연탄가스인 일산화탄소 기체로 고체 백금 촉매의 활성을 향상시킬 수 있게 됐습니다. 광주과학기술원(GIST) 최창혁 교수와 한국과학기술원 김형준 교수의 공동연구팀은 '균일촉매'뿐만 아니라, '불균일촉매'에서도 일산화탄소 백금 촉매의 활성을 향상시키는 기술을 개발했다고 밝혔습니다.
백금 촉매는 자동차 배기가스의 유해 물질 제거, 수소연료전지의 수소 생산 등 다양한 화학반응에서 활용되는데요. 백금 촉매의 공정단가를 경제적으로 낮추기 위해서는 백금 촉매 성능의 향상이 필수적이라고 해요.
일산화탄소는 백금 표면에 강하게 흡착해 촉매로서의 활성을 저해한다고 알려져 있습니다. 그런데 일산화탄소와 백금 촉매의 상이 같은 '균일촉매'의 경우에는 오히려 일산화탄소가 백금 촉매의 촉진제로서 작용하기도 하는 양면성을 가졌다고 합니다.
학계와 산업계에서는 이 같은 균일촉매에서의 화학현상을, 일산화탄소와 백금 촉매의 상이 서로 다른 '불균일촉매'에도 접목하여 백금 촉매의 성능을 끌어올리려는 노력을 계속 시도했지만 쉽지 않았습니다.
최창혁 교수 연구팀은 불균일 백금 촉매가 일산화탄소의 존재 하에서 활성화되는 현상을 규명해냈습니다. 전기화학적 수소 생산 반응에서 일산화탄소가 존재하면 백금 촉매의 활성이 2배 가까이 증진된 것이 확인됐어요.
이 현상은 단일 원자 백금이 황 원자로 둘러싸인 형태의 촉매일 때 관측됐는데요. 분광분석법으로 관측한 결과, 일산화탄소에 의해 단일 원자 백금과 황 원자의 결합이 일부 끊어지고 일산화탄소와의 결합이 새로 생겼습니다. 균일촉매와 같이 불균일촉매에서 중심 금속과 리간드와의 상호작용이 발생한 것이죠.
최창혁 교수는 "균일계 촉매에서 보이는 화학적 현상을 불균일계 촉매에서도 구현할 수 있는 시스템을 발견했다"며 "오랜 꿈으로 여겨졌던 균일계·불균일계 촉매의 틈을 연결하고, 각 장점만을 구현한 새로운 형태의 촉매 개발을 연구할 계획"이란 포부를 밝혔습니다.
이번 연구 성과는 화학 분야에서 최고의 권위를 가진 학술지 <미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)>에 11월 1일자 논문으로 게재되었습니다.
