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기술동향
동향 기본정보
빛을 이용한 화학 반응
동향 개요
| 기관명 | NDSL |
|---|---|
| 작성자 | KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 |
| 작성일자 | 2017-07-19 00:00:00.000 |
| 내용 | 빛과 금속 사이의 색다른 상호 작용을 통해 화학 반응을 보다 지속 가능하게 만들 수 있지만, 그 뒤에 숨어있는 물리학은 여전히 논란이 되고 있다. 최근 미시건 대학교 (University of Michigan)의 연구에 따르면 빛을 수확하는 금속이 촉매 금속에 에너지를 전달하여 촉매 디자인을 개선하는 방법을 보여주었다. 촉매는 화학 반응의 중간 과정이다. 저온에서 반응을 일으켜 필요한 에너지를 줄이고 원하는 화학 반응을 일으키고 낭비를 줄이며 원하는 반응 경로를 제공할 수 있다. 빛을 포획할 수 있는 소위 플라즈몬 (plasmon) 금속으로 새로운 종류의 촉매를 만들 수 있지만, 반응을 유도하는데 탁월하지 않다. 연구자들은 그 효과를 향상시키기 위해 연료 생산 및 치약과 같은 일반적인 가정용 제품과 관련된 반응을 개선하여 더 나은 촉매 물질로 그 화학 반응 물질을 처리하고 있다. 이전 실험의 어려움은 많은 다른 노출된 표면이 있었기 때문에 나노 입자의 복잡성으로 인해 결과를 해석하기가 매우 어려워졌다. 연구팀은 플라즈몬 나노 구조가 어떻게 촉매 활성점으로 빛의 에너지를 이동시키는지 설명했다. 그런 다음 이 메커니즘을 이용하여 매우 효율적이고 선택적인 촉매를 설계할 수 있는 방법을 보여주었다. 선택성은 낭비를 일으키는 원치 않는 '부작용' 반응을 줄이므로 중요하다. 구리, 은 및 금은 플라즈몬 특성, 또는 표면 플라즈몬 (surface plasmons)이라고 불리는 표면 전자에서 파의 형태로 가시 광선 에너지를 포착하는 능력을 가지고 있다. 실험에서 연구팀은 약 75 나노 미터 (1 센티미터)의 측면에 은 나노 큐브를 생성했다. 그들은 백금으로 이것들을 1 나노 미터 두께로 코팅했다. 얇은 금속은 빛에 본질적으로 투명하기 때문에 코팅된 은이 빛을 계속해서 표면 플라즈몬으로 전환시킨다. 그런 다음 은은 그 사이에 공유된 전자 바다를 통해 백금 코팅에 에너지를 쏟아 부었다. 백금은 강력한 전자와 양전하를 띠는 홀을 생성하여 전하 캐리어 (carrier)를 형성하여 표면에 화학 반응을 일으킬 수 있다. 백금은 플라즈몬 촉매 작용에 관심이 있는 연구자들에게 이 물질을 분명한 선택으로 만드는 '모든 촉매의 황제'로 널리 알려져 있다. 그러나 은에 백금 박막을 코팅하기 매우 어렵기 때문에 아무도 그 전에 할 수 없었다. 대부분의 조건에서 은은 변색되는 경향이 있다. 그래서 연구팀은 반응 조건을 조정하여 백금 코팅이 변색보다 훨씬 빨리 일어났다. 연구팀은 촉매가 백금 단독으로 암흑에서의 반응과 비교하여 빛이 켜졌을 때 수소 중의 일산화탄소 오염 물질이 이산화탄소로 변하는 속도를 거의 두 배로 증가시키는 것을 증명했다. 이 전환은 남은 일산화탄소가 수소 연료 전지에서 촉매를 흡수하여 메탄으로부터 수소를 생산하는데 중요하다. 그들은 은이 나노 큐브 단독으로도 은이 아닌 백금 껍질이 백금 코팅된 큐브처럼 수행될 수 있음을 보여 주었다. 여전히, 연구팀은 이러한 새로운 촉매가 아직 산업 화학에서 혁명을 일으키지는 못한다고 전했다. 현재 플라즈몬 촉매 작용은 초기 단계이며 기존의 촉매에 비해 이와 같은 촉매를 준비하는데 더 많은 비용이 든다. 그러나 나노 입자 합성과 아이디어가 계속 발전함에 따라 플라즈몬 촉매가 제공하는 효율 향상을 더욱 향상시킬 수 있기 때문에 향후 화학 산업이 보다 친환경적으로 될 수 있다. 참고 자료: Umar Aslam et al. Controlling energy flow in multimetallic nanostructures for plasmonic catalysis, Nature Nanotechnology (2017). DOI: 10.1038/nnano.2017.131 |
| 출처 | |
| 원문URL | http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIDetailView?keyValue=03553784&target=TREND&cn=GTB2017002679 |
| 첨부파일 |
추가정보
| 과학기술표준분류 | |
|---|---|
| ICT 기술분류 | |
| 주제어 (키워드) | 1. 플라즈몬, 촉매, 금속, 화학 반응, 에너지, 나노구조 2. plasmon, catalyst, chemical reaction, energy, nanostructure |