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금 촉매의 상용 양상

전문가 제언: ○ 금은 화학흡착력이 아주 미약하여 오랫동안 촉매로 사용은 실패할 것으로 믿어왔다. 금은 주변 원소의 산화물과는 다르게 금산화물 생성 엔탈피는 ΔHf=+19.3kJmol-1로 불안정하다. 그러나 지난 20년간 금 촉매에 관한 많은 연구가 이루어졌고, 금 촉매 기술개발의 정당성은 유망한 기술성능뿐만 아니라 비교적 저가의 안정된 가격 및 백금족 금속에 비교하여 더 큰 이용 가능성 때문이다.

○ 처음에 관심을 가진 분야는 산화물에 담지한 금 촉매 특히 Au/TiO2 및 Au/Fe2O3가 실온에서 CO를 CO2로 산화시킨다는 것을 발견한 것이다. 동시에 금은 아세틸렌 염화수소 첨가반응으로 염화비닐 합성 촉매로 가장 활성이 큰 것으로 예측되었고, 이어서 이를 확인하였다. 최근에는 담지한 금 촉매를 사용하여 화학적 중간생성물 생성반응에서 산화반응과 합성반응을 보여주고 있다. 금 촉매에 대한 학술연구는 물론 상용 이용 가능성에 대하여 많은 연구와 특허를 출원하고 있다.

○ 금이 강력한 촉매임을 이미 보여주고 있는 반응은 다음과 같이 요약할 수 있다. CO 및 탄화수소 산화, 수성가스 전환반응, 프로필렌, CO 또는 H2로 NO의 환원, 염화물과의 반응, H2 및 O2로부터 H2O2 생산, 연료전지 수소에서 CO 제거, 아세틸렌의 염화수소화반응, 올레핀의 에폭시화반응과 같은 선택적 산화, 선택적 수소화반응 및 CO, CO2의 수소화반응 등이다. 이 중에서 연료전지의 수소 중 CO 제거를 위한 금 및 금 합금 촉매의 사용은 기술적으로 경제적으로 입증되었지만, 몇 가지 기술 장벽을 극복해야 한다. 촉매 제조와 관련한 재현성 및 사용 중의 소결 및 피독에 대한 저항성 제고 등에 대한 최적화 연구가 더 필요하다.

○ 초기 금 촉매의 제조방법은 상용화를 위한 대형화 잠재력이 없었다. 그러나 최근 미국의 3M회사 및 남아프리카 프로젝트 AuTEK은 대량 생산하고 있다. 전자는 진공에서 금의 물리적 증착법을 사용하여 염화물 동반을 피하고 있으며, 후자는 세척으로 염화물을 제거한다. 다른 대안은 염화물이 없는 알킬, 아세틸 또는 질산염 금 화합물로 출발한다는 것이나 이런 대안제조법은 우선 비용효율성면에서 평가해야 한다.

저자: Christopher W. Corti et al
자료유형: 학술정보