도쿄대 등 연구진이 금속산화물 클러스터로 보호층을 만들어 금 촉매의 내구성을 향상시키는 방법을 처음으로 발견했다. 강화된 금 촉매는 보호되지 않은 촉매보다 더 긴 시간 범위에 걸쳐 물리적 환경을 견딜 수 있습니다. 이는 가능한 적용 범위를 늘리고 어떤 경우에는 에너지 소비와 비용을 줄일 수 있습니다. 이러한 촉매는 화학 합성 및 의약품 생산과 같은 산업 분야에서 널리 사용되며, 모두 개선된 금 촉매의 이점을 누릴 수 있습니다.
운동선수, 해적, 은행가 등 모두가 금을 좋아합니다. 역사적으로 금은 메달, 보석, 동전 등을 만드는 데 사용되는 매력적인 금속이었습니다.
금을 그토록 빛나고 매력적으로 만드는 것은 열, 압력, 산화 및 기타 유해 물질과 같이 다른 물질이 퇴색할 수 있는 물리적 조건에 저항하는 화학적 특성입니다.
그러나 역설적이게도 나노 규모에서는 작은 금 입자가 이러한 추세를 거스르고 매우 활성화되어 오랫동안 화학 반응을 가속화하거나 발생시키는 중간 물질인 다양한 촉매를 실현하는 데 핵심 역할을 해왔습니다. 즉, 한 물질을 다른 물질로 전환시키는 데 유용하거나 필요한 물질이므로 합성 및 제조에 널리 사용됩니다.
강화된 금 촉매의 혁신
도쿄대학교 응용화학과 부교수 스즈키 코스케(Kosuke Suzuki)는 "금은 사회, 특히 과학 분야에서 당연히 칭찬받는 마법의 금속입니다. 금은 촉매에 이상적인 재료이며 약물을 포함한 다양한 물질을 합성하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이유 금은 분자 흡수에 대한 친화력이 낮고 결합하는 물질에 대한 선택성이 높기 때문에 화학 합성 과정을 매우 정밀하게 제어할 수 있습니다. 금 촉매는 일반적으로 낮은 온도와 압력에서 작동하고 에너지가 덜 필요합니다. 전통적인 촉매보다 환경에 미치는 영향이 적습니다."
금이 좋은 만큼 단점도 있습니다. 금 입자가 작을수록 반응성이 높아지며 어느 시점에서 금으로 만든 촉매는 열, 압력, 부식, 산화 및 기타 조건에 의해 부정적인 영향을 받기 시작합니다. Suzuki와 그의 팀은 상황을 개선할 수 있다고 생각하고 일반적으로 일반적인 금 촉매를 방해하거나 파괴하는 광범위한 물리적 조건에서 금 촉매가 유용한 기능을 유지할 수 있도록 하는 새로운 보호제를 설계했습니다.
"현재 촉매에 사용되는 금 나노입자는 도데칸티올 및 유기 폴리머와 같은 작용제 덕분에 어느 정도 보호 기능을 가지고 있습니다. 그러나 우리의 새로운 기술은 특히 산화 스트레스와 관련하여 훨씬 더 효과적인 폴리옥시금속 염이라고 불리는 금속 산화물 클러스터 유형을 기반으로 합니다"라고 Suzuki는 말했습니다.
"우리는 현재 폴리옥시메탈레이트의 새로운 구조와 응용을 조사하고 있습니다. 이번에는 폴리옥시메탈레이트를 금 나노입자에 적용하여 폴리옥시메탈레이트가 나노입자의 내구성을 향상시키는 것으로 확인했습니다. 실제 과제는 이를 테스트하고 검증하기 위해 다양한 분석 기술을 적용하는 것입니다."
연구팀은 분광학이라고 통칭되는 다양한 기술을 사용했습니다. 그들은 물질과 그 행동에 대해 밝혀낸 정보의 종류가 다양한 6가지 이상의 분광법을 사용했습니다. 그러나 일반적으로 말해서, 그들은 일종의 빛을 물질에 투사한 다음 특수 센서를 사용하여 빛이 어떤 방식으로 변화하는지 측정하는 방식으로 작동합니다. Suzuki와 그의 팀은 원하는 것을 찾을 때까지 다양한 테스트와 실험 재료의 다양한 구성을 실행하는 데 몇 달을 보냈습니다.
"우리의 목표는 단지 특정 화학 합성 방법을 개선하는 것이 아닙니다"라고 Suzuki는 말했습니다. "우리의 강화된 금 나노입자는 사회에 도움이 될 수 있는 많은 응용 분야를 가지고 있습니다. 오염을 분해하는 촉매(많은 가솔린 자동차에는 이미 익숙한 촉매 변환기가 있음), 저영향 살충제, 재생 에너지를 위한 녹색 화학, 의료 개입, 식품 공급원 성병원체 센서 등 목록이 계속됩니다. 그러나 우리는 더 나아가고 싶습니다. 다음 단계는 금 나노입자의 적응성을 높이기 위해 물리적 조건의 범위를 개선하고 다른 유용한 제품에 내구성을 추가하는 방법을 살펴보는 것입니다. 루테늄, 로듐, 레늄과 같은 촉매 금속은 물론 금보다 더 인기 있는 백금도 포함됩니다."
컴파일된 소스: ScitechDaily