미세한 기공으로 귀금속 없는 새 화학반응 경로 열어

중국 연구진이 귀금속 촉매 없이 산업적으로 유용한 산을 만드는 두 가지 반응을 입증했다. 대신 다공성 결정 물질이 화학반응을 유도하며, 실험실 시험에서 두 반응 모두 750시간 연속으로 진행됐다.

중국과학원 다롄화학물리연구소의 류중민 연구팀이 주도한 이번 연구는 10월 21일 Nature에 게재됐다.

이 연구는 다른 분자에 일산화탄소를 도입하는 공정인 카보닐화에 관한 것이다. 이 계열의 반응은 용매부터 의약품 원료까지 다양한 제품을 만드는 데 쓰인다. 널리 쓰이는 산업 공정은 로듐이나 이리듐 같은 고가 금속에 의존하며, 완성된 제품에서 촉매를 분리하기도 어려울 수 있다.

연구팀은 분자 크기의 기공이 나 있는 결정인 분자체를 이용해 일산화탄소와 물을 투입하면서 에틸렌으로는 프로피온산을, 프로필렌으로는 이소부티르산을 만들었다. 기공의 크기와 위치는 반응을 원하는 생성물 쪽으로 유도하는 동시에 촉매를 비활성화할 수 있는 원치 않는 반응을 억제하는 데 도움이 된다.

약 한 달간 진행된 고압 시험에서 생성물 선택도는 이소부티르산의 경우 약 95%, 프로피온산은 80%에 달했다. 이 수치는 출발 물질이 얼마나 전환됐는지가 아니라 각 반응이 목표 화학물질을 얼마나 선택적으로 생성했는지를 나타낸다.

결과는 유망하지만 아직 산업용으로 활용할 단계는 아니다. 연구진은 성능을 개선하고 더 큰 규모의 시험으로 나아갈 계획이다.