화학산업 필수기술 '수소화 반응'이 상온에서 귀금속 촉매 없이 가능해졌다.
한국화학연구원(원장 이미혜)은 황영규 화학공정연구본부장과 정재훈 울산대 교수 공동 연구팀이 이런 수소화 반응 촉매 연구 결과를 세계적 촉매 분야 권위지 '미국 화학회 촉매(ACS Catalysis)' 3월호에 표지논문으로 발표했다고 31일 밝혔다.
수소화 반응은 액상수소원과 반응물을 촉매에 넣어, 새로운 생성물을 얻는 화학반응이다.
100도 이상 고온에서 이뤄지는데, 에너지가 많이 소모되고 온실가스를 배출해 상온반응 연구가 이어졌지만 경제성이 떨어졌다. 팔라듐과 플래티늄 등 귀금속 촉매를 써야 했다.
연구진은 금속유기골격체(MOF) 촉매에 알코올을 넣고 가열하는 간단한 방법으로 이 문제를 해결했다. MOF 촉매에 알코올을 넣고 끓이자 MOF의 지르코늄 산화물 부분에 활성점이 생겨 촉매가 활성화됐다. 30도에서도 수소화 반응이 이뤄졌다.
연구진은 신형 MOF 촉매를 이용해 상온에서 바이오매스 '퍼퓨랄'을 화학원료 '퍼퓨릴 알코올'로 전환하는 데 성공했다.
석유화학공정과 바이오화학공정 등 중간체 7종을 만들었고. 신형 MOF 촉매가 상온에서 작동하는 것을 확인했다.
수소화 반응에서 일어나는 수소 전달 메커니즘도 새롭게 밝혀냈다. 수소는 촉매를 거쳐 반응물에 전달되는데, 이때 수소가 촉매와 반응물의 여섯 자리를 거쳐 전달된다는 '6각링 전이상태'가 정설이었다. 연구팀은 실제로 8각링 전이상태, 즉 수소가 촉매와 반응물의 여덟 자리를 거쳐 전달되는 것을 밝혀냈다.
황영규 본부장은 “수소 전달 과정의 전이상태 중간체가 밝혀졌기 때문에 이를 바탕으로 한 새로운 촉매 반응경로 연구 등이 활발하게 이뤄질 것”이라며 “석유화학과 정밀화학, 바이오화학 공정 등에 미치는 영향이 클 것”으로 내다봤다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
