화학·생체반응은 반응물이 생성물로 바뀌는 일련의 과정을 뜻한다.

반응 도중에는 중간체 개념의 라디칼 물질(이하 라디칼)이 생긴다. 라디칼은 금속화합물과 달리 환경을 오염시키지 않는 데다 상대적으로 가볍다.

산화 환원 전지, 화학 반응 유기산화제, 분자 자기성 등 다양한 분야에 응용할 수 있는 소재로 학계에선 보고 있다.

그러나 순식간에 생성물로 변하기 때문에 안정화하는 연구가 선행돼야 한다.

기초과학연구원(IBS)은 김기문 복잡계 자기조립 연구단장 연구진이 '질소헤테로고리카벤(NHC 화합물)'을 이용해 새로운 종류의 라디칼을 만들었다고 13일 밝혔다.

기존 황(S)이나 인(P) 라디칼보다 훨씬 가벼운 물질인 질소(N)와 산소(O) 등으로 라디칼을 추출한 게 성과의 핵심이다.

연구진이 구현한 라디칼은 세 개의 질소 원자가 이어진 '트리아지닐 라디칼'(Triazenyl Radical)과 탄소·질소·산소 원자가 순서대로 연결된 '옥심 라디칼'(Oxime Radicals)로 나뉜다.

트리아지닐 라디칼 제작은 백지수 연구원 주도로 진행했다.

백 연구원은 NHC 화합물로 안정적인 트리아지닐 양이온을 합성하고서 이를 칼륨으로 환원하는 방법으로 트리아지닐 라디칼을 만들었다.

연구진은 여기에 더해 트리아지닐 라티칼을 리튬이온 전지 양극재로 활용한 실험을 진행했다. 그 결과 이론적인 방전용량(33mAh/g)의 76％까지 실험값으로 얻을 수 있었다.

이 성과는 미국 화학회지 지난달 1일 자에 실렸다.

미국 화학학회가 발행하는 전문잡지 'C＆EN'(Chemical & Engineering News)에도 실렸다.

C＆EN 측은 트리아지닐 라디칼을 올해의 분자로 선정하기도 했다고 IBS는 설명했다.

옥심 라디칼은 김영석 연구원이 주로 맡아 연구했다.

NHC 화합물과 일산화질소를 반응시키고서 네 가지의 서로 다른 친전자체(전자를 찾아다니는 분자)와 결합해 네 종류의 옥심 라디칼 양이온을 제작했다.

연구 성과는 4일 '안게반테 케미'(Angewandte Chemie) 온라인에 게재됐다.

두 논문의 교신저자 이은성 연구위원은 "이번에 발표한 라디칼들은 기존의 불안정한 라디칼과는 달리 여러 분야에 응용할 수 있는 길을 열었다는데 의미가 있다"며 "2차 전지 등 산화·환원 반응을 이용한 전지 양극재나 유기 환원제 등 분야에 쓰일 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.