| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2021년 가을 (11/24 ~ 11/26, 경주 라한호텔) |
| 권호 | 27권 2호 |
| 발표분야 | G. 나노/박막 재료 분과 |
| 제목 | 과산화수소 직접 합성 촉매 개발을 위한 새로운 전산-실험 스크리닝 프로토콜 |
| 초록 | 전자 구조는 물질의 물리적/화학적 특성을 결정하는 핵심이기 때문에 유사한 전자 구조를 가진 물질은 유사한 특성을 나타내는 경향이 있다. 실제로 DFT 연구에 따르면 고용체 Ir50Au50 합금은 Pt(Platinum)와 유사한 활성으로 H2 해리 반응에 대한 촉매 특성을 나타낼 수 있으며 이러한 결과는 Ir50Au50 합금과 유사한 전자 구조(DOS 패턴)에 기인한다. 또 다른 예로는 Pd(Palladium)과 유사한 전자 구조를 가지는 Rh50Ag50의 수소 저장에 대하여 실험적으로 검증되었다. 이러한 전자 구조로 인하여 Rh50Ag50 합금은 Pd과 비슷한 혹은 우수한 수소 저장 특성을 나타낼 수 있지만 Rh(Rhodium) 또는 Ag(silver) 단독으로는 수소 저장 특성을 나타내지 않는다. 이러한 이론에 따라 과산화수소 촉매로 잘 알려진 대표적인 금속 촉매인 Pd과 유사한 DOS 패턴을 갖는 바이메탈 합금을 찾고 이러한 합금이 Pd과 유사한 촉매 특성을 나타내는지 실험적으로 확인하였다. DFT 계산을 사용하여 열역학적 안정성을 조사하기 위해 바이메탈 합금의 4350개 결정 구조를 먼저 스크리닝을 진행하였다. 다음으로, 합금과 Pd 사이의 DOS 패턴의 유사성을 정량화한 후 합성 가능성을 평가하였다. 이러한 과정을 통해 우리는 Pd와 유사한 촉매 특성을 보일 것으로 예상되는 Pd과 DOS 유사성이 높은 8개의 후보를 제안하였다. 이 8개의 스크리닝된 합금은 실험적으로 합성되고 H2O2 직접 합성에 대하여 성능평가 되었으며, 그 중 4개(Ni61Pt39, Au51Pd49, Pt52Pd48 및 Pd52Ni48)는 실제로 Pd와 유사한 촉매 특성을 나타내었다. 특히, Pd가 없는 Ni61Pt39는 기존의 과산화수소 촉매인 Pd 보다 성능이 크게 향상되었고, 또한 저렴한 Ni의 높은 함량으로 인해 CNP(cost-normalized productivity)가 9.5배 증가하여 가격적으로도 우수함을 확인할 수 있었다. |
| 저자 | 남효빈1, 신미리2, 여병철3, 남현지1, 김민철1, 이홍우1, 한상수1, 이승용1 |
| 소속 | 1한국과학기술(연), 2고려대, 3부경대 |
| 키워드 | 과산화수소; 촉매; DFT |
