서강대학교(총장 박종구) 물리학과 김현정 교수 연구팀이 촉매 반응 중 분자 간 상호작용에 따른 제올라이트 결정의 스트레인 형성 과정을 실시간 이미징하는데 성공하였다. 

질소산화물은 대표적인 대기오염 물질로 인체에 무해한 질소와 산소로 변환하는 것이 중요한데, 이때 ‘제올라이트’와 같은 다공성 물질에 금속이완을 치환하여 촉매로 사용하게 된다. 제올라이트는 나노 기공 내의 금속 이온을 치환하여 효율적인 촉매로 개발되고 있는 물질이다. 대표적인 대기 오염 물질인 자동차의 배기가스인 질소산화물을 제올라이트 촉매를 통해 질소와 산소로 바꿀 수 있다. 

연구팀은 이러한 촉매로 쓰인 제올라이트 마이크로 결정 내에서 일산화질소가 탄화수소와 함께 질소와 산소를 생성하는 과정에서 결정 내의 스트레인이 형성되는 과정을 실시간으로 세계 최초로 직접 관찰했다고 밝혔다. 

본 연구는 촉매의 구조적인 메커니즘을 이해하고 변환 효율을 높이는 데 기여할 것으로 보이며, X-선 자유전자레이저 뿐 아니라 앞으로 구축될 4세대 원형 방사광 가속기에 대한 응용 연구로도 각광을 받을 것으로 기대된다.

이는 서강대학교 화학과 윤경병 교수팀 미국 스탠포드대학 소재 SLAC 국립연구소, 미국 Brookhaven 연구소, 미국 Argonne 국립연구소의 연구팀과 국제공동연구로 이루어졌으며, 한국연구재단의 도약연구와 가속기 핵심 개발 연구 사업,  선도연구센터 (SRC, Center for Advanced X-ray Science)의 지원으로 수행되었다. 또한 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 19일자에 게재되었다.