주족원소들로도 전이금속 촉매 못지않은 산소 활성화 반응이 가능함을 입증한 황승준 교수 연구팀. <포스텍 제공>
포스텍 연구팀이 값싸고 흔한 주족원소들로도 전이금속 촉매 못지않은 산소 활성화 반응이 가능함을 입증한 연구 결과를 발표했다. 주기율표에서 원소들은 주족원소와 전이원소(전이금속)로 나뉘어지는데, 자연계에 풍부한 주족원소와 달리 니켈, 코발트, 아연 등의 전이원소는 상대적으로 희귀한 편이다.
포스텍에 따르면 산소는 연소 같은 에너지 변환 반응은 물론 생명체 내 대사 작용과 다양한 화학 변환을 이끄는 촉매 반응에서 작용한다. 이런 산소 활성화 반응의 촉매로 지금까지는 주로 전이금속에 의존해 왔으나, 전이금속은 좋은 성능에 반해 인체에 유해하고 한정된 자연계 매장량 때문에 비용이 많이 드는 한계가 있었다.
주족원소 기반 촉매 내 중심원소 변화에 따른 산소 환원 반응성 조절 구현 . <포스텍 제공>
이에 황승준 포스텍 화학과·첨단재료과학부 교수 연구팀이 값싸고 흔한 주족원소들로도 산소 활성화 반응이 가능함을 입증한 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 인(P), 안티모니(Sb), 비스무트(Bi)를 활용했고, 이 세 원소는 모두 주기율표 15족에 속하는 '형제' 같은 존재다.
연구 결과 이 세 분자는 산소를 만났을 때 전혀 다른 반응을 보였으며, 가장 가벼운 인(P)은 산소 원자 두 개와 한꺼번에 반응하는 가장 활발한 반응성을 보였다. 반면 더 무거운 안티모니(Sb)와 비스무트(Bi)는 오직 산소 원자 하나에만 반응하며 선택적인 반응성을 보였다. 특히 연구팀은 원소 반응성을 숫자로 정확히 표현하는 데도 성공해 앞으로의 유사 연구에 중요한 기준이 될 것으로 기대된다.
황승준 교수는 "이번 연구 결과는 값싼 원소로도 고성능 산소활성 촉매를 만들 수 있음을 보여줬다"고 말했다. 한편, 이 연구는 미국화학회가 발간하는 국제 학술지 '잭스 골드(JACS Au)'에 실렸다.
전준혁
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