 탄화수소 산화반응이 진행되기 때문에 촉매 반응을 위해서는 금속 앙상블 자리를 확보하는 것이 필수적이다.

이에 따라 연구팀은 기존의 단일원자 촉매 또는 나노입자 촉매와는 다른 100%의 분산도를 보유하고 두개 이상의 원자가 붙어있는 로듐 앙상블 촉매를 개발해 자동차 배기가스 정화반응에 적용했다. 100% 분산도는 모든 원자가 반응에 참여할 수 있다는 의미다.

그 결과 일산화탄소(CO), 일산화질소(NO), 프로필렌, 프로판 산화 반응에서 모두 우수한 저온 촉매 성능을 보였다.
 
이를 통해 연구팀은 탄화수소 산화 반응 성능이 없는 단일원자 촉매나 낮은 금속 분산도로 인해 저온 촉매 성능이 떨어지는 나노입자 촉매의 단점을 보완했다.

특히 연구팀이 개발한 분산도 100%의 로듐 앙상블 촉매는 상용화된 디젤 산화 촉매(DOC)보다 높은 활성과 내구성을 가져 실제 자동차 배기가스 정화에 적용 가능할 것으로 기대된다.

이현주 교수는 "이번에 개발한 촉매는 기존의 단일원자, 나노입자 촉매와는 다른 새로운 금속 촉매 개념으로 학술적으로 기여하는 바가 크다"며 "자동차 배기가스 정화 촉매 분야에도 산업적으로 적용 가능해 가치가 큰 연구"라고 말했다.

 kys0505@newsis.com
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