| 내용 |
최근 중국 과학원 대련화학물리연구소 항공 우주 촉매 및 신소재 연구소, 신재료 연구센터의 장도(张涛 ) 원사와 이위진(李为臻) 연구 그룹 그리고 청화대학교 이전(李隽 , Li Wei) 교수 팀은 공동으로 1100 ° C의 고온 내구성을 지닌 나노 골드 촉매 연구를 보고했는데 잡지의 보충 표지로 선정되었다. 금속 나노 촉매의 열적 안정성과 촉매 활성은 일반적으로 정반대의 관계를 보여 주며, 이러한 현상은 금속 나노 촉매의 경우도 현저하다. 30년 전 저온에서 우수한 촉매 콜로라도 산화 활성을 가진 작은 크기의 (1-5 nm) 금 나노 입자의 발견은 놀랍게도 화학적으로 비활성인 금과 심지어는 나노 촉매의 촉매 특성에 대해 사람들로 하여금 새롭게 이해하도록 했습니다. 그야말로 금촉매의 '골드 러쉬'라고 할 수 있을 것이다. 지금까지 금 나노 촉매는 산화 반응, 수소화 반응, 염화 반응 및 탄소 - 탄소 결합과 같은 많은 반응 과정에 우수한 촉매 효과를 가지고 있음이 밝혀졌다. 그러나, 상기 작은 크기의 금 나노 입자는 융점이 330-380 ℃ 이기 때문에 담체에 담지하더라도 열 안정성이 떨어지며 응집이 쉽게 일어나서 금 나노 촉매의 산업적 응용을 심각하게 방해한다. 금 나노 입자의 높은 화학적 비활성은 촉매 성능의 이해와 유사하며, 상대적으로 낮은 용융점 (1064 ° C)은 안정한 작은 금 나노 입자의 신뢰도에 상당한 영향을 미쳐왔다. 연구 그룹은 이전의 연구들에 기초하여, 스피넬 형 산화물의 산소 및 귀금속 원자가 가깝게 밀집되어 있기 때문에, 알루미늄 기반 스피넬 캐리어는 스피넬의 산소 부격자 계수보다 낮은 격자 파라미터를 갖는 귀금속 및 합금 나노 입자를 효과적으로 안정화 할 수있다 (Rh, Pd, Ir, Pt 등). 그러나 Au나 Ag와 같이 격자 계수가 큰 값을 갖는 Au 및 Ag는 안정화 될 수 없다 (Nat.Commun., Chem. Mater., Appl. Catal. B-Environ., J. Catal.). 따라서, 보다 큰 산소 부격자 계수를 갖는 MgGa2O4 스피넬 캐리어를 사용하여 금 나노 입자를 안정화시킬 것으로 기대된다. 이 연구에서 연구진은 이론 계산에 의해서, MgAl2O4 (111) 표면보다 Au가 MgGa2O4 (111) 표면에서 보다 안정하다는 것을 보여주었다. 약 1.5 nm 크기의 MgGa2O4에 실린 금 나노 입자를 간단한 함침법으로 제조 하였다. 800 ℃에서 5 시간 또는 심지어 28 일 동안 소성 한 후에, 적은 수의 금 입자를 제외하고, 대부분의 금 입자는 2 내지 3 nm의 작은 크기의 나노 입자였다. 1100 ℃에서 5 시간 동안 고온에서 소성 한 후에도 약 3.6 nm 크기의 작은 금 나노 입자가 안정하게 존재 함을 알 수 있었다. 초 안정 구조의 구형 전자 현미경 분석 결과, 두 개의 접촉 계면은 Au (112)와 MgGa2O4 (111)이었고, 1100 ℃에서의 in situ 가열의 고해상도 전자 현미경 관찰 결과 큰 입자의 금이 용해되는 온도에서도, 작은 크기의 금 나노 입자는 명확한 격자 줄무늬를 가지는 결정 입자로서 여전히 존재한다. 융점의 변화는 나노 골드 상이 변화했음을 나타내며, 즉 Au-MgGa2O4가 함께 성장하여 새로운 결정상을 형성한다는 것을 의미한다. 연구자들은 금속 산화물 '이종 쌍둥이'라고 불렀다. 금 나노 입자는 금 덩어리의 융점보다 높은 온도에서 안정적으로 존재할 수 있으며, 저온 촉매 산화 마찬가지로 놀랍도록 특이적이다. 반면에 금은 금속으로 보편성을 보여줍니다. 금은 실제로 다른 백금 귀금속과 같이 안정한 고활성 촉매로서 제조될 수 있다. 이 연구에서 제안된 금속 - 산화물 이종 매질의 개념은 스피넬계 산화물 안정화 귀금속 나노 입자의 메커니즘을 이해하는데 사용될 수 있으며 다른 고온 내성 나노 귀금속 및 합금 촉매의 제조하는데 지침이 될 것으로 기대된다. 금속 - 산화물 이종자 결정의 계면 조성 및 구조는 원자 수준에서 더 밝혀져야 한다. 이 연구는 중국과학원의 “백인계획”의 지원과 국가 자연과학기금, 중국과학원전략성 선도 연구개발 프로젝트, 국가 중점연구개발 프로젝트인 ”나노기술” 의 지원으로 이루어졌다. |
