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공업화학 전망, 제23권 제4호, 2020니켈을 사용한 고성능 암모니아 합성 촉매 개발
귀금속을 사용 하지 않는 새로운 개념의 촉매 기술
도쿄공업대학의 원소전략연구센터의 細野秀雄 명예 교수, 같은 센터의 叶天南(Tian-Nan Ye) 특임조교, 北野政明准 조교수로 구성된 연구팀은 혼자 활동을 보여주지 않는 니켈(Ni) 및 질화 손전등(LaN)을 결합하 여 루테늄 등의 귀금속 촉매에 비해 우수한 암모니아 합성 촉매를 실현시켰다.
지금까지의 암모니아합성촉매는 고온⋅고압 하에서의 합성에는 철이 주로 사용되었고, 그보다 온화한 조건에서는 루테늄이 사용되어 왔었다. 중금속은 질소와 강하게 결합하기 때문에, 금속에 반작용이 발생하 는 반면, 질소와의 결합이 매우 약한 니켈은, 질소분자를 활성화 하지 않기 때문에 지금까지는 사용되지 못 했다. 본 연구에서는 수소 분자의 활성화는 니켈에서, 또한 질소분자의 활성화는 LaN에서의 질소공석에서 각각 실시함으로써 매우 높은 암모니아 합성 활동을 구현하였다. 이것은 질소공석이라는 새로운 반응 등을 이용하여 단독으로 활성을 나타내지 않는 다른 금속을 사용하여 뛰어난 암모니아 합성을 수행할 수 있음을 보여 기존의 상식을 뒤엎는 연구결과라고 할 수 있다.
최근 개발된 온화한 조건에서 높은 암모니아 합성활성을 나타내는 촉매는 대부분 귀금속인 루테늄의 담 지가 필요했다. 하지만 본 연구의 성과는 비싼 귀금속인 루테늄을 이용하지 않는 새로운 촉매 기술의 가능 성을 증명했으며, 암모니아합성 과정의 새로운 가능성으로 이어질 것으로 기대한다.
연구성과는 영국 과학 저널 ｢Nature｣에 7월 16일자 (일본 시간)에 온라인으로 공개 되었다.
Figure. 기존의 촉매(왼쪽)와 개발한 촉매 Ni/LaN (오른쪽)에서 암모니아 합성 반응 메커니즘.
Vn은 LaN에 형성되는 질소공석이며, 빨간색 화살표가 율속 단계의 반응 과정.
N2의 해리는 금속표면이 아닌 LaN 표면의 질소공석에서 일어난다.
출처: 2020. 7. 16. 동경공업대학교 (https://www.titech.ac.jp/news/2020/047268.html) 작성: 김 선 회 (상지대학교)
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