나노 촉매 성능의 정량 측정 플랫폼 개발 

공과대학 신소재공학과 김현유 교수, KAIST 정우철 교수, 이강택 교수 공동연구팀이 촉매 반응점의 위치와 기여를 정량적으로 측정할 수 있는 백금 나노입자 기반 촉매 플랫폼을 개발했다.

이번 연구는 'Cell'의 화학분야 자매지 'Chem'(IF: 22.804)에 12월 23일 온라인판으로 게재됐으며, 김현유 교수는 KAIST 정우철 교수, 이강택 교수와 함께 이번 논문의 교신저자로, 충남대 하현우 박사, KAIST 이시원 박사, KAIST 배경택 학생이 공동 1저자로 참여했다. (논문 제목: A Measure of Active Interfaces in Supported Catalysts for High-temperature Reactions)

충남대-KAIST 공동연구팀은 다양한 화학 반응에 우수한 촉매 특성을 나타내는 산화물 지지체와 결합된 수 나노미터 크기의 백금 나노입자가 어느 부분에서 어떻게 촉매 성능에 기여하는지를 분석했다.

특히, 하현우 박사, 최혁 박사과정 학생이 참여한 김현유 교수 연구팀은 전자밀도함수이론 계산을 활용해 백금 촉매에 존재하는 반응점의 위치를 규명하고, 3상 계면과 2상 계면이 촉매 반응에 관여하는 메커니즘을 각각 밝혀내어 본 연구 결과를 이론적으로 뒷받침했다.

이에 공동연구팀은 균일한 크기를 가지는 백금 나노입자를 이용해 백금-산화물 플랫폼을 제작하고, 나노입자 표면 미세 코팅기술, 전자현미경 기반 3차원 전자단층촬영기법, 전자밀도함수이론 계산을 조합함으로써 백금 나노입자 촉매가 나타내는 고온 메탄 산화반응에 대한 우수한 성능의 원인을 규명했다.

이번 연구를 통해 백금-산화물-반응기체의 3상 계면과 백금-반응기체의 2상 계면이 얼마나 촉매 반응에 기여하는지, 이들의 기여가 백금 나노입자의 크기와 어떠한 관계를 갖는지에 대한 정량적 분석 데이터를 제공했으며, 원하는 화학 반응에 대해 최적화된 촉매 소재를 원자단위에서 디자인할 수 있는 토대를 마련했다.