스위스 취리히 연방 공과대학(ETH Zürich), 영국 케임브릿지 대학(University of Cambridge)의 연구진은 새로운 견고한 촉매제를 개발했다. 이 촉매는 탄소와 질소 원자로 구성된 분자 구조 속에 팔라듐이 삽입되어 있다. 팔라듐-탄소-질소로 구성된 작은 입자를 제조함으로써 스즈키 반응(Suzuki reaction)으로 알려진 촉매 작용을 한다는 것을 확인할 수 있었다.

화학 산업은 비타민, 의약품, 향신료, 살충제를 생산하게 하지만 종종 많은 양의 쓰레기도 같이 생산한다. 이것은 특히 의약품과 정밀화학 분야에서 심각하다. 폐기되는 부산물은 최종 제품에 비해서 매우 많이 만들어지고 있다.

화학 산업에는 화학 반응을 촉진하기 위해서 용해된 형태의 촉매를 많이 사용한다. 이것은 용제 또는 반응 생성물로부터 촉매를 분리하는데 많은 노력을 필요로 한다. 고체 형태의 촉매를 사용함으로써 이런 문제를 해결할 수 있다.

지금까지 상업적인 규모의 공정에는 용해성 팔라듐 촉매가 널리 사용되고 있다. 용해성 촉매를 사용함으로써 상대적으로 불안정하고 비효율적인 촉매 작용을 야기했다. 이번에 개발된 팔라듐 촉매는 훨씬 안정적이다. 반응 액체에 용해되지 않기 때문에 훨씬 더 오랜 시간 동안 사용할 수 있다. 또한 이 촉매는 훨씬 더 비용 효율적이고, 오늘날 사용되는 촉매보다 20 배 정도 효과적이다.

이번에 개발된 촉매는 정밀화학제품을 합성하는 비용을 절감하고 팔라듐 소모를 감소시키며 폐기물의 양을 줄이는데 매우 효과적이다. 스즈키 반응 이외의 분야에 적용할 수 있는 촉매를 개발하기 위해서는 팔라듐 이외의 금속 원자를 격자 속에 가둘 필요가 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 Nature Nanotechnology에 “A heterogeneous single-atom palladium catalyst surpassing homogeneous systems for Suzuki coupling” 라는 제목으로 게재되었다.