분자동역학 시뮬레이션을 통한 촉매 금속-탄화수소 표면 반응 모사

Abstract

높은 효율을 갖는 에너지 전환 장치인 연료전지의 구동을 위해서는 고품질의 수소가 지속적으로 공급되어야 한다. 수소 공급을 위해 사용되는 연료 개질 공정 중에는 니켈 기반 촉매 표면에서 탄소 나노구조가 생성되는 탄소침적 현상이 발생한다. 탄소침적 현상에 의해 생성된 탄소는 촉매 표면을 덮어 촉매 활성을 저해하므로, 안정적인 개질기 구동을 위해서는 탄소침적 현상을 막는 개질 촉매의 개발이 필요하다. 최근 표면 반응을 모사하기 위한 방법으로 분자동역학 시뮬레이션이 널리 사용되고 있다. 특히 Adri van Duin 등이 개발한 ReaxFF는 반응 생성 및 소멸을 모사할 수 있는 시뮬레이션 방법이며, 이을 통해 촉매 표면에서의 개질 반응을 모사할 수 있다. 본 연구에서는 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 각 촉매 금속 표면에서의 반응성 차이를 비교하고, 백금 기화 현상을 관찰하였다. 촉매 표면 모델링을 위해서는 니켈과 백금 표면에 도데카인 분자를 반응물로 사용하여 개질 촉매 환경을 모사하였다. 또한 다양한 온도에서의 분자동역학 시뮬레이션을 통하여 온도와 개질 촉매 표면 반응의 관계를 알아보았다. 이를 통해, 분자동역학 시뮬레이션을 통한 촉매 금속-탄화수소 표면 반응 모사를 성공적으로 수행하였다.