나노촉매에 산화막을 형성시켜 촉매 반응을 극대화 시킬 수 있는 원리가 국내 연구진에 의해 규명됨으로써 새로운 촉매물질 개발에 가능성이 열렸다.

카이스트는 박정영 교수가 주도한 ‘촉매환경에서 루테늄(Ru) 나노입자의 산화상태 분석을 통한 나노입자의 산화상태와 활성도와의 관계 규명’ 논문이 최근 나노분야의 권위 있는 학술지인 ‘Nano Letters’ 온라인 속보에 게재됐다고 밝혔다.

이번 연구는 카이스트 박정영 교수가 주도하고 캄란 카디르 박사과정생, 울산과기대 주상훈 교수, 한양대 문봉진 교수 및 UC버클리대 가보 소모자이 교수가 참여한 공동 연구다.

활성도가 높은 촉매를 효과적으로 제조하기 위해서는 나노입자의 표면 산화막이 중요한 요인이다. 이를 과학적으로 입증하기 위해서는 촉매가 반응하는 환경에서 나노입자의 산화상태를 정확히 측정해야 하지만, 지금까지 대부분 진공상태에서만 분석되어 이를 면밀히 확인하기 어려웠다.

최근 개발된 상압 엑스선 광전자 분광법은 이러한 상압에서 표면의 성분과 산화상태의 연구가 가능하게 했다.

이에 박정영 교수 연구팀은 상압 엑스선 광전자 분광법으로 나노입자의 산화상태를 촉매환경에서 측정하는데 성공했다.

박 교수팀은 2.8나노미터와 6나노미터 크기의 루테늄 나노입자 2개를 콜로이드 합성법으로 제작하고, 랭뮤르 블라짓 기법으로 나노입자 한 층을 표면에 증착시켰다. 이에 연구팀은 나노입자의 산화상태를 온도와 압력을 바꿔가며 측정했고, 크기가 큰 루테늄 나노입자가 얇은 산화막을 가진다는 결과를 도출했다.

또한 연구팀은 측정결과를 바탕으로 산화상태가 촉매의 활성도에 미치는 영향을 확인해 크기가 큰 루테늄 나노입자의 얇은 산화막이 촉매의 활성도를 높일 수 있고 산화상태를 바꾸면 활성도도 제어할 수 있다는 사실을 입증했다.

박정영 교수는 “나노입자의 산화막이 촉매환경에서 만들어지고 촉매활성도에도 직접적인 관계가 있음을 규명한 이번 연구는 활성도가 높은 촉매물질을 만드는데 응용돼 환경오염에 주요한 원인이 될 수 있는 촉매물질의 사용을 획기적으로 줄이는데 기여할 것으로 기대 한다”고 연구의의를 밝혔다.