Ex-solution phenomena recently have emerged as a new method to prepare a catalyst with a strong anchoring effects between metals and its host oxide. So far perovskite materials have mainly used as a host oxide for ex-solution phenomena, but its low surface area had often been pointed to be overcome for practical use, thus there is a growing need for research on ex-solution phenomena from other non-perovskite oxides. In this work, nano-domain Rh doped ceria was synthesized by co-precipitation method and reduction treatment was carried out to occur ex-solution of Rh from the host oxide. In-situ TEM and other characterization as HADDF-STEM, High-Resolution XRD showed experimental evidences that Rh were segregated from the nano-domain ceria host and formed nanoparticles on the surface. The catalyst prepared by ex-solution method was further tested in propane steam reforming for hydrogen production and showed no degradation in performance for 65h of prolonged reaction time at 700°C. The catalyst also showed enhanced sintering resistance at high temperature and better coking resistance during the reforming reaction compared to a conventional $Rh/CeO_{2}$ prepared by wet-impregnation.
최근 촉매 합성 분야에서 엑솔루션 현상을 응용하여 금속과 담체 간 강력한 상호작용을 할 수 있게 만드는 방법이 주목을 받고 있다. 현재까지는 페로브스카이트 기반의 모체가 엑솔루션 촉매를 합성하는 데 있어 주로 연구되어 왔지만, 페로브스카이트 결정의 낮은 비표면적을 극복하고자 다른 비-페로브스카이트 계열의 모체에 대한 연구에 대한 필요성이 커지고 있다. 이에 본 연구에서는 공침법을 이용하여 나노 도메인 크기의 세리아 담체에 로듐을 도핑한 다음 환원 열처리를 통해 엑솔루션 된 로듐-세리아 촉매를 합성하였다. 실시간 투과 전자현미경, 고각도 암시야 주사투과전자현미경, 방사광 가속기를 이용한 고성능 X선 회절 분석 등을 통해 세리아 모체 내부에서 표면으로 로듐이 엑솔루션 되어 나노 입자를 형성할 수 있음을 실험적으로 규명하였다. 이에 합성된 촉매를 수소 생산을 위한 프로판 습식 개질 반응에 적용하였을 때 700도의 고온 조건에서도 65시간 동안 성능 열화 없이 우수한 내구성을 유지하는 결과를 보였다. 또한 습식합침법으로 합성된 로듐-세리아 담체 촉매와 비교하였을 때, 엑솔루션 방식으로 합성된 촉매의 고온에서의 소결 현상 및 리포밍 반응 중 탄소 침적에 대한 저항성이 향상되었음을 추가로 확인하였다.
