다공성 금속-유기 골격체 기반 촉매 성능 향상 기술 보고…유럽화학회지 표지로 선정

[한국대학신문 이다솜 기자] 충북대학교(총장 김수갑) 화학과 김민 교수 연구팀이 다공성 금속-유기 골격체 기반 촉매의 성능을 현격히 향상시키는 기술을 보고해 학계의 주목을 받았다.

김민 교수 연구팀은 ‘Surface Deactivated Core-Shell Metal-Organic Framework by Simple Ligand Exchange for Enhanced Size Discrimination in Aerobic Oxidation of Alcohols(알코올의 호기성 산화에서 크기 식별 향상을 위한 간단한 리간드 교환에 의한 표면 비활성화된 코어-쉘 금속-유기 골격체)’이라는 제목의 논문을 발표했다.

이 논문은 2000년대 이후 활발하게 연구되고 있는 다공성 금속-유기 골격체 기반 촉매를 이용해 알코올의 호기성 산화 반응을 수행할 때 결정 표면에 촉매 활성을 제거, 선택성을 높이는 연구를 수행했다.

이번 연구는 금속-유기 골격체의 성질 변화와 촉매 연구를 진행하고 있는 충북대 화학과 김민 교수와 화학과 김성우씨(박사 4년, 지도교수 김민), 이주연씨(석박통합 3년, 지도교수 김민)가 참여했고, 금속-유기 골격체의 합성과 디자인 전문인 울산과학기술원 문회리 교수와 정성은 씨 등 양 기관 연구팀과 공동으로 진행했다.

뿐만 아니라 이 연구 결과는 화학 분야 저명 학술지인 유럽화학회지 (Chemistry A European Journal, Impact Factor: 5.16)에 6월 18일자로 게재됐으며, 표지 이미지 논문 중 하나로 선정되는 쾌거를 거뒀다.

기존에 다공성 금속-유기 골격체는 다공 구조의 크기를 조절할 수 있는 특성이 있어 촉매로 응용했을 때 크기 선택성을 보이고, 또한 이를 조절할 수 있는 성질이 있어 학계의 많은 관심을 받고 있다.  이에 김민 교수 연구팀에서는 최근 촉매 반응이 결정의 표면에서 일어날 경우, 반응물의 크기에 대한 선택성을 보일 수 없다는 것을 밝혀냈다. 이번 연구에서는 이를 극복하기 위해 촉매 반응이 다공 구조 내부에서만 수행되도록 유도했고, 그 결과 촉매의 선택성이 현저하게 개선되는 것을 확인했다.

김민 교수는 “이번 연구의 핵심 기술인 촉매의 표면 불활성화 방법은 매우 간단한 방법으로 쉽게 촉매의 선택성을 향상시킬 수 있는 전략으로 쉽게 다양한 촉매에 적용 가능하기 때문에, 기존에 많이 알려진 다공성 금속-유기 골격체 기반 촉매 연구와 효소 모방형 촉매 개발 연구에 즉시 응용 가능한 범용적인 연구”라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 이공분야 기초연구사업(2019R1A2C4070584)과 선도연구센터(2016R1A5A1009405)의 지원을 받아 수행됐다. 김성우 씨와 이주연 씨는 각각 글로벌 박사 펠로우십의 지원을 받고 있는 우수인재이다.

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