경제성이 있는 금 촉매를 디자인할 수 있게 해주는 서브 나노크기의 컴퓨터 시뮬레이션

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-18

피츠버그 Swanson 공과대학의 연구원들은 새로운 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 나노크기 수준의 촉매 기능을 조사하는 연구를 수행하고 있다. 금은 부피가 크고 화학적으로 불활성인 특성에 의해 이전부터 보석으로 널리 사용되어 왔다. 지난 30년 동안에 나노크기의 금은 우수한 특성을 가진 촉매, 특히 산화 반응에 사용되는 촉매로 주목을 받았으며 널리 사용되었다. 화학 반응들에서 백금과 다른 요소들은 촉매들로 잘 작동한다. 그러나 이들은 비경제적이며 공정은 많은 재료들을 필요로 할 수 있다. 그러나 서브 규모의 수준에서 컴퓨터 모델링을 사용하여 보다 효율성이 좋은 금 촉매를 경제적으로 디자인하는 것이 가능하다. “금은 부식이 되지 않고 항상 빛나는 노란 색을 유지하기 때문에 이전부터 보석으로 널리 사용되어 왔다. 그러나 금 원자들만이 포함된 서브 나노규모의 촉매들은 매우 비싸고 화학적인 특성을 이해하기가 어렵다. 또한 올바른 조성비를 알기 위해서는 실험실에서 행해지는 시행착오적인 실험방법에 의존한다. 예를 들면, 8개의 금 원자들로 구성된 촉매는 산화반응에 매우 활성적일 수 있지만 6개의 금 원자로 된 촉매는 전혀 활성이 안 될 수 있다. 이러한 거동은 많은 연구자들이 지난 몇 십 년 동안 이해하지 못했던 분야”라고 화공학과 부교수인 Giannis Mpourmpakis는 말한다. 컴퓨터 모델링을 이용한 새로운 방법들은 실험하는데 포함되는 시간을 줄여주며 보다 정확한 방법의 예측을 할 수 있게 해주기 때문에 보다 우수한 촉매를 디자인하고 재료를 적게 사용할 수 있게 해주어 비용을 절감할 수 있다고 Mpourmpakis 박사는 말한다. 백금 촉매들을 사용한 특징적인 반응는 이 금속의 수천 개의 원자들을 필요로 할 수 있다. 그러나 금이 사용될 때 공정은 10개 미만의 원자들만 필요로 할 수 있다. 이 동정은 환경 및 에너지 분야에 적용될 수 있는 많은 잠재성을 가진다. 예를 들면, 일산화탄소와 물이 반응하여 수소를 만들 때, 자동차의 배기구에서 일산화탄소가 이산화탄소로 전환될 때 촉매반응들이 일어난다. “우리의 연구는 작은 금 촉매의 거동에 대한 매우 복잡한 내용을 잘 보여주고 있다. 우리는 특별한 촉매 크기의 활성도를 주는 촉매 내의 물리화학적인 반응들이 경쟁적으로 진행되는 형상을 관찰하고 매우 고무되어 있다”고 런던 대학 화공과의 Michail Stamatakis 박사는 말한다. 20141213_catalyst.jpg http://www.azom.com/news.aspx?newsID=42990