초록 ▼

Pt/TiO₂ 촉매를 사용하여 CO 산화 반응에 대한 반응 속도를 온도 압력의 반응 조건을 변화시키면서 체계적으로 반응 속도를 측정하였다. 온도를 상온에서 300도의 범위에서 변화시키고, 반응 기체의 전체 압력은 1 - 100 Torr 범위에서 변화시켜가면서 CO 산화 반응 속도의 변화를 관찰하였다. 반응이 진행됨에 따라 반응 속도가 어떻게 변하는지, 그리고 CO : O₂의 분압 비율에 따른 속도의 변화를 관찰하였다. Pt의 질량비가 1 - 3 wt%인 Pt/TiO₂를 합성하고, 이들 촉매 표면에서 CO의 산화 반응 속도의 변화를

Pt/TiO₂ 촉매를 사용하여 CO 산화 반응에 대한 반응 속도를 온도 압력의 반응 조건을 변화시키면서 체계적으로 반응 속도를 측정하였다. 온도를 상온에서 300도의 범위에서 변화시키고, 반응 기체의 전체 압력은 1 - 100 Torr 범위에서 변화시켜가면서 CO 산화 반응 속도의 변화를 관찰하였다. 반응이 진행됨에 따라 반응 속도가 어떻게 변하는지, 그리고 CO : O₂의 분압 비율에 따른 속도의 변화를 관찰하였다. Pt의 질량비가 1 - 3 wt%인 Pt/TiO₂를 합성하고, 이들 촉매 표면에서 CO의 산화 반응 속도의 변화를 연구하였다.

연구결과를 요약하면, CO 산화 반응성이 온도와 압력의 반응 조건에 따라 체계적으로 변하는 것을 확인하였다. 특히 온도가 상온에서 100 도씨 범위에서의 온도에 따른 반응 속도 법칙과 100 도씨 이상에서의 반응 속도 법칙이 다른 활성화 에너지를 갖는 것을 규명해 내었다. 이는 서로 다른 반응 메카니즘을 통해서 반응이 진행됨을 간접적으로 나타낸다. 각각을 LT와 HT로 정의하면, LT에서는 LH 메카니즘을 HT에서는 LH에서 벗어난 반응 경로를 따르는 것으로 해석된다. 압력에 따른 반응 속도의 변화를 보면 Arrhenius 그래프 상에서 반응 속도가 압력에 비례하여 증가하는 것으로부터 절대 반응 속도가 반응물의 농도에 정비례해서 증가하는 경향을 관찰하였다. 이것은 주어진 반응 조건에서 반응물의 농도가 절대 반응속도를 제한한다는 것을 말한다. 100 Torr에 압력이 근접하거나 그 이상이 되면 절대 반응속도가 압력에 무관해 지는 영역에 도달하는데 이는 충분히 높은 압력에서 예상했던 변화이다. 따라서 예상했던 바대로 반응속도가 압력이 높아짐에 따라 포화단계에 접근하는 현상을 실험 데이터로 확인하였고, 온도에 따라 서로 다른 반응 메카니즘을 갖고 반응이 진행됨을 보였다.

Pt의 질량비가 증가함에 따라 Pt의 표면적이 비례해서 증가하고 따라서 반응 속도가 이에 비례해서 증가하는 경향을 보았다. 이는 Pt 나노입자의 표면 원자수의 증가가 반응 속도의 증가와 관련이 있음을 보여준다. TEM 분석 결과 얻은 평균 백금 입자의 크기를 기준으로 예상되는 표면의 백금 원자수로 반응 속도를 나누면, 1 - 3 wt%의 Pt/TiO₂ 표면에서 반응 속도는 실험 측정 오차 범위 내에서 서로 겹치는 결과를 얻었다. 이 결과는 표면의 백금 자리가 촉매반응성과 밀접한 관련이 있음을 보여주는 데이터이지만, 보다 정확한 분석을 위해 이를 보다 정량적으로 검출하여 반응 속도가 반응 자리와 반응 메카니즘과 어떤 관련이 있는지 규명해나갈 필요가 있다.

본 연구 결과를 통해서 실험적으로 반응 속도의 변화를 체계적으로 규명할 수 있는 실험적 기반을 마련하였고, 이를 바탕으로 이전에 관찰하지 못했던 재미있는 반응성의 변화와 관련된 반응 속도의 변화를 검출할 수 있었다. 이 데이터를 더 면밀히 분석하면 반응성의 변화가 촉매 표면의 어떤 반응자리와 관련이 있는지, 반응 메카니즘의 변화가 반응자리와 어떤 연관성이 있는지를 규명해 낼 수 있을 것으로 판단된다.
(출처:요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4 1. 연구과제의 개요 ... 4 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7 5. 연구결과의 활용계획 ... 7 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7Ⅲ. 연구성과 ... 7끝페이지 ... 8