[스타인뉴스 이복인 전문기자]
국내 연구진이 반도체 소재로 쓰이는 '흔한 원소' 저마늄(게르마늄)을 이용해 산소 반응 경로를 선택적으로 제어하는 데 성공했다.
KAIST는 화학과 황성준 교수 연구팀이 저마늄과 전자를 저장·전달할 수 있는 분자 골격을 결합해 산소 활성화 경로를 2전자 또는 4전자 경로로 선택적으로 전환하는 분자 시스템을 개발했다고 22일 밝혔다.
산소 반응은 전자가 2개 이동하면 과산화수소를, 4개 이동하면 물을 생성하는 등 결과가 달라진다. 따라서 배터리, 연료전지, 친환경 화학 공정 기술의 성능을 높이려면 이 경로를 선택적으로 제어하는 것이 중요하다.
기존 산소 반응 제어 촉매는 주로 철, 코발트, 니켈과 같은 희귀한 전이금속을 중심으로 개발됐다. 반면 저마늄과 같은 주족 원소는 여러 전자를 한 번에 이동시키는 반응에는 부적합하다고 여겨져 왔다.
연구팀은 전자를 저장하고 전달하는 '산화·환원 활성 리간드'를 저마늄에 결합하는 방식으로 한계를 극복했다. 이 리간드가 전자 저장소 역할을 하며 저마늄과 협력해 분자 전체가 다전자 반응에 참여하도록 만든 것이다.
이번 연구는 주족 원소 기반 분자 시스템에서 2전자와 4전자 반응성을 선택적으로 구현한 드문 사례로, 촉매 설계에 고려할 수 있는 원소의 범위를 넓혔다는 평가를 받는다.
연구팀은 개발한 저마늄 복합체가 온화한 조건에서 유기화합물의 할로젠 원자를 제거하고 의약품, 플라스틱 등의 원료로 쓰이는 알켄을 재생하는 데 성공해 실용화 가능성도 확인했다.
황성준 교수는 "이번 연구 결과가 차세대 에너지 변환 촉매 개발에 중요한 단서를 제공하고, 더 선택적이고 효율적인 화학 공정 발전에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 '켐'(Chem)에 지난 6일 자로 온라인 게재됐다.
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