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화학 / 바이오 / 환경

번호 : 1061 작성자 : master  쪽지보내기 작성일 : 2012-01-20 조회수 : 1676
제목 :

오래 지속되는 화학 촉매의 개발

적어도 이론적으로 금속 기반의 화학 촉매들이 친환경 화학을 위한 일종의 자격 증명서가 될 수 있을 것으로 보인다. 이론적으로, 촉매들은 자신들은 소비되지 않으며 화학 반응을 유도하기 때문에 재사용이 가능하다.

그러나, 실제로는 반응의 마지막에 이러한 촉매들을 모두 회수하기가 힘들기 때문에 결국 점진적으로 촉매를 잃게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 리켄고등과학연구소(RIKEN Advanced Science Institute)의 Yoichi Yamada, Shaheen Sarkar, 그리고 일본 분자과학 연구소(Japan’s Institute for Molecular Science)의 Yasuhiro Uozumi 등이 수행한 최근의 연구 결과 덕분에 화학자들이 고분자 매트릭스 안에 촉매를 회수하여 다시 사용할 수 있게 되었다.




그림 : 재사용 가능한 금속 촉매

단순한 필터링 과정에 의해 반응의 마지막 시점에서 회수할 수 있는 불용성 고분자 물질에 금속 촉매를 부착하는 것은 새로운 개념은 아니다. 전통적으로 화학자들도 그들의 금속 촉매를 불용성 고분자 레진에 부착시켜봤지만 금속 촉매는 시간이 지남에 따라 고분자 밖으로 유출되며 따라서 촉매는 점차 느려지게 된다.

이와 대조적으로 Yamada와 동료 연구자들은 금속을 고분자 메트릭스 안으로 효과적으로 가두어두는데 성공했다. 연구자들은 불용성 레진을 이용하는 것 대신 수용성의 고분자 전구체(soluble polymer precursor)를 이용해 이러한 결과들을 얻을 수 있었다. 이 물질은 팔라듐과 같은 금속에 잘 결합하는 것으로 알려진 화학 구조인 이미다졸(imidazole) 구조를 포함하고 있다. 연구자들은 팔라듐을 혼합물에 첨가하고 나서야 불용성 물질이 형성되었는데, 이것은 이들이 금속 원자 주위에서 자가조립되어 이미다졸 구조를 유발하기 때문이다. 이 과정을 그들은 ‘분자회선(molecular convolution)’이라고 부른다.

주사전자현미경(Scanning electron microscopy)을 이용한 결과, 만들어진 고분자-팔라듐 물질은 직경이 100-1000나노미터 정도의 크기로 작은 욕실 스펀지와 같이 다기공성을 이루고 있었다. 이에 대해 Yamada는 “이 스펀지 같은 불용성 물질이 쉽게 기질을 사로잡아 스펀지 속의 금속 원자와 쉽게 반응할 수 있다.”고 말했다.

연구자들은 그들이 만든 촉매가 재사용 가능할 뿐만 아니라 높은 활성을 지니고 있음을 보여주었다. 실제로 이것은 알릴 아릴화(allylic arylation) 반응이라고 알려진 탄소-탄소 결합 형성을 위한 여러 촉매 중 최고의 활성을 보여주었다. 그들은 또한 촉매를 활성을 잃지 않은 상태에서 여러 번 재사용해 보았으며 반응 혼합물 내에 남겨진 팔라듐이 발견되지 않았다는 사실도 확인할 수 있었다.

Yamada와 동료 연구자들은 다른 종류의 반응을 촉매할 수 있는 다른 금속이 결합된 촉매를 개발하고 있다. 그는 이에 대해 “이들은 매우 활성이 높고 재사용 가능 촉매들은 안전하고 효율적인 화학공정 과정을 제시할 수 있다.”고 말했다.


원본출처: physorg.com

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