서울과기대 노인수 교수, 세계 최초 ‘알킨 하이드로포밀레이션 반응 고효율 불균일 촉매’ 개발

화학 산업의 핵심 원료인 '알데하이드'를 만드는 데 있어 난제를 해결할 수 있는 길이 열렸다. 서울과학기술대학교 화공생명공학과의 노인수 교수는 미국 캘리포니아대학교 산타바바라캠퍼스 연구팀과 함께 화학 산업계가 알데하이드 생산 공정에서 요구해 왔던 고효율 '불균일 촉매' 개발에 세계 최초로 성공했다. 이 연구 결과는 9일 공개된 세계적 권위의 과학학술지인 네이처 지에 게재됐다. 개발에 성공한 '불균일 촉매'는 산업계에서 기존에 사용하던 '균일 촉매'와 달리 생성물이 분리돼 정제를 위한 폐수를 감소시킬 뿐 아니라 촉매 재활용도 가능하다. 선택도는 96%로 균일 촉매와 유사한 것으로 확인됐다. 화학 산업계는 지난 80년 이상 '균일 촉매'를 사용한 '알킨 하이드로포밀레이션' 반응을 통해 의약품, 윤활제 등을 생산하는데 필수 원료인 알데하이드를 만들어 왔다. 전 세계 화학 산업계는 불균일 촉매의 낮은 선택도 때문에 균일 촉매를 사용해 연간 1200만 톤의 알데하이드를 생산하고 있다. 알데하이드는 '석유 산업의 쌀'로 불리는 에틸렌보다 몇 배 비싼 화학 산업의 필수 핵심 원료다. 기존의 균일 촉매는 금속 중 가장 고가로 백금보다 16배 비싼 '로디움' 금속을 이용했으나 촉매 재활용이 안 돼 학계와 기업은 불균일 촉매 개발에 나섰으나 지금까지 성과를 만들어내지 못했다. 그러나 노 교수 팀은 로디움 금속의 입자 크기를 단원자를 줄인 뒤 텅스텐 산화물을 로디움 단원자 옆에 원자 단위로 위치시켜 로디움 표면에 나타나는 '피독 현상'을 해결하는 불균일 촉매 개발에 성공했다. 제 1저자인 노 교수는 "알데하이드 생산 과정에서 환경에 해롭고 재활용이 어려운 균일 촉매를 대체할 고효율 불균일 촉매를 세계 최초로 제시하는 성과를 얻었다"고 전했다.