분자 반응성 바꿀 수 있는 혁신 기술 개발
9일 기초과학연구원(IBS)에 따르면 백무현 분자활성 촉매반응 연구단 부연구단장 연구팀은 한상우 KAIST 화학과 교수팀과의 공동연구를 통해 전압을 가해 분자 반응성을 조절하는 새로운 작용기(유기화합물의 전기적 성질을 결정짓는 원자단)를 개발했다.
작용기는 전자를 끌어당기거나 밀어내는 효과를 통해 분자의 전기적 특성을 조절한다. 전자 밀도 분포를 조절해 분자의 반응성을 결정하며, 화학 반응의 평형과 속도에 영향을 미친다.
1937년 미국 화학자 루이스 하메트가 작용기의 종류에 따른 분자의 전기적 성질 변화를 정량화한 공식을 만든 뒤 80여 년 동안 화학반응을 이해하는 데 공식으로 활용됐다. 하지만 하나의 작용기가 정해진 특정 전기적 효과만을 줄 수 있어, 분자의 전기적 성질을 세밀하게 조절하기 어렵다는 단점이 있다. 또 복잡한 분자는 여러 단계를 거쳐 합성되는데, 반응마다 최적 효과를 줄 수 있는 작용기를 활용하는 게 어렵다.
연구진은 여러 종류의 작용기 대신 하나의 작용기만으로 분자의 반응성을 자유자재로 조절할 수 있는 새로운 방법을 제시했다. 금 전극에 분자를 부착한 상태에서 전극에 전압을 가하면 분자 내 전자밀도 분포에 미세한 차이가 발생하고, 분자의 전기적 성질에 변화가 생기는 것을 찾아냈다. 전극에 음(-) 전압을 걸면 전자가 풍부해지고, 양(+) 전압의 경우 부족해지는 것을 확인했다. 이후 이를 유기화학 반응에 적용해본 결과, 전극에 전압을 걸어주는 것만으로도 여러 작용기의 효과를 낼 수 있음을 입증했다.
이는 80여 년간 활용된 전통적인 화학적 실험법을 대체할 수 있는 새로운 아이디어를 제시했다는 학술적 의미로 평가받는다. 연구진은 산업 규모에 적용할 수 있는 만능 작용기 개발을 위한 후속 연구를 진행할 계획이다.장진웅 기자
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