UNIST “유독 화합물 더 쉽게 분해하는 촉매 설계법 개발”

조재흥 교수팀, 방향족 탄화수소 '안트라센' 분해 경로 규명

울산과학기술원(UNIST)은 석탄, 경유, 휘발유 등을 사용할 때 나오는 유독 물질인 ‘안트라센'(anthracene)을 더 쉽게 분해할 수 있는 촉매 설계법을 개발했다고 28일 밝혔다.

UNIST에 따르면 화학과 조재흥 교수 연구팀은 금속-활성산소 종인 ‘망간-하이드록소 종’이 유독성 다환 방향족 탄화수소인 안트라센을 분해한다는 것을 밝혀냈다.

또 이 반응이 전자 전달 메커니즘에 따른 것이라는 사실도 규명했다.

안트라센은 석탄이나 타르 같은 연료를 사용하는 산업 시설이나 화석 연료를 사용하는 자동차 배출 가스에서 많이 발생한다.

공기 중에 섞이면 대기오염을 유발하고, 생체 내에서도 유전자 독성으로 돌연변이를 유발하는 발암성 물질로 알려져 있다.

이 때문에 환경화학·생화학 분야에서는 이 물질을 분해하는 일을 중요하게 여기고 있다.

안트라센은 벤젠 고리 3개로 이뤄져 용해도가 낮고 화학적으로 안정적인 특성 때문에 분해하려면 높은 온도와 압력이 필요하다.

연구팀은 저온 조건에서도 안트라센을 분해할 수 있는 촉매를 설계하는 방법을 찾아냈다.

방향족 탄화수소 중 탈취제로 쓰이는 나프탈렌은 매우 안정적인데, 자연계 금속 효소인 ‘나프탈렌 이산화효소’가 작용하면 쉽게 분해된다.

연구팀은 이를 모방해 안트라센을 분해할 수 있는 촉매 물질을 설계했다.

자연계에서 금속 효소는 외부의 산소와 전자를 이용해 ‘금속-활성산소 중간체’를 형성하고, 이 중간체가 분해 반응에 직접 관여한다.

연구팀은 요오도소 벤젠을 통해 ‘망간-하이드록소 종’을 합성했으며, 이 물질은 전자 전달 반응으로 안트라센을 분해하는 것으로 나타났다.

이어 연구팀은 마커스 이론을 바탕으로 전자 이동 반응에 대해 분석했다.

조재흥 교수는 “‘망간-하이드록소 종’의 높은 환원 전위 특성을 통해 안트라센을 저온에서 분해하고, 이런 현상이 일어나는 전자 전달 반응의 원리를 처음 분석했다는 점에서 학문적 의미가 크다”며 “향후 환경 및 산업 분야에서 환경오염 물질을 분해하는 촉매를 개발하는 데 도움을 줄 것”이라고 말했다.

이번 연구에서 분광학 분석은 네덜란드 라드바우드대 로이토바(J.Roithova) 교수와 공동으로 진행했다.

연구 결과는 화학 분야 국제 학술지인 ‘미국화학회지'(JACS·Journal of the American Chemical Society)에 발표됐다.

연구는 한국연구재단이 주관하는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구자)과 단계도약형 탄소중립기술 개발사업의 지원으로 이뤄졌다.

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