숙명여대 연구진, '분자촉매 효율 유지하면서 안정성 높일 실마리' 찾아내



숙명여대 화공생명공학부 최경민,김우열 교수 연구팀이 케이지 형태로 촉매를 감싸 분자 촉매의 효율을 떨어뜨리지 않으면서 안정성을 높일 수 있는 실마리를 찾아냈다고 한국연구재단(이사장 노정혜)이 25일 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견-신진연계연구지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 '에너지 및 환경과학(Energy & Environmental Science)'(10월29일자)에 게재됐으며, 프린트 판의 표지논문으로 추천됐다.

분자 촉매는 촉매반응 후, 서로 결합해 촉매 특성이 저하됨에 따라 장시간 동안 사용하지 못하는 문제가 존재해 왔다.

연구진은 분자 보호장비로서 금속유기-단위입자(metal-organic polyhedra)를 이용, 광촉매 분자의 안정화를 장시간 유지하는 동시에 높은 광촉매 활성을 구현시켰다.

이에 따라 기존보다 금속유기-단위입자를 사용했을 때 24시간 동안의 광촉매 반응의 성능이 42배 이상 증가했으며, 단위 시간당 활성도 역시 일정하게 유지됐다. 이를 통해 금속유기-단위입자가 분자 촉매를 담지함으로써 고효율, 고안정성의 광촉매 반응을 유도하고 있음을 확인했다.

이번 연구에서 개발한 금속유기-단위입자는 다양한 분자 촉매를 함유할 수 있는 플랫폼으로서, 광촉매 반응, 오염물 분해반응, 유기합성반응, 전기 화학반응 등의 다양한 분야에 적용돼 촉매의 활성과 안정성을 향상할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 다양한 연료 및 화학제품으로 변환할 수 있는 촉매 반응에서의 효율성과 선택성 및 안정성을 극대화할 수 있을 것으로 기대되며, 촉매반응을 이용한 정밀화학, 제약, 환경정화 등 여러 가지 산업군에 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

최경민·김우열 교수는 " 금속유기-단위입자를 템플릿으로 활용하여 다양한 분자촉매들을 결합함으로써, 광촉매-단위입자, 전기촉매-단위입자, 유기촉매-단위입자로 확장해, 광촉매 반응, 오염물 분해반응, 유기합성반응, 전기화학반응 등의 다양한 분야에 적용하고자 한다"고 전했다.