포스텍, 세포막 형태 모방한 고효율 촉매 물질 개발

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포스텍(총장 김무환)은 이인수 화학과 교수와 아미트 쿠마르 박사 연구팀이 플라즈몬 이중층 구조를 가진 촉매제 '나노카탈로좀'을 개발하고, 이를 활용해 태양광 유도 화학반응을 구현하는데 성공했다고 13일 밝혔다.

플라즈몬 이중층 구조를 가진 촉매제를 개발하고, 이를 활용해 태양광 유도 화학반응을 구현하는데 성공한 이인수 포스텍 화학과 교수(왼쪽)와 아미트 쿠마르 박스.
<플라즈몬 이중층 구조를 가진 촉매제를 개발하고, 이를 활용해 태양광 유도 화학반응을 구현하는데 성공한 이인수 포스텍 화학과 교수(왼쪽)와 아미트 쿠마르 박스.>

태양광을 에너지원으로 활용해 물질을 대량으로 생산하는 친환경적이고 지속가능한 화학공정을 개발하기 위한 연구는 세계적으로 매우 활발하다.

연구팀은 다양한 목적에 활용할 수 있으면서 효율성이 좋은 촉매제를 개발하기 위해 세포막 이중층 구조에 관심을 가졌다. 세포와 대부분 세포기관들은 이중층 세포막구조로 둘러싸여 있으며, 이중층 구조는 pH 농도를 조절하고 이온·분자 채널을 유지하는 역할을 한다. 세포 내에서 일어나는 촉매 반응의 공간이 되기도 한다.

연구팀은 이러한 세포막 형태를 모방해 태양광을 이용해 화학 반응을 이끌어낼 수 있는 고효율 촉매 물질을 개발하는 연구를 진행, 이중층 세포막 구조와 닮은 촉매인 나노카탈로좀을 개발했다.

나노카탈라좀을 이용한 태양광 유도 화학반응 개념도
<나노카탈라좀을 이용한 태양광 유도 화학반응 개념도>

이중층의 속 빈 금속껍질로 이루어진 나노카탈로좀은 금속껍질 이중층 사이에 형성된 수 나노미터(㎚)크기 공간에서 태양광을 흡수, 화학반응에 필요한 에너지로 전환해 효율을 크게 높인다.

또 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등을 비롯한 여러 종류의 촉매 금속을 필요에 따라 선택적으로 촉매 반응에 도입하며 다양한 화학 반응에 적용할 수 있는 넓은 활용성을 가지고 있다.

나노카탈로좀은 수소와 같은 친환경 연료의 저장, 생산은 물론 정밀 화학물질 합성에 활용할 수 있으며, 태양광을 에너지원으로 사용해 환경친화적이고 지속가능한 생산공정을 구현할 수 있다. 또 생체 이미징이나 세포 내 촉매 반응에 적용, 새로운 질병 진단이나 치료에 응용할 수 있을 것으로도 기대된다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 리더연구자지원사업(창의연구) 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 화학분야 세계적 권위지인 '안게반테 케미' 표지논문으로 소개될 예정이다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com