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노스 웨스턴 대학 (Northwestern University) 연구팀은 청정 에너지 전환 및 저장을 돕기 위해 중요한 새로운 촉매를 만드는 새로운 접근법을 발견했다. 이 설계 방법은 또한 새로운 광학 및 데이터 저장 물질, 제약 합성에 영향을 미치는 촉매 및 훨씬 낮은 비용으로 석유 제품의 고효율 처리를 가능하게 하는 촉매의 발견에 영향을 줄 가능성이 있다. 과학자들은 광범위한 제품을 만드는 데 필요한 화학 반응과 과정을 촉진 (가속)하기 위해 지속적으로 새로운 물질을 찾고 있다. 촉매 확인 및 생성은 복잡하다. 특히 성분 및 입자 크기 및 모양으로 정의되는 잠재적인 재료 수가 압도적인 만큼 복잡하다. 이 연구에서 (PNAS, 'Catalyst design by scanning probe block copolymer lithography'), 연구자들은 청정 에너지의 전환 및 저장에서 경제성과 촉매 효율성을 향상시키는 문제에 관심을 보였다. 현재, 백금 기반 (Pt) 촉매는 에너지 생성에 연료 전지가 사용되는 방법의 기초인 수소 발생 반응 (HER)을 촉진하는 데 가장 효과적이며 일반적으로 사용된다. 그러나 백금이 희귀하고 값이 비싸기 때문에 과학자들은 보다 저렴하고 효율적인 대안을 찾고 있다. 나노 입자와 하나 이상의 금속 원소 (이 경우에는 백금, 구리 및 금으로 구성된 합금)를 합성하기 위한 강력한 새로운 도구인 이론을 결합하여 최신 기술보다 7 배 더 활성인 촉매를 만들었다. 구체적으로, 연구자들은 HER 촉매를 설계하고 합성하기 위해 밀도-함수 이론 (DFT) 코드와 함께 주사 프로브 블록 공중합체 리소그래피 (SPBCL)를 사용했다. 노스 웨스턴에서 개발된 SPBCL은 과학자들이 표면에 패턴화된 개별 나노 입자의 성장과 구성을 제어할 수 있게 해준다. DFT 코드는 분자, 재료 및 결함의 구조적, 자기적 및 전자적 특성을 개괄한다. HER 반응을 촉매하는 새로운 방법을 제공하는 것 외에도, 이 연구는 거의 모든 산업적으로 중요한 공정을 위한 새로운 입자 촉매를 만들고 발견하는 새로운 접근법을 강조하고 있다. 여기에는 새로운 고온 초전도체에 대한 명확한 경로 제공; 데이터 저장에 유용한 구조; 가장 작은 크기에서 빛을 움직이기 위한 태양 에너지 변환 나노 구조를 위한 재료; 저렴한 화학 제품을 의약품 및 의약품 프리커서 물질과 같은 고 부가가치 제품으로 전환시키는 새로운 촉매가 필요하다. 신소재 확인은 기술 개발을 추진하는 데 필수적이다. 글로벌 촉매 시장은 그랜드 뷰 리서치 (Grand View Research, Inc.)의 보고서에 따르면 향후 6 년 간 343 억 달러에 달할 것이다. |
