[신기술 소개] 귀금속 없이 암모니아 합성촉매가 가능한 새로운 물질의 발견

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귀금속 없이 암모니아 합성촉매가 가능한 새로운 물질의 발견

도쿄공업대학 물질공학원 재료계의 鯨井純(석사과정 1년차), 원소전략연구센터의 北野政明准 교수와 細 野秀雄 명예교수는 귀금속을 사용하지 않고 저온에서 암모니아 합성활성을 나타내는 물질을 발견했다. 페 로브스카이트형산화물(BaCeO

) 산소의 일부를 질소 및 수소로 치환한 대체 신물질 “BaCeO

N

H

”의 합 성을 통하여 실현되었다.

BaCeO

같은 금속산화물은 암모니아 합성촉매로서의 활성을 나타내지 않기 때문에 루테늄 등의 귀금속 나노입자를 표면에 고정했었지만, BaCeO

N

H

는 루테늄 등을 고정하지 않고도 암모니아 합성촉매로 사 용할 수 있었다. 또한 BaCeO

N

H

의 표면에 철이나 코발트 등 저렴한 금속나노입자를 고정하면 루테늄 촉매보다 저온에서 보다 우수한 암모니아 합성활성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

최근 심하지 않은 조건에서 높은 암모니아 합성활성을 나타내는 촉매로서 루테늄 촉매의 개발이 활발하 지만 귀금속인 루테늄을 이용하지 않는 새로운 촉매기술의 개발이 요구되며, 암모니아 합성공정의 대폭적 인 에너지절약화에 필요한 것이다. 또한 상세한 반응 메커니즘의 분석결과에서 BaCeO

N

H

에서의 질소 및 수소의 작용에 의해 불활성 질소분자를 활성화하고 저온에서도 뛰어난 암모니아 합성활성을 실현하고 있는 것도 밝혔다.

암모니아는 질소비료원료로서 이용되는 중요한 물질로, 최근에는 수소에너지 캐리어로도 기대가 높아지 고 있어 주목되는 연구성과라고 할 수 있다.

연구성과는 미국 ‘Journal of the American Chemical Society’ 온라인 속보판에 11월 22일자로 공개되 었다.

Figure 1. 신규 페로브스카이트형 산성 질소 수소의 합성 구조

출처: 동경공업대학 (2019. 11. 25) https://www.titech.ac.jp/news/2019/045664.html

작성: 김 선 회 (상지대학교)