미국 연구진이 단일 금속 원자가 촉매로 작동해 일산화탄소(CO)를 이산화탄소(CO2)로 전환할 수 있음을 보였다. 이들 화학 반응은 일반적으로 자동차 배기 가스에서 유해한 가스를 제거하기 위해 사용된다. 이번 연구는 촉매 변환기 설계를 향상시킬 수 있으며, 또한 계산 촉매학 분야에서 주요한 의미를 가진다. 관련 연구는 Nature Catalysis(2018)에 게제되었다 (DOI : 10.1038 / s41929-018-0028-2).
엔진 온도의 저감 극복
점점 엔진의 효율이 좋아짐에 따라 연소 온도도 점차 낮아지고 있다. 역설적으로 촉매 변환기가 더 유해한 배출 가스 생성이 더욱 어려워지고 있다. 자동차 회사는 인간의 건강을 보호하기 위해 만들어진 배출 기준을 충족시키기 위해 노력해 오고 있다. 폭스 바겐의 경우는 배기 가스 시험을 속이는 소프트웨어를 개발했다가 유죄 판결을 받기도 했다.
연구진은 저온 촉매를 연구하는 동안 단일 금속 원자와 이들이 저온에서 촉매로 작용할 수 있는 능력을 있는지에 대한 관심이 생겼다고 말했다. 해로운 화학물질인 일산화탄소와 질소 산화물들은 대부분 시동을 걸 때 발생한다. 온도가 낮으면 낮을수록 이들 유해 화학물질을 중화시키는 것이 어려워진다.
일산화탄소에서 이산화탄소로
이번 연구는 실온 근처에서 화학 반응이 일어날 때 구리 산화물 지지체 위에 있는 단일 백금 원자가 촉매로 작용할 수 있음을 증명한 것이다. 단일 백금 원자는 일산화탄소를 붙잡고 있으며, 구리 산화물은 이를 이산화탄소로 전환할 수 있도록 산소 원자를 공급하는 역할을 한다. 이번 연구는 저온 촉매 전환기의 차세대 설계를 안내해 주는 벤치마크 연구가 될 것이라고 연구진은 주장했다.
촉매 전환기는 희귀하고 값비싼 금속인 백금을 사용하기 때문에, 이들 원소의 사용을 단일 원자 수준까지 낮출 수 있다면 비용을 절감할 수 있다는 것이 연구진의 설명이다. 이번 연구는 과학계에서 오랫동안 논쟁이 되었던 저온에서 단일 원소가 촉매로 작용해서 일산화탄소의 산화로 이산화탄소가 생기는지 여부에 대한 답을 제공해 주었다.
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