포스텍 연구진, 화학반응 길 안내하는 분자들의 내비게이션 시스템 개발

고부가가치 화합물 생산 효율 향상 기대

포스텍 화학과 이인수(왼쪽부터) 교수, 아밋 쿠마 연구교수. 박사과정 삼파스쿠마르 지바난담 씨. 포스텍 제공

포스텍(포항공대)화학과 이인수 교수, 아밋 쿠마 연구교수, 박사과정 삼파스쿠마르 지바난담 씨 연구팀이 분자들을 정확한 경로로 안내하는 '분자 내비게이션' 시스템 개발에 성공했다.

이번 연구 결과는 저명한 과학 학술지인 'ACS 나노(ACS Nano)' 2월호 추가 표지 논문으로 게재됐다.

일반적으로 공장에서 물건을 만들 때 다양한 화학 반응이 일어나는데, 이 과정에서 간혹 분자들이 촉매에 무작위로 붙으면서 엉뚱한 방향으로 반응이 진행돼 원치 않는 물질이 만들어질 수 있다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 2D 실리카 나노 반응기 내에 구리와 백금 금속 나노결정을 포함한 2D 하이브리드 촉매를 제조한 뒤 이를 활용한 선택적 화학 반응을 구현해 냈다.

연구팀이 '분자 내비게이션' 시스템을 적용한 결과 의약품과 플라스틱, 화장품 등의 제조에 필수적인 화학 반응들에서 놀라울 정도의 정확성을 보였다.

알카인과 불포화 에스터, 알데하이드, 니트로아렌의 수소화 반응에서 분자들은 내비게이션의 안내에 따라 원하는 목적지에 정확히 도달하는 것으로 나타났다. 연구팀이 개발한 촉매가 자동차의 내비게이션처럼 분자들에게 정확한 경로를 안내하는 역할을 한다는 것을 검증한 셈이다.

여기에 더해 이 촉매는 효율성뿐 아니라 지속가능성까지 갖췄다는 게 연구팀의 설명이다. 기존 촉매들은 여러 번 사용하면 성능이 떨어지지만, 이 촉매는 반복적으로 사용해도 성능을 유지하고 있는데다 비정질 실리카와 같은 저비용 재료로도 대량생산이 가능하다는 점에서 높은 평가를 받고 있다.

이인수 교수는 "이번 연구를 통해 촉매 설계의 효율성, 다목적성, 지속 가능성을 모두 아우르는 차세대 촉매 기술의 새로운 방향을 제시했다"며 "플라스틱, 의약품, 화장품, 전자 소재 등 다양한 산업에서 고부가가치 화합물을 생산할 때 불필요한 부반응을 줄이고, 환경 오염도 줄일 수 있을 것으로 기대된다"고 했다.