안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
백금과 팔라듐 촉매는 자동차 배기가스 내의 오염물질을 정화할 때 고체의 표면에서 기체가 반응하는 불균일 촉매 작용을 이용합니다. 핵심 원리는 반응에 필요한 활성화 에너지를 낮추어 상온보다 높은 배기 온도에서 반응이 급격히 일어나도록 유도하는 것입니다.
먼저 일산화탄소가 정화되는 과정을 살펴보면, 배기가스에 포함된 일산화탄소와 산소 분자가 백금이나 팔라듐의 금속 표면에 흡착됩니다. 이때 금속 원자와 기체 분자 사이의 전자 상호작용으로 인해 산소 분자의 강한 결합이 약해지며 각각의 산소 원자로 해리됩니다. 표면에 붙은 일산화탄소는 이 산소 원자와 결합하여 이산화탄소로 변하며 표면에서 떨어져 나갑니다.
질소산화물의 경우에도 유사한 메커니즘이 작동합니다. 일산화질소 등이 촉매 표면에 흡착되면 질소와 산소 사이의 결합이 끊어지며 분해됩니다. 여기서 생성된 질소 원자들은 표면을 이동하다가 서로 만나 질소 기체가 되어 배출됩니다. 백금족 원소들의 디오비탈 전자 구조는 기체 분자를 붙잡아 결합을 끊는 능력이 탁월하여, 인체에 치명적인 가스들을 이산화탄소, 질소, 수증기 같은 무해한 성분으로 빠르게 전환하는 징검다리 역할을 수행하게 됩니다. 이러한 일련의 흡착, 표면 반응, 탈착 과정이 반복되면서 배기가스가 깨끗하게 정화됩니다.