□ 산화물 지지체를 이용한 금속 촉매 입자의 엑솔루션 현상은 촉매 입자
가 지지체 표면에 박혀 있게 되어 고온에서도 조대화*가 일어나지 않아
고온 촉매 반응(예: 가스센서 등)과 재생에너지(예: 가스개질, 연료전지
등) 응용에 있어서 매우 중요하게 여겨져 왔다.
∘ 엑솔루션 현상은 고체의 산화물 기판에 금속 원소를 도핑한 후, 환원
환경에서 고온의 열처리를 통해 일어난다. 이러한 기존 방식은 고상*
기판 내에서 금속 원소의 느린 확산 속도로 인해 극히 일부의 금속
원소만이 빠져나오게 되어 많은 양의 촉매 입자를 기판 위에 생성하
기 어렵고, 빠져나온 금속 원소로 인해 산화물 기판의 구조적 결함(예:
산소 공공*)을 유발하게 된다. 이러한 문제점들로 인해 활용 소자의
활성과 내구성이 급격히 떨어져 촉매 기술의 한계로 지적되어 왔다.
* 고상: 분자나 이온들이 고정된 위치에 배열되어 일정한 모양과 부피를 가지는 고
체 상태
* 조대화(Coarsening): 화학적 잠재 에너지가 크고 입자 크기가 작은 나노 촉매 입
자에서 화학적 잠재 에너지가 작고 입자 크기가 큰 나노 촉매 입자로 원자가 이동
하면서 촉매 입자의 크기와 밀도가 순간적으로 변하는 현상
* 공공(Vacancy): 격자에서 원래 있어야 할 위치에 원자가 없는 상태로 공공농도 증
가 시 격자구조의 변화가 초래될 수 있음.
□ 연구팀 기존 방식이 아닌, 코발트(Co) 원소가 다량 도핑된 스트론튬 티
타네이트(SrTiO3) 졸젤 용액을 기판에 코팅하여 진공에서 열처리를 하
였다.
∘ 실시간 투과전자현미경 기법을 이용해 온도를 증가시키며 관찰했을
때, 섭씨 700도를 기점으로 코팅된 박막은 비정질* 고체에서 결정질*
고체로의 상변화가 일어났다. 특히, 비정질 상태에서 30%로 도핑된
코발트 원소 전량이 기판 위로 ‘엑솔루션’되었고, 이후 고온에서
기판은 결정화되었다.