KAIST 화학과 박정영 석좌교수 연구팀은 충남대 김현유 교수, 미국 센트럴플로리다대학교(UCF) 정연웅 교수와의 공동 연구를 통해, 이차원 전이금속 칼코겐화합물인 '백금 셀레나이드' 표면의 노출된 백금 원자를 활용해 일산화탄소 산화 성능을 획기적으로 높이는 데 성공했습니다.
백금 셀레나이드는 백금과 셀레늄이 층상 구조로 결합된 물질로 층간 전자 구조를 조절해 다양한 화학 반응에 응용이 가능합니다.
연구진은 백금이 덩어리 형태로 존재하는 기존 촉매와 달리, 원자 수준에서 고밀도로 분산된 형태로 설계해 더 적은 양의 백금으로도 더 많은 촉매 반응을 할 수 있도록 만들었습니다.
특히 표면에 셀레늄 결손이 생기면서 백금 원자가 노출되고, 여기에 일산화탄소와 산소가 비슷한 비율로 흡착돼 반응 기회가 크게 높아졌습니다.
이로 인해 동일 조건에서 기존 백금 촉매보다 모든 온도 범위에서 훨씬 뛰어난 반응성을 보였습니다.
연구진은 실제 기체 반응이 일어나는 조건에서 백금 원자가 흡착점으로 작용함을 실시간으로 확인했고, 밀도범함수이론 기반 시뮬레이션을 통해 일반 백금과는 다른 백금 셀레나이드의 전자 흐름 특성도 이론적으로 입증했습니다.
박정영 교수는 "이번 연구는 이차원 물질 플랫폼을 이용해 원자 수준의 촉매 반응을 구현한 것"이라며 “탄소 저감 기술뿐 아니라 연료전지, 가스 센서 등 다양한 친환경 에너지 분야에 활용될 수 있다"고 밝혔습니다.
