포스텍 연구팀, 산소 활성 반응 메커니즘 규명

황승준 화학과 교수 연구팀
촉매제 비용 절감 길 열어

연구진들이 모여 기념 사진을 찍고 있다. /포항공대 제공

포항공과대학교 황승준 화학과·첨단재료과학부 교수 연구팀이 값싸고 흔한 주족원소들로도 전이금속 촉매 못지않은 산소 활성화 반응이 가능함을 입증한 연구 결과를 발표했다.

산소는 연료의 연소 같은 에너지 변환 반응은 물론 생명체 내 대사 작용, 그리고 다양한 화학 변환을 이끄는 촉매 반응에서 매우 중요한 역할을 한다.

지금까지는 주로 전이금속 촉매에 의존해 왔는데 이들은 성능은 좋지만, 인체 유해성과 비싼 가격, 한정된 자연계 매장량 때문에 경제적인 부담이 컸다.

또 이런 전이금속을 이용하더라도 산소를 원하는 정도로 조절해 활성화하는 일은 매우 어려웠다.

연구팀은 전이금속보다 흔하고 저렴한 주족원소인 인(P), 안티모니(Sb), 비스무트(Bi)를 활용해 산소 반응을 정교하게 조절하는 데 성공했다.

연구팀이 특수한 분자를 만들어 실험한 결과, 겉보기에는 비슷해 보이는 세 분자가 산소를 만났을 때 전혀 다른 반응을 보이는 것을 확인했다. 가장 가벼운 인(P)은 산소 원자 두 개에 반응하는 활발함을 보인 반면 더 무거운 안티모니(Sb)와 비스무트(Bi)는 오직 산소 원자 하나에만 반응했다.

또 연구팀은 ‘Hammett 분석’과 ‘pKa 계산’을 통해 각 원소 반응성을 숫자로 정확히 표현하는 데도 성공했다.

황 교수는 “주기율표상 원소 특성이 반응성에 어떻게 영향을 주는지를 구체적으로 보여준 사례”라며 “값싼 원소로도 고성능 산소활성 촉매를 만들 수 있음을 보여준 이번 연구가 화학, 환경 산업의 비용 절감과 친환경 기술 발전에 큰 도움이 되기를 바란다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 미국화학회가 발간하는 국제 학술지 ‘잭스 골드(JACS Au)’에 실리며 학계의 큰 관심을 받고 있다.

/단정민기자 [e-mail]