울산과기원, 금값보다 비싼 촉매 소재 재활용 기술 개발

금속-유기물 골격체 변형하는 합성 기술…공정 기술 비용 절감 기대

울산과학기술원(UNIST)은 금보다 비싼 촉매 소재를 재활용할 수 있는 합성 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

고가 소재를 여러 번 사용할 수 있어 공정비용을 절감하고, 한정된 귀금속 광물자원 소모를 줄일 기술로 기대된다.

나명수·백승빈 UNIST 화학과 교수와 김민 충북대 화학과 교수 공동 연구팀은 금속-유기물 골격체(MOF)를 변형하는 합성 기술을 개발했다.

골격체 구조를 의도적으로 끊어 새로운 금속 이온을 끼워 넣는 기술이다.

연구팀에 따르면 이 합성 기술로 팔라듐이나 코발트 금속 등을 MOF에 끼워 넣으면 재활용 가능한 촉매 등을 만들 수 있다.

이렇게 합성된 팔라듐 촉매는 5번 이상 재사용을 해도 유사한 성능을 유지했다.

팔라듐은 의약품, 화장품과 같은 고부가가치 화합물 합성에 필수적으로 쓰이는 촉매 물질인데, 차량용 배기가스 감축 촉매 수요가 늘면서 최근 가격이 금값의 1.5배로 폭등했다.

연구진이 변형한 MOF는 MOF-74다.

MOF는 금속과 유기물이 결합해 다공성 구조 골격을 이루는 물질이다.

구멍이 많아 촉매 지지체나 가스 저장 소재로 주목받는다.

MOF-74는 MOF 중 합성이 쉽고 매우 안정적이라는 장점이 있지만, 촉매 금속인 백금이나 팔라듐을 끼워 넣는 변형은 거의 불가능하다고 여겨졌다.

연구팀은 금속과 유기물 분자 간의 화학결합이 끊긴 '결함 구조'를 인위적으로 만든 뒤 절단 부위에 아민 작용기(-NH2)를 붙이는 방식을 써서 이런 한계를 해결했다.

나명수 교수는 "구조 내 결함을 유도하는 새로운 접근 방식으로 MOF 내 작용기를 원하는 데로 집어넣어 추가적 기능을 부여했다는 점에서 학술적 의의가 크다"며 "제조기술 상용화에 성공한다면 치솟고 있는 팔라듐 귀금속 소모를 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 촉매 제조기술로 가치 있을 것이다"고 말했다.

이번 연구는 화학 분야 권위학술지인 앙게반테케미(Angew. Chem. Int. Ed.) 표지논문(Front Cover)으로 선정돼 4월 19일 온라인 공개됐다.

이 연구는 한국연구재단이 주관하는 선도연구센터(SRC)와 창의도전연구기반지원사업 지원을 받았다.

/연합뉴스