| 초록 |
1. 연구의 개요 촉매는 화학 반응의 핵심이며 현대에 사용되고 있는 모든 물질의 약 80% 이상이 촉매를 사용하여 제조되고 있을 정도로 필수적인 기술이다. 현재의 나노 촉매 반응의 메커니즘 연구는 주로 전자현미경이나 분광분석법을 이용하고 있다. 불균일 촉매는 표면 상태에 따라 매우 다른 특성을 나타내며,반응 중 촉매의 표면 구조가 온도나 압력과 같은 반응 환경에 따라 민감하게 달라지기도 하는데 이 분석법들은 분석 조건이 대부분 초고 진공 상태에서 반응 연구가 이루어지고 있어 실제 촉매반응과는 다른 환경에서 진행된다. 또한 높은 에너지의 전자나 빛을 이용하기 때문에 촉매가 측정 중 변하거나 측정 시간이 수초에 불과해 정밀한 분석을 유도하기 어렵다. 최근에 환경투과전자현미경 (ETEM) 둥의 분석장비들이 개발되고 있으나 특별한 측정 장비가 필요하고 아직까지 가능한 반응 환경이 제한되어 있다. 일반적인 분해능을 지닌 분광분석법 (자외선-가시광선 분광법 등) 의 경우는 대량의 촉매 시료에 대한 평균적인 결과만을 얻게 되므로 각각의 나노구조 표면의 차이나 온도 혹은 농도 등의 국소 환경 차이에 따른 중요한 정보들을 알 수 없게 된다. 본 연구실은 국소표면플라즈몬공명 (LSPR) 을 이용한 실시간 반응모니터링 방법을 이용해 한계를 극복하고자 한다. LSPR이란 나노금속입자 표면의 전자 구름이 방사된 빛과 의 상호작용으로 산란된 빛을 말한다. 이 산란된 빛은 금속의 특성이나 주변 환경에 따라 달라지는데 분해능이 촉매 입자 하나에 달하며 반응 환경 민감성이 매우 높아 좋은 측정 탐침으로 사용할 수 있다. 본 연구실에서는 흐름 셀과 온도조절장치 도입을 통해 상온 이상의 온도에서의 은 나노 입자의 갈바닉 반응을 실시간 모니터링하여 보고한 바 있다. 이 방법을 이용하면 실시간 (in situ), 실제 조건 (in operando) 에서의 촉매 반응 메커니즘 연구가 가능하게 된다. 또한 단일 입자를 관찰할 수 있기 때문에 표면 구초에 따른 반응 과정을 높은 분해능으로 측정할 수 있게 된다. 아울러 표면에 결합된 반응 중간체를 표면증강라만 산란 (SERS) 분광법으로 측정할 수 있으므로,반응 중 촉매 입자의 표 면 구조 형태와 반응 중간체를 동시에 이해할 수 있을 것이다. 이는 현재 화두가 되고 있는 에너지 제조 반응을 이해하는 데 큰 도움이 될 것으로 예상된다. 앞으로 전기화학적 분석 장치와 결합,전기 촉매의 반응 메커니즘을 분석하여 전자의 이동 동역학 수준 까지의 정밀한 연구를 목표로 하며,적용 대상 영역을 유기 촉매화학 반응과 광반응, 전기화학 반응 등 용액 상 반응과 아울러 고온 기체 반응에까지 적용하여 넓은 범위의 불균일 촉매 반응에 적용할 수 있는 일반화된 측정 방법을 고안하고자 하였다. (출처 : 본문 1. 연구의 개요 2p) |
