포스텍 연구팀, 통합형 나노촉매 플랫폼 개발

[포항=뉴시스] 강진구 기자 = 포스텍(총장 김무환)은 화학과 이인수 교수와 슈만 듀타(Soumen Dutta) 박사 공동연구팀이 의약품과 같은 정밀화학제품의 생산공정을 매우 단순화할 수 있는 통합형 나노촉매 플랫폼 개발에 성공했다고 10일 밝혔다.

단일 MOF 나노플랫폼에 서로 다른 3개의 촉매 기능을 효과적으로 통합하는 데 성공했다고 덧붙였다.

또한 나노(nano) 거리 내에 가깝게 배치된 촉매물질 간 시너지효과를 통해 우수한 수율과 높은 광학활성을 지니는 생성물을 생산하는 단일공정 다단계 연속화학반응을 실현했다고 설명했다.

화학·제약품의 제조는 연속적인 합성-분리 단계를 거치는 다단계 공정을 통해 이뤄져 많은 시간과 비용을 필요로 한다.

각각의 합성단계에 사용되는 촉매 물질들은 서로의 활성과 선택성을 저해하는 경우가 많아 촉매들의 반응성과 안정성이 유지되는 복합-촉매 물질을 개발하고 이를 이용해 공정을 단일화하는 것이 중요한 과제로 대두돼 왔다.

이에 연구팀은 금속이온과 유기물의 자기조립을 통해 나노크기(20~40nm)의 동공을 지니는 다공성 금속-유기-골격체 (MOF)를 합성한 뒤 금속나노입자촉매와 효소촉매를 나노동공에 단계적으로 도입하는 방법을 통해 여러 촉매기능이 통합된 나노촉매 (MCNR)를 제조했다.

연구팀은 이 같이 제조된 나노촉매의 가까이에 위치하는 나노동공에서 분리돼 포획된 금속이온과 나노입자, 효소가 서로의 촉매 기능을 저해하지 않으면서 다단계의 연속화학반응을 효과적으로 수행하는 것을 확인했다. 

이번 연구결과는 화학 및 응용화학 분야 최정상 학술지인 안게반테 케미(Angew. Chem. Int. Ed.) 최근 온라인 판에 속보로 게재됐다.

  이 사업은 한국연구재단 리더연구자지원사업(창의연구)의 지원으로 수행됐다. 

제1저자인 슈만 듀타 박사는 “다단계의 공정을 통해 이뤄지는 화합물 생산과정을 단일 촉매를 이용한 단일 공정을 통해서 실현할 수 있게 됐다”며 “높은 광학선택성을 필요로 하는 의약품과 같은 정밀화학제품의 생산공정을 매우 단순화할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이인수 교수는 “이 방식은 중간체를 분리하는 데 사용되는 용매·에너지 등의 사용을 줄일 수 있는 화학공정을 친환경적으로 바꿀 수 있다”며 “더욱이 화학반응의 단계를 줄임으로써 바이러스에 대응할 수 있는 의약품 생산비용과 가격을 낮출 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.


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