KAIST(총장 신성철)는 이현주 생명화학공학과 교수가 한정우 POSTECH 교수와의 공동 연구를 통해 분산도 100%의 로듐 앙상블 촉매를 개발했다고 23일 밝혔다. 

개발된 촉매는 자동차 배기가스 정화 반응에서 시중의 디젤 산화 촉매에 비해 50도 낮은 온도에서 100% 전환율을 달성했다.

다양한 불균일계 촉매 중 귀금속 촉매는 높은 활성을 보여 널리 활용되지만 귀금속의 희소가치 때문에 귀금속 사용 효율을 극대화하는 것이 필요하다.  

단일원자 촉매는 모든 금속 원자가 촉매 반응에 참여할 수 있기 때문에 널리 사용된다. 하지만 금속 원자가 독립적으로 존재하기 때문에 앙상블 자리가 필요한 촉매 반응에서 성능을 발휘하지 못한다. 

프로필렌(C3H6)과 프로판(C3H8) 등의 탄화수소는 대표적인 자동차 배기가스 오염물질이다. 반드시 촉매 산화 반응을 통해 이산화탄소나 물로 전한한 뒤 배출해야 한다.

탄소-탄소, 탄소-수소 결합을 깨뜨려야만 탄화수소 산화반응이 진행되기 때문에 촉매 반응을 위해서는 금속 앙상블 자리를 확보해야 한다. 

연구팀은 100%의 분산도를 갖는 로듐 앙상블 촉매를 개발해 자동차 배기가스 정화반응에 적용했다. 

그 결과 일산화탄소(CO), 일산화질소(NO), 프로필렌, 프로판 산화 반응에서 우수한 저온 촉매 성능을 나타냈다. 

이는 탄화수소 산화 반응 성능이 없는 단일원자 촉매나 낮은 금속 분산도로 인해 저온 촉매 성능이 떨어지는 나노입자 촉매의 단점을 보완한 것이다.

연구진은 이 촉매가 상용화된 디젤 산화 촉매(DOC)보다 높은 활성과 내구성을 가져 실제 자동차 배기가스 정화에 적용 가능할 것으로 기대하고 있다. 

이현주 교수는 "기존의 단일원자, 나노입자 촉매와 다른 새로운 금속 촉매 개념"이라면서 "자동차 배기가스 정화 촉매 분야에 산업적 적용 가능성이 크다"라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 선도연구센터사업 초저에너지 자동차 초저배출 사업단의 지원을 받아 수행됐다.

정호진 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 '미국 화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)'에 지난 5일자 온라인 판에 게재됐다.