연구팀은 이번 연구에서 금속촉매를 환원할 때 플라즈마를 활용하면 열 환원 반응 보다 낮은 온도에서 더욱 빠르게 환원시킬 수 있다는 점을 알아냈다.
대부분의 화학공정은 원하는 물질을 선택적으로 반응 생성물로 만들어 내는 촉매 반응에 기반하는데 이 때 사용되는 금속 촉매는 반복 사용에 따라 산화되며 촉매로서의 기능을 잃게 된다. 촉매의 기능을 회복시키기 위해 일반적으로 열 환원 반응을 활용하는데, 이는 고온의 환원기체를 공급해 금속산화물에서 금속상태로 환원을 시키는 방법이다. 이 때 고온이 촉매의 구조변화를 일으키기 때문에 환원된 촉매의 성능은 충전식 배터리와 유사하게 지속적으로 감소하고 결국은 촉매를 교체해야 한다.
일반적으로 사용되는 환원기체인 수소기체에 플라즈마를 가하면 기체가 방전돼 화학적으로 반응하기 쉬운 H 라디칼로 변한다. 기존 열 환원 반응에서는 수소 분자가 금속 촉매에 흡착된 후 이미 흡착되어 있는 산소와 결합하고 탈착되는 과정을 통해 환원되지만 H 라디칼은 금속 촉매에 흡착하지 않고 산소와 직접 결합해 OH 라디칼을 형성한 후 바로 금속 촉매에서 탈착됨으로써 환원 속도가 훨씬 빠르다.
이대훈 박사는 “플라즈마-촉매 융합 반응을 통해 산화된 금속촉매를 보다 낮은 온도에서 빠르게 환원시킴으로써 금속 촉매의 구조변화를 막을 수 있고 결과적으로 촉매 교체시기를 지연하는 것이 가능해 질 것”이라고 말했다.
대덕=구본혁기자 nbgkoo@sed.co.kr
