울산과학기술원(UNIST)은 반응성 조절이 가능한 단원자 촉매 합성 기술을 새롭게 개발했다고 밝혔다.

UNIST 화학과 주상훈 교수 연구팀은 한국과학기술원(KAIST) 화학과 김형준 교수팀, 포항방사광가속기연구소 이국승 박사팀과 공동 연구를 통해 이 합성법을 개발했다.

31일 공동연구팀에 따르면 이 합성법은 촉매에 쓰이는 값비싼 귀금속의 함량을 줄일 수 있고, 다양한 촉매 개발에도 응용할 수 있다.

단원자 촉매의 배위구조 조절 모식도와 현미경 사진.

단원자 촉매는 금속 원자가 담체(지지체) 표면에 하나씩 흩뿌려진 형태의 촉매다.

금속 원자 각각을 모두 반응점으로 활용할 수 있어서 같은 중량의 귀금속을 쓰더라도 더 효율적이다.

그러나 중심 금속을 감싼 분자나 이온인 리간드(ligand) 종류를 자유롭게 조절하기 힘들어 반응성 조절이 까다롭다.

단원자 촉매의 반응성은 중심 금속과 리간드가 결합해 이루는 배위구조에 매우 민감한 특성을 보이고 있기 때문이다.

연구팀은 단원자 촉매 합성 과정에서 금속 전구체(원료)에 남아 있는 리간드를 다른 리간드로 쉽게 바꾸는 방식을 개발했다.

실제 백금족 귀금속인 로듐에 결합한 잔여 리간드를 다른 리간드로 교환했을 때 산소환원반응에 대한 촉매 활성(반응 속도)은 최대 30배까지 차이가 났으며, 반응 선택도 또한 3배 차이를 보였다고 연구팀은 설명했다.

연구팀이 개발한 합성법은 리간드를 여러 번 반복해서 교체할 수 있어 조절된 배위구조를 재조정 할 수도 있다.

주상훈 교수는 "이번 연구로 단원자 촉매의 잔여 리간드가 촉매의 반응 활성과 선택성에 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌다"며 "미래 화학 기술의 핵심 소재인 단원자 촉매 개발에 탄력을 받을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 화학 분야 국제 학술지인 '앙게반테 케미'(Angewandte Chemie International Edition)에 이달 4일 자로 온라인 출판됐다.

연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 '중견연구자지원사업', '미래소재디스커버리사업', '기후변화대응기술개발사업'의 지원을 받아 이뤄졌다.