울산과학기술원(UNIST)은 귀금속 촉매 없이 차세대 에너지 소재를 합성하는 방법을 개발했다고 4일 밝혔다.
UNIST에 따르면 화학과 홍성유, 얀 로데 교수 연구팀은 라디칼(Radical) 연쇄 반응으로 ‘질소 함유 나노 그래핀 조각’을 합성하는 방법을 개발했다.
이 물질은 정밀 화합물, 차세대 고분자·에너지 소재로 주목받는 물질이다.
물질은 분자 수준에서 조립해 나가는 정밀 합성법은 고가의 금속 촉매와 다단계 화학 반응이 필요한 경우가 많다.
연구팀이 개발한 합성법은 라디칼이 촉매 역할을 대신해 고가의 희귀 금속 촉매를 쓰지 않아도 된다.
라디칼은 홀전자(unpaired electron)를 갖는 물질의 총칭으로, 홀전자의 짝을 이루려는 성질 때문에 반응성이 뛰어나 촉매 역할을 대신할 수 있다.
또 기존에는 촉매 효율을 높이기 위해 탄소 고리에 화학 작용기를 붙이는 전처리 과정이 필요했는데, 이 같은 전처리도 필요 없다.
연구팀은 이 합성법으로 아진 계열 분자(탄소 고리에 질소가 끼어 있는 분자)와 디아릴요오드늄염을 화학적으로 조립해 질소 함유 나노 그래핀 조각을 합성해냈다.
또 라디칼 홀전자의 존재를 직접 관측할 수 있는 분광기법 분석을 통해 정확한 합성 과정도 규명했다.
홍성유 교수는 “낮은 반응성을 갖는 것으로 알려진 아진 전구체를 귀금속(팔라듐) 촉매를 이용하지 않고도 라디칼 반응을 이용해 효과적으로 활용한 사례”라며 “새로운 화학 합성개발에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구 결과는 다학제 분야 전문 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 공개됐다.
연구 수행은 한국연구재단, 한국전자통신연구원(ETRI)의 지원으로 이뤄졌다.