We investigated the distribution of Pt species on NaY and the preparation and characterization of very small (about 1 nm) Pt-Ir Bimetallic clusters on NaY. These were done by using $^{129}Xe$ NMR, hydrogen and xenon adsorption, X-ray diffraction (XRD), temperature programmed oxidation/reduction (TPO/R) and probe reaction (ethane hydrogenolysis). The catalytic reaction properties of Pt/NaY, Ir/NaY and Pt-Ir/NaY were determined by n-heptane and n-decane reforming reaction and CO hydrogenation reaction. The $^{129}Xe$ NMR spectroscopy was a very sensitive physical probe for measuring the distribution of Pt species and characterization of Pt-Ir bimetallic catalyst on NaY. The location of Pt species during the impregnation of $H_2PtCl_6$ on NaY was found to be affected by the impregnation time and the drying mode. More uniform distributions of Pt species in the impregnation and higher metal dispersion were achieved by longer treatment in a 100\% relative humidity chamber before calcination. However, the cation exchange of $Pt(NH_3)_4^{2+}$ ON NaY zeolite gave uniform distribution of Pt species in the zeolite spercage throughout the ion exchange, calcination and reduction. In their amine cation exchanged Pt-Ir/NaY bimetallic samples, very small (about 1 nm) and homogeneous Pt-Ir bimetallic clusters were formed inside the zeolite supercage after calcing and reducing at 573 K. This interaction between Pt and Ir seems to take place in the calcination step prior to hydrogen reduction by the results of TPO/R. Pt-Ir bimetallic clusters showed specific characteristics different from those of Pt and Ir monometallic clusters and physical mixtures of corresponding monometallic clusters. The chemical shifts of $^{129}Xe$ NMR and catalytic activities (TOF's) in ethane hydrogenolysis reaction of Pt-Ir bimetallic cluster were lower than those of corresponding physical mixtures of Pt and Ir bimetallic clusters were smaller than those of Pt and Ir monometallic cluster, which resulted from the coverage of surface Pt by Ir. The activation energies of Pt-Ir bimetallic clusters were smaller than those of Pt and Ir monometallic cluster in ethane hydrogenolysis and CO hydrogenation reaction, which suggested the existence of electronic interaction between Pt and Ir in the bimetallic clusters. The Pt-Ir bimetllic clusters were more stable than Ir monometallic cluster and remained inside the supercage under re-oxidation treatment at less than 673 k. Under re-oxidation treatment, Pt seems to migrate to outer surface of bimetallic cluster and prevent agglomeration of Ir to large $IrO_2$ on zeolite external surface. The Pt-Ir biemtallic catalysts had a higher activity and improved activity maintenance than those of Pt/NaY monometallic catalyst in n-heptane and n-decane reforming reaction. These improved catalytic reaction properties of Pt-Ir bimetallic catalysts could be explained by less quantity of coke and the nature of more graphitic coke than that of Pt/NaY.

본 논문에서는 NaY 제올라이트에서 백금성분의 분포와 NaY 제올라이트 담지 초미세 (약 1 nm) 백금-이리듐 이원금속 클러스터의 제조와 특성분석에 관한 연구를 진행하였다. 이러한 연구는 $^{129}Xe$ NMR, 수소와 제논 가스 흡착, X-선 회절분석 (XRD), 승온 산화/환원 (TPO/R) 및 시험반응 (에탄 hydrogenolysis) 방법들을 사용하였다. Pt/NaY, Ir/NaY와 Pt-Ir/NaY 이원금속 촉매의 n-헵탄과 n-데칸 개질반응과 CO 수소화 반응을 통하여 촉매반응 특성을 조사하였다. $^{129}Xe$ NMR 분광법은 함침법과 양이온 교환법에 의하여 Pt/NaY 촉매를 제조할때 NaY 에서의 백금 분포 측정과 Pt-Ir/NaY 이원금속 촉매의 특성분석에 매우 유용하였다. NaY 제올라이트 위에 $H_2PtCl_6$ 를 함침 시킬때 NaY 담체에서 백금 성분의 위치는 함침시간과 건조 방법에 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다. 함침시 백금성분의 더고른 분포와 더높은 분산은 소성처리전에 상대 습도가 100 \% 인 상태에서 더 긴 시간동안 건조처리를 통해서 얻을 수 있었다. 그러나, $Pt(NH_3)_4^{2+}$ 의 이온교환에 의해 제조된 Pt/NaY 는 이온교환, 소성 및 환원 처리의 모든 조건에서 대부분의 백금성분이 NaY 제올라이트의 수퍼케이지 안에 균일하게 분포하고 있었다. 백금과 이리듐의 아민양이온이 교환된 Pt-Ir/NaY 이원금속 물질을 573 K 에서 소성과 환원 처리를 하면 초미세 (약 1 nm) 의 균일한 백금-이리듐 이원금속 클러스터가 NaY 제올라이트의 수퍼케이지 안에 형성되었다. 승온 산화/환원 (TPO/R) 실험 결과에 의하면 백금과 이리듐 사이의 결합은 수소로 환원 하기전에 소성 단계에서 생기는 것으로 사료 되었다. 백금-이리듐 이원금속 클러스터는 백금이나 이리듐 단일 금속 클러스터나 물리 혼합된 클러스터와는 다른 특이한 특성을 나타냈다. Pt-Ir 이원금속 클러스터는 백금과 이리듐 클러스터의 물리 혼합물 보다 $^{129}Xe$ NMR 의 화학적 이동과 에탄 hydrogenolysis 의 활성이 낮은데 이것은 일부 백금 표면이 이리듐에 의해 덮이기 때문으로 사료 된다. 백금-이리듐 이원금속 클러스터는 백금과 이리듐 단일 금속 클러스터 보다 에탄 hydrogenolysis 와 CO 수소화 반응의 활성화 에너지가 낮은데 이것은 이원금속 클러스터내의 백금과 이리듐 사이의 전자적인 상호작용이 존재함을 나타내주는 결과이다. 673 K 보다 낮은 온도의 재산화 처리 조건에서 백금-이리듐 이원금속 클러스터는 이리듐 단일금속 클러스터 보다 더 안정하여 제올라이트 수퍼케이지 안에 머물러 있었다. 재산화 처리 조건에서 백금이 이원금속 클러스터의 표면으로 이동하여 이리듐이 제올라이트 외부 표면에서 큰덩어리의 $IrO_2$ 로 뭉치는 것을 방지해 주는 것으로 사료 된다. Pt-Ir/NaY 이원 금속 촉매는 n-헵탄과 n-데칸 개질반응에서 Pt/NaY 단일금속 촉매 보다 더 높은 활성과 개선된 활성유지도를 나타냈다. 백금-이리듐 이원금속 촉매의 개선된 반응 특성은 적은 양의 코크 생성과 more graphitic 한 코크의 생성 때문으로 사료 되었다.