황승준 교수팀, 주기율표 15족 원소로 산소 활성 반응 메커니즘 규명

포스텍은 황승준 교수 연구팀이 값싸고 흔한 주족원소들로도 전이금속 촉매 못지않은 산소 활성화 반응이 가능함을 입증한 연구를 발표했다고 18일 밝혔다. 

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

그동안 주로 전이금속 촉매에 의존해 왔는데 이들은 성능은 좋지만 인체 유해성과 가격이 비싸고 한정된 자연계 매장량 때문에 경제적 부담이 크다는 단점이 있었다.

또 이런 전이금속을 이용하더라도 산소를 원하는 정도로 조절해서 활성화시키는 일은 매우 어려웠다.

 

▲ 포스텍 황승준 교수 연구팀이 기념촬영을 하고 있다. 뒷줄 왼쪽부터 포스텍 화학과·첨단재료과학부 황 교수, 화학과 김동영 박사후연구원, 앞줄 왼쪽부터 오진록 박사후연구원, 박사과정 김성규, 박사과정 최대의. [포스텍 제공]

 

황 교수팀은 모두 주기율표 15족에 속하는, '형제' 같은 인(P), 안티모니(Sb), 비스무트(Bi)를 활용해 산소 반응을 정교하게 조절하는 데 성공했다.

이들을 중심에 둔 특수한 분자를 만들어 실험한 결과, 흥미롭게도 겉보기에는 비슷해 보이는 이 세 분자가 산소를 만났을 때 전혀 다른 반응을 보였다.

가벼운 인(P)은 산소 원자 두 개와 반응하는 가장 활발한 반응성을 보인 반면, 무거운 안티모니(Sb)와 비스무트(Bi)는 오직 산소 원자 하나에만 반응했다.

특히 연구팀은 'Hammett 분석'과 'pKa 계산'을 통해 각 원소 반응성을 숫자로 정확히 표현하는 데도 성공했다.

황 교수는 "이는 마치 운동선수의 기록을 정확히 재는 것과 같아서, 앞으로 비슷한 연구를 할 때 중요한 기준이 될 것으로 기대되고 있다"고 밝혔다.

 

이 연구는 미국화학회가 발간하는 국제 학술지 '잭스 골드(JACS Au)'에 실렸다.

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

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