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세리아-지르코니아 고용체의 상전이와 불규칙 구조

전문가 제언: ○ 근래 세계적인 환경보호의 관점에서 자동차 배기가스에 대한 규제가 더욱 강화될 전망이다. 세리아-지르코니아 고용체는 촉매, 고인성 세라믹, 이온전도체 등에 이용되는 중요한 재료이다. 특히 세리아-지르코니아 고용체는 높은 산소의 흡수와 방출능을 가지고 있기 때문에 자동차 배기가스 촉매 재료로서 넓게 이용되고 있다. 산소의 흡수와 방출은 촉매 활성에 있어 중요한 요인의 하나이다.

○ 세리아-지르코니아 고용체의 생성상, 상전이, 결정구조 및 세리아-지르코니아계 상태도가 다수 연구되었으나 산소이온 확산에 있어 중요한 핵 밀도의 해석은 이루어지지 않았다. 본고는 세리아-지르코니아 고용체가 높은 활성을 시현하는 구조적인 요인을 필자 등이 핵 밀도 해석으로 연구로 해석한 결과를 소개한 것이다.

○ 세리아-지르코니아 고용체는 CeO2와 비교하여 산소이온의 공간 분포가 크며 이는 산소이온의 벌크 확산계수가 크다는 사실을 의미한다. 산소이온의 벌크 확산은 세리아-지르코니아 촉매의 산소 흡장이나 방출하는 프로세스의 하나로서 높은 산소흡장 방출능은 촉매활성이 증대되는 원인이 된다. 이는 촉매에서 산소이온의 대량 확산(불규칙 구조)이 촉매 활성을 촉진하는 결과로 연결된 것이다.

○ 산소 저장능이 우수한 재료로서 지르코니아를 세리아에 고용시킨 세리아-지르코니아 고용체를 사용하는 촉매는 질소산화물 배출을 대폭 저감하고 있다. 배기 정화용 촉매의 보조적인 재료인 산소 저장능의 진보가 배기가스의 그린화에 큰 기여를 하고 있다. 세리아-지르코니아 고용체의 구조를 규명한 본고의 자료가 유해 배출물질을 더욱 감소시킬 수 있는 촉매 개발에 도움이 되기 바란다.

저자: Takahiro Wakita, Masatomo Yashima
자료유형: 학술정보