Adsorption (Hydrogenation)

 수소는 전자가 많지도 않고 극성도 없어서 타물질에 흡착되는 양도 흡착되는 세기도 그리 높지 않은 편이다. 그러나, 촉매 반응에 이용하고자 하는 경우라면 촉매상에 흡착되는 양도 많아야 하고, 흡착되는 세기도 강해서 dissociation이 발생할 만한 상황을 만들어주어야 한다. 비록 특성 자체가 타물질에 잘 붙어있을 여지가 높지는 않지만, 촉매 자체에 무엇이든 강하게 끌어당겨 붙을 수 있는 여지의 site를 만들어 준다면, 그 상황이 달라질 수 있다.

그럼, 수소를 잘 흡착하고 dissociation도 잘 할 수 있는 촉매의 site를 어떻게 만들 것인가의 문제가 생길 것인데, 그 이전에 한가지 더 고려해야 할 사항이 있다. 수소가 단독으로 쓰이지는 않기에 다른 물질과 같이 공존하는 상황이 만들어 질 터인데, 흡착을 잘하는 촉매 site를 만들면 수소뿐만 아니라 공존하는 다른 물질이 먼저 흡착을 하여 수소의 흡착을 방해하는 것은 아닐까 하는 고민도 필요하게 된다.

이 때, 경쟁흡착, surface coverage 등으로 불리우는 개념에 대한 이해가 필요하다. 기상으로 존재하던 액상으로 존재하던 두 물질이 만나서 서로 특정 수준의 끌어당기는 힘이 존재한다면, 특히 기상으로 존재하는 물질이 고상의 물질 위에 안착하는 힘이 생긴다면 우리는 일상적으로 흡착이 되는구나 정도로 인지할 수 있다. 일반적으로 흡착은 분자 수준의 물질이 안착하는 것이라 흡수의 개념과는 차이가 있고, 분자 수가 늘어나서 condensation이 되더라도 그 layer의 정도에 따라 흡수와 구별지어 부를 수도 있다. 또한 액상으로 존재하는 물질의 일부 분자가 고상의 표면위에 안착하는 것도 흡착의 범주로 인지할 만하다고 본다. 다만, 촉매상에는 흡착을 주로 야기하는 site가 존재하기 때문에, 촉매의 겉표면 전역에 걸쳐 동일한 수준의 흡착이나 condensation이 발생하지는 않기 때문에 흡착이라는 개념을 이해할 때, 분자 수준의 물질이 특정 site에 안착하는 정도로 이해해도 충분하리라 본다.

이제는 그 흡착의 세기 정도를 가늠해 봐야 한다. 바람만 불어도 날아갈 정도로 약하게 붙어 있는지, 열을 주거나 파장 등의 에너지를 주어도 쉽게 떨어져 나가지 않을 정도로 강하게 붙어 있는지, chemical bond의 수준으로 붙어있는지를 생각해보는 것도 촉매의 반응을 평가함에 있어 중요한 직관을 마련하게 된다.