유해물질 탄화수소를 분해하는 자연 모방 촉매가 개발됐다. 탄소-수소 결합을 산화시켜 에너지 소모를 줄이고, 환경오염 방지에 기여할 것으로 기대된다.
조재흥 교수팀은 화석연료의 탄화수소를 금속에 결합된 물을 이용한 촉매로 분해하는 데 성공했다. 기존 방법보다 온화한 조건에서도 유해물질을 처리할 수 있다. 복잡한 과정이나 높은 온도를 필요로 하지 않아 환경 보호에 유리하다.
연구팀은 자연계 금속효소가 탄화수소 산화시킬 수 있는 능력을 모방해 새로운 촉매를 만들었다. 산소와 수소로 구성된 하이드록소 리간드에 수소 이온을 첨가해 금속과 결합된 물 분자를 합성한 것이다. 기존 방식보다 효율적이고 에너지를 덜 사용한다.
그림. 망간-하이드록소, 아쿠아 종의 반응성 차이 도식
수소이온이 첨가된 망간 촉매의 전자 이동 능력이 향상됐다. 산소-수소 결합 활성화 속도도 빨라졌다. 하이드록소 리간드를 물로 바꿔 망간의 환원 전위를 높였기 때문이다.
안트라센과 같은 강한 탄소-수소 결합을 가진 물질도 낮은 온도에서 산화시켜 독성을 제거했다. 물에 잘 녹지 않고 화학적으로 안정적인 방향족 탄화수소를 효과적으로 분해했다.
조재흥 교수는 “낮은 온도에서 망간(III)과 두 개의 물이 결합된 촉매가 방향족 탄화수소와 반응한 첫 사례다”라고 밝혔다. 이어 그는 “망간의 환원 전위를 조절해 강한 탄소-수소 결합을 분해하는 높은 산화 능력을 증명한 것은 산업적으로 중요한 금속 촉매 개발에 기여할 것이다”라고 덧붙였다.
연구 결과는 화학분야 저명 국제학술지 미국화학회지(J. Am. Chem. Soc., Journal of the American Chemical Society)에 6월 3일자로 온라인 게재됐다. 연구는 한국연구재단 단계도약형 탄소중립기술개발사업, DACU 원천기술개발 (R&D), 국가신약개발사업 지원으로 수행됐다.
