독일 연구팀이 탁월한 촉매 특성을 지닌 이중 금속 2차원 초결정을 개발했습니다. 이 초결정을 이용하면 포름산을 분해하여 수소를 생산할 수 있으며, 기록적인 결과를 얻을 수 있습니다.
독일 뮌헨 루드비히 막시밀리안 대학교(LMU Munich) 연구진이 플라즈마 이중 금속 2차원 초결정을 기반으로 하는 수소 생산용 광촉매 기술을 개발했습니다.
연구진은 개별 금 나노입자(AuNPs)와 백금 나노입자(PtNPs)를 결합하여 플라즈몬 구조를 만들었다.
연구원 에밀리아노 코르테스는 "금 나노입자의 배열은 입사광을 집중시키고 금 입자 사이에 형성되는 강력한 국부 전기장, 즉 소위 '핫스팟'을 생성하는 데 매우 효과적입니다."라고 말했습니다.
제안된 시스템 구성에서 가시광선은 금속 내 전자와 매우 강하게 상호작용하여 전자를 공명 진동시키고, 이로 인해 전자가 나노입자의 한쪽에서 다른 쪽으로 빠르게 집단적으로 이동하게 됩니다. 이러한 현상은 전문가들이 쌍극자 모멘트라고 부르는 미세한 자석을 생성합니다.
이는 전하의 크기와 양전하 및 음전하 중심 사이의 거리의 곱입니다. 이러한 현상이 발생하면 나노입자는 더 많은 햇빛을 포착하여 매우 높은 에너지를 가진 전자로 변환합니다. 나노입자는 화학 반응을 제어하는 ​​데 도움을 줍니다.
학계에서는 플라즈몬 이중금속 2차원 초결정이 포름산을 분해하는 데 효과적인지 여부를 시험해 왔습니다.
"금이 백금보다 반응성이 낮고 탄소 중립적인 수소 운반체이기 때문에 이 반응을 선택했습니다."라고 연구진은 설명했다.
"조사광 하에서 백금의 성능이 실험적으로 향상된 것은 입사광이 금 배열과 상호작용하여 전압 하에서 백금이 형성된다는 것을 시사합니다."라고 연구진은 밝혔습니다. "실제로 포름산을 수소 운반체로 사용했을 때 AuPt 초결정이 최상의 플라즈마 성능을 보이는 것으로 나타났습니다."
이 결정은 촉매 1g당 시간당 139mmol의 수소 생산 속도를 보였다. 연구팀은 이로써 해당 광촉매 물질이 가시광선과 태양 복사의 영향을 받아 포름산을 탈수소화하여 수소를 생산하는 데 있어 세계 신기록을 세웠다고 밝혔다.
과학자들은 최근 학술지 네이처 카탈리스(Nature Catalice)에 게재된 논문 "수소 생성을 위한 플라스몬 이중 금속 2차원 초결정"에서 새로운 해결책을 제시합니다. 이 연구팀에는 베를린 자유대학교, 함부르크 대학교, 포츠담 대학교의 연구원들이 참여했습니다.
"플라즈몬과 촉매 금속을 결합함으로써 산업 응용 분야에 적합한 강력한 광촉매 개발을 진전시키고 있습니다. 이는 햇빛을 활용하는 새로운 방식이며, 이산화탄소를 유용한 물질로 전환하는 것과 같은 다른 반응에도 적용될 가능성이 있습니다."라고 콜 테스는 말했습니다.
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