KAIST 화학과 황승준 교수 연구팀이 산소 반응에서 전자가 이동하는 경로를 선택적으로 제어할 수 있는 새로운 분자 시스템을 개발했다고 밝혔다. 배터리와 연료전지·친환경 화학 공정의 차세대 촉매 원천기술이 될 것으로 기대된다.

 

산소는 반응할 때 전자가 2개 이동하는지 4개 이동하는지에 따라 만들어지는 물질과 반응 결과가 달라진다. 2전자 반응에서는 과산화수소가 4전자 반응에서는 물이 생성되는 만큼 이를 선택적으로 제어하는 기술은 배터리와 연료전지·친환경 촉매 개발의 핵심 과제로 꼽혀 왔다. 기존에는 철·코발트·니켈 등 전이금속을 활용해 왔으나 저마늄과 같은 주족 원소로는 복잡한 반응을 구현하기 어렵다고 알려져 있었다.

 

연구팀은 저마늄과 전자를 저장하고 전달하는 분자구조인 '산화·환원 활성 리간드(Redox-active Ligand)'를 결합해 이러한 한계를 극복했다. 하나의 분자 시스템 안에서 2전자 반응과 4전자 반응을 필요에 따라 선택적으로 유도할 수 있음을 세계 최초로 입증했다. 또한 반응 과정에서 생성됐다가 사라지는 2전자 산화 상태의 저마늄 중간체를 안정적으로 분리하는 데도 성공해 반응 원리를 이해하는 중요한 단서를 제공했다.

 

 

연구팀은 개발한 저마늄 복합체가 상온에서 빛 없이도 할로겐 원자가 붙은 유기화합물에서 할로겐을 제거해 의약품과 플라스틱 등 화학제품의 원료인 알켄을 생산할 수 있음도 확인했다.

 

황승준 교수는 "이번 연구는 전이금속에 의존하던 촉매 반응을 저마늄 같은 주족 원소로도 구현할 수 있음을 보여준 성과"라며 "배터리와 연료전지의 성능을 높이는 것은 물론 보다 친환경적이고 효율적인 화학공정을 구현하는 차세대 촉매 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다"고 전했다.

 

헬로티 구서경 기자 |