* 압력 갭을 부릿징한 루테늄위의 CO촉매산화(Catalytic CO oxidation over ruthenium--bridging the pressure gap)

전문가 제언

□ 초고진공(UHV)조건에서 Ru위의 CO산화는 뒤 전이금속들 중 단연 최저 촉매활성도를 나타냈다. 그렇지만 강한 산화반응조건에서는 Ru의 촉매활성도는 Pt, Rh 및 Pd를 능가하게 된다. 이 관찰은 소위 압력 갭(간격)의 표시로 얻어진다. 최근 실험은 비활성촉매에서 활성촉매로의 변환은 Ru에서 RuO2로의 구조적 변환에 기인하는 것으로 밝혀졌다.

□ Ru(0001)표면의 자체촉매 산화는 그 촉매활성 면들이 단일축(one fold) 아래로 배위된 비포화Ru원자(1f-cus-Ru)로 확인되는 적층 성장 된 RuO2(110)필름형성에 이르게 된다. 반응조건하에 그 산화물표면에 높은 CO농도를 유지하면서 1f-cus-Ru 원자위에서 CO분자들은 강하게(120kJ/mol) 흡착된다. 밀도함수이론(DFT)계산과 함께 실험들은 CO산화 중 가장 중요한 단일단계 반응단계가 흡착된 CO분자들과 산화물 표면으로부터 브릿징O원자들의 재결합이라는 것을 나타낸다.

□ 좋은 산화촉매가 되는데 동등하게 중요한 것은 산소방출에 의한 RuO2위의 브릿징O원자의 용이한 공급이다. 이 과정은 1f-cus-Ru원자들 위의 위-꼭지 O원자들(on-top O atoms)에 의해 조정된다. 그 위-꼭지O원자들은 브릿징 O원자들 보다 1~4eV 약하게 결합되어 있다. 그렇지만, 위-꼭지O와 브릿징O와의 CO재결합에 대한 활성화 에너지장벽은 DFT계산으로 결정된바와 같이 거의 같은 에너지로 축퇴되어 있다.

□ 엔트로피 효과는 위-꼭지CO의 산화가 브릿징O 보다는 위-꼭지O와의 반응을 덜 유효하게 만든다. 최근 실험들은 RuO2 위의 CO산화반응에 대한 압력 갭이 성공적으로 접근된 증거를 제시하였다.

□ 헤모글로빈은 CO와 결합하여 산소헤모글로빈보다 훨씬 안정한 착화합물을 형성한다. 체온에서 그 화학반응식의 평형상수는 약 200정도이다. 따라서 허파에 CO농도가 0.1%일 정도로 낮더라도 CO착화합물이 우선적으로 형성되고 세포로 산소운반이 정지되고 근육이 마비되며 심하면 사망한다.

□ CO산화반응은 연소과정에서 생기는 환경오염을 감소 조절할 수 있는 실질적 중요성을 갖는다. 실제로 자동차 촉매 전환기에는 불균일 촉매 반응으로 Pt와 Ph을 사용하는데 본 연구의 상세한 내용을 실제로 활용하면 값싼 Ru으로 대치하고 산소압력을 조절하여 촉매활성도를 획기적으로 개선할 수 있는 실용성이 돋보인다. RuO2위에서 촉매반응은 CO 산화반응보다도 메탄올 또는 에탄올을 부분적 탈수소화 반응시켜서 알데히드가 되는 반응에 더욱 전망이 크다.

저자

Herbert Over, Martin Muhler

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2003

권(호)

72(1-4)

잡지명

Progress in Surface Science

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

3~17

분석자

여*현

분석물

• 압력 갭을 부릿징한 루테늄위의 CO촉매산화.pdf [191,585 byte]

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