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플라스마로 금속 촉매 수명 늘려

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플라스마로 금속 촉매 수명 늘려

2016.03.14 18:00

기계硏-화학硏 공동연구진은 금속촉매의 환원 효율을 높일 수 있는 플라즈마-촉매 융합 반응을 규명해 지난달 2월 화학 분야 세계적인 국제 학술지 ‘켐캣켐(ChemCatChem)’ 표지논문으로 발표했다. - 켐캣켐 제공
한국기계연구원과 한국화학연구원 연구진은 공동으로
금속 촉매의 환원 효율을 높일 수 있는 플라스마-촉매 융합 반응을 규명해 지난달 화학 분야 국제 학술지 ‘켐캣켐(ChemCatChem)’ 표지논문으로 발표했다. - 켐캣켐 제공

국내 연구진이 기존에는 없었던, 금속 촉매의 수명을 늘릴 수 있는 새로운 방법을 제시했다.

 

이대훈 한국기계연구원 책임연구원은 한국화학연구원과 공동으로 금속 촉매의 환원 효율을 높일 수 있는 ‘플라스마-촉매 융합 반응’을 규명했다고 14일 밝혔다.

 

플라스마는 이온핵과 자유전자로 이뤄진 입자들의 집합체로 기체 상태의 물질에 계속 열을 가해 만들 수 있다.

 

화학 공정에서는 대부분 반응이 빨리 일어나도록 도와주는 금속 촉매를 사용하는데, 반복적으로 사용하면 금속 촉매가 산화되면서 촉매로서의 기능이 떨어진다. 보통은 고온의 환원기체를 공급해 금속산화물을 다시 금속 원자로 환원시키는 ‘열 환원 반응’을 활용하지만, 높은 온도 때문에 촉매의 구조가 변해 나중에는 결국 촉매를 교체해야 하는 상황에 이른다.

 

연구팀은 플라스마를 활용하면 열 환원 반응보다 평균 50~100도가량 더 낮은 온도에서 더 빠르게 환원시킬 수 있다는 사실을 알아냈다.

 

기존의 열 환원은 원자와 수소 분자(H2)가 촉매 표면에 먼저 흡착된 뒤 산화된 촉매 표면의 산소 원자(O)와 반응해 물(H2O)로 환원된다. 하지만 플라스마-촉매 융합 반응을 이용하면 기체 상태의 H라디칼(H·)을 생성하기 때문에 흡착 과정 없이 표면에서 빠르게 환원 반응이 일어났다. 또 조건에 따라 차이는 있지만, 촉매를 완전히 환원시키는 데 걸리는 시간은 절반 수준으로 줄었다.

 

이 연구원은 “플라스마-촉매 융합 반응으로 산화된 금속 촉매를 더 낮은 온도에서 빠르게 환원시킴으로써 금속 촉매의 구조 변화를 막을 수 있고, 이를 통해 결과적으로 촉매의 수명을 연장할 수 있다”며 “이번 연구 결과로 밝힌 새로운 환원 원리를 적용해 화학 산업에 기여하고 싶다”고 밝혔다.

 

연구 결과는 화학 분야의 세계적인 국제 학술지 ‘켐캣켐(ChemCatChem)’ 2월 18일자 표지논문으로 게재됐다.

 

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