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귀금속 응집을 억제하는 자동차배기정화 촉매 기술

전문가 제언: ○ 자동차는 일상생활이나 경제활동에 있어 불가결한 존재지만 대기환경이나 천연자원의 문제에 큰 영향을 미치고 있다. 자동차 배기정화용 촉매는 엔진에서 배출되는 저농도(ppm~수%)의 유해물질을 정화하는 촉매이다. 세계에서 9억대가 넘는 자동차가 사용되는 현재, 더욱 청정한 배기가스를 배출하기 위해서는 성능이 우수한 배가스 정화촉매의 제조와 실용화가 주요 과제가 되고 있다.

○ 가솔린 자동차용의 배기 정화촉매인 3원촉매의 성분은 촉매반응의 활성점이 되는 Pt, Rh 등의 귀금속, 이들 귀금속 입자를 고분산하기 위한 알루미나 담체, 귀금속 촉매반응을 보조하는 조촉매인 세리아계 산화물로 구성된다.

○ 담체 상의 귀금속 입자는 초기 상태에서는 수nm 이하의 입자로 고도로 분산되어 높은 촉매활성을 보이나 고속주행 등 촉매가 고온(~1000℃)에 장기간 노출되면 담체 상의 귀금속 입자가 이동, 응집하여 입자가 성장한다. 입자가 성장하면 촉매 표면에서 가스와의 접촉점이 감소하여 촉매활성이 저하한다. 따라서 고온에서도 귀금속 입자가 성장하지 않는 촉매의 개발이 배기정화용 촉매의 중요한 과제가 되고 있다.

○ 본고는 자동차 배기가스 촉매의 주요한 열화 원인인 귀금속의 응집에 대한 최근의 연구 성과와, Pt와 세리아(CeO) 담체와의 강한 상호작용에 의한 Pt-O-Ce 앵커(anchor)를 이용한 Pt 성장 억제기구와 Pt 환원거동, 입자 성장한 Pt의 재분산 현상 등을 대형 방사광 시설 등을 이용하여 실시간으로 관측한 결과를 보고한 것이다.

○ 배기정화촉매에서 촉매 활성점으로 사용되는 Pt, Pd, Rh 등의 귀금속은 희소자원으로 산출국이 한정되어 있어 촉매 중의 귀금속 사용량 감소와 수명의 연장, 종래와 동일한 정화성능을 가진 새로운 촉매 재료의 개발은 비용 절감효과 이외에도 희소자원 활용 면에서 아주 중요하다. 본고가 새로운 촉매 개발의 주요한 참조자료가 될 것으로 사료된다.

저자: Yasutaka Nagai
자료유형: 학술정보