그래핀의 반응성과 촉매로 응용

전문가 제언

Pt(백금)를 그래핀(graphene)에 담지시킨 1nm이하 지름의 Pt 클러스터가 생성한다. Pt 표면적은 통상 3배의 크기가 되고, 반응에 따라서는 촉매 활성이 향상한다. 그래핀 담지 촉매의 특이성은 Pt와 그래핀의 πd 계면 상호작용에 기인한다. 이 계면 상호작용에서 π 공액계에서 탄소의 비결합성 Pz 궤도가 중요한 역할을 달성하고 있다고 생각된다. 비교적 가격이 싼 탄소로서 고가인 Pt의 전자상태를 제어할 수 있는 것은 매우 매력적이다.

불균일계 금속촉매 즉, 금속을 미립자로 하여 표면적이 큰 촉매 담체에다 분산시킨다. 예를 들면, 연료전지에 사용하는 Pt촉매는 대개 2∼5nm 크기로서 카본블랙 등의 탄소 담체에 담지하게 한다. 연료전지를 보급시키기 위해서는 Pt 삭감이나 Pt 대체가 중요한 과제이다. 세계적으로 신규 전극 촉매개발에 대응하고 있다. 그러나 곧 사용할 수 있는 촉매재료는 아직 나타나지 않았다. 그 중에서 기대되는 하나가 그래핀 담지 촉매이다. 기고자 등은 그래핀에 Pt을 담지하여 1㎚이하의 Pt 그래핀이 다수 생성되는 것을 발견하였다. 1㎚ 이하이므로 그것을 서브나노 클러스터(subnano cluster)라고 불리어진다.

Pt 서브나노 클러스터를 구성하는 Pt 원자 수는 고작 20개 정도나 그 이하이다. 이와 같이 클러스터가 작게 되면 양자 사이즈 효과도 나온다. Pt 표면적이 현저하게 크기 때문이고 그 표면적은 170㎡/g이나 된다. 통상 전극촉매에서는 Pt입자의 평균지름이 2∼5nm이고, 표면적은 40∼80㎡/g이다. 따라서 보통 보다도 2, 3배가 크다. 더욱이 Pt 서브나노 클러스터는 통상 Pt이상 촉매성능을 나타내는 것이 있다. 원리적으로는 연료전지에서 Pt 사용량을 3분의 1 정도 줄일 수 있다.

저자

Junji NAKAMURA

자료유형

연구단신

원문언어

일어

기업산업분류

화학·화공

연도

2013

권(호)

66(4)

잡지명

化學と工業

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

307~309

분석자

이*복

분석물

• 그래핀의 반응성과 촉매로 응용.pdf [289,668 byte]

이미지변환중입니다.