포스텍(POSTECH)은 이인수 화학과 교수와 아밋 쿠마 연구교수, 박사과정 삼파스쿠마르 지바난담 씨 연구팀이 분자들을 정확한 경로로 안내하는 '분자 내비게이션' 시스템을 개발했다고 19일 밝혔다.
연구팀은 2D 실리카(silica) 나노 반응기 내에 구리(Cu)와 백금(Pt) 금속 나노결정을 포함하는 2D 하이브리드 촉매를 제조하고, 이를 활용해 '리간드-다공성 쉘 협력 효과'라는 개념을 적용한 선택적 화학 반응을 구현했다.
이 촉매는 자동차의 내비게이션처럼 분자들에게 정확한 경로를 안내한다. '유기 리간드'는 반응에 참여하는 분자들에게 방향을 제시하는 역할을 하며, '실리카 쉘(shell)'은 물리적인 차선을 만들어 분자가 특정 경로로 이동하도록 제한한다.
이 '분자 내비게이션' 시스템은 의약품과 플라스틱, 화장품 등 제조에 필수적인 화학 반응들에서 놀라운 정확도를 보였다. 알카인(alkyne)과 불포화 에스터(esther), 알데하이드(aldehyde), 니트로아렌(nitroarene)의 수소화 반응에서 분자들은 내비게이션의 안내에 따라 원하는 목적지에 정확히 도달했다.
또 연구팀이 개발한 촉매는 효율성뿐만 아니라 지속가능성까지 갖췄다. 기존 촉매들은 여러 번 사용하면 성능이 떨어지는 경우가 많지만, 연구팀의 촉매는 반복적으로 사용해도 성능을 유지했다. 비정질 실리카와 같은 저비용 재료로도 촉매를 대량 생산할 수 있다는 것도 큰 장점이다.
이인수 교수는 “이번 연구를 통해 촉매 설계의 효율성, 다목적성, 지속 가능성을 모두 아우르는 차세대 촉매 기술의 새로운 방향을 제시했다”라며, “플라스틱, 의약품, 화장품, 전자 소재 등 다양한 산업에서 고부가가치 화합물을 생산할 때 불필요한 부반응을 줄이고, 환경 오염도 줄일 수 있을 것”이라고 했다.
한편, 한국연구재단 리더연구자지원사업 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 저명한 과학 학술지인 'ACS 나노(ACS Nano)'에 추가 표지(Supplementary Cover) 논문으로 게재됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
