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한국원자력연구원은 중성자과학연구부 최용남, 이희주 박사가 서강대학교 윤경병 교수팀과 함께 2㎚(나노미터) 크기의 미량 백금 입자가 균일하게 입혀진 제올라이트의 세공 안에 수소 이온쌍(H+, H-)이 형성되는 과정을 연구용 원자로 하나로(HANARO)의 중성자 회절 실험을 통해 밝혀내고, 수소화 반응의 촉매로 활용할 수 있는 작용 원리를 제시했다고 5일 밝혔다.
제올라이트(zeolite)는 열을 가하면 흡착된 물이 증기로 배출되어 끓는(zeo) 돌(lite)이라는 뜻의 이름이 붙여진 광물이다. 제습제, 세제 등 다양한 용도로 사용되며, 구조가 특화된 합성 제올라이트는 수소화 반응, 가수소 분해 반응 등의 촉매로 쓰인다.
연구팀은 백금-제올라이트 복합물질을 70 ℃ 이상에서 수소 열처리함으로써 백금 나노입자에 의해 수소 분자가 분해돼 제올라이트의 미세한 구멍 안에 수소 양이온(H+)과 음이온(H-)이 이온쌍으로 형성된다는 것을 밝혀내고, 이를 석유화학산업 분야에서 원유의 정제 등에 사용되는 대표적인 화학반응인 수소화 반응의 촉매로 활용할 수 있는 작용 원리를 제시했다.
제올라이트는 촉매로 사용될 경우 반응 생성물의 분자 크기와 모양을 선택할 수 있는 능력이 탁월하며, 수소 이온쌍은 수소의 양이온과 음이온을 모두 매개로 사용하는 화학 반응에 효과적으로 활용할 수 있다.
최용남 박사는 “이번 연구결과를 바탕으로 현재 저가의 아세톤을 고부가가치의 이소프로판올로 변환시키는 수소 매개 화학반응 촉매 연구를 진행하고 있다”며 “앞으로 관련 연구를 확대해 나갈 것”이라고 밝혔다.
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