촉매 기술은 현대 화학 산업, 에너지 전환 및 환경 거버넌스의 핵심 기둥 역할을 합니다. 촉매의 기능적 핵심인 활성 부위는 모든 촉매 반응이 일어나는 미세 위치로서 촉매 활성, 선택성 및 안정성을 직접적으로 좌우합니다. 벌크 캐리어와 촉매 프레임워크는 화학 반응에 거의 참여하지 않습니다. 이들은 주로 활성 구성 요소를 지원하고 금속 입자를 분산시키며 물질 전달을 촉진합니다. 표면이나 기공 채널 내부의 특정 미세 영역만이 반응물을 활성화하고 화학 결합을 재구성할 수 있으며 이러한 중요한 영역은 활성 사이트로 정의됩니다.
활성 부위는 촉매 반응을 일으키는 유일한 기능 영역입니다. 독특한 표면 구조와 전자 상태는 화학 반응의 활성화 에너지를 낮추어 온화한 작동 조건에서 -촉발하기 어려운-반응이 진행되도록 합니다. 촉매 주기는 지속적으로 반복됩니다. 첫째, 활성 부위는 반응물 분자를 흡착하고 내부 화학 결합을 약화시킵니다. 그런 다음 오래된 유대를 끊고 새로운 유대를 형성하여 목표 제품을 생성합니다. 마지막으로 생성물은 해당 부위에서 탈착되어 후속 반응 주기를 위해 활성 부위의 원래 구조를 복원합니다.
다양한 촉매는 뚜렷한 활성 부위를 특징으로 합니다. 금속 촉매의 경우 활성 부위는 대부분 금속 입자의 가장자리 및 모서리 원자이며 수소화 및 개질 반응에 널리 적용됩니다. 분자체와 같은 고체 산 촉매는 중유를 분해하고 탄화수소를 이성화하기 위해 산 부위에 의존합니다. 산화물 및 황화물 촉매는 환경 보호를 위한 연도 가스 탈황 및 탈질소화에 일반적으로 사용되는 결함 공극 및 경계면 부위를 중심으로 합니다.
촉매 성능은 활성 사이트의 상태에 따라 완전히 결정됩니다. 활성 부위의 양은 반응 전환 효율을 제어하고, 부위 강도는 지정된 목표 생성물을 생산하기 위한 선택성을 조절합니다. 산업 운영 중에 탄소 침착 피복, 불순물 중독, 고온 소결 및 구조적 손상으로 인해 활성 부위가 비활성화되고 이는 근본적으로 촉매의 쇠퇴 및 고장을 초래합니다.
현재 촉매 연구개발의 핵심 목표는 과학적 준비 방법을 통해 활성 부위의 양, 구조 및 미세 환경을 조정하는 것입니다. 이는 더 높은 활성, 뛰어난 선택성 및 더 긴 사용 수명을 갖춘 촉매 재료를 생산하여 높은-효율성, 친환경{2}}비용 효율적인 산업 반응을 실현합니다.