포스텍 연구팀이 복잡한 화학 공정을 단순화하는 기반을 마련했다.
포스텍에 따르면 화학과 이인수 교수팀이 세계 최초로 미로처럼 구불구불한 그물 모양의 초소형 ‘튜링 패턴’ 금속 촉매를 만들었다.
머리타락 굵기의 10만분의 1 크기인 이 촉매는 여러 물질을 섞어 새로운 물질을 만즈는 복잡한 화학 반응에서 99%까지 성공율을 보였다.
이번 연구 성과는 미국화학지(JACS)에 실렸다.
자연에서는 동물 피부 무늬나 화학 반응에서 저절로 규칙적인 패턴이 만들어진다. 이를 튜링 패턴이라고 부른다.
하지만 금속은 원래 둥근 공 모양으로 뭉치려는 성질이 있어 눈에 보이지 않을 만큼 작은 크기에서 이런 무늬를 만들기가 거의 불가능했다.
연구팀은 실리카로 된 매우 얇은 ‘속 빈 막’을 작은 방처럼 이용, 한계를 극복했다.
이 방 안에서 팔라듐(Pd) 이온과 계면활성제가 스스로 줄을 맞추며 자리잡도록 유도, 주기적인 줄무늬가 있는 2차원 팔라듐 금속망을 완성한 것.
미로 지도처럼 규칙적으로 연결된 이 구조에선 반응물이 길을 잃지 않고 움직일 수 있다.
실리카 껍질이 금속망을 단단히 감싸고 있어 쉽게 뭉치거나 부서지지 않는 것도 특징이다.
이 촉매는 한 단계 반응을 끝낸 뒤 같은 장치에서 바로 다음 반응으로 넘어가는 ‘원 팟 반응’에서도 뛰어난 성능을 보였다.
촉매 표면 상태·조건에 따라 어느 결합까지만 반응을 유도할지 세밀하게 조절할 수 있게 된 것이다.
이인수 교수는 “이번 연구 핵심은 자연에서 나타나는 무늬 생성 원리인 ‘반응·확산’을 나노 금속 성장에 그대로 옮긴 것”이라며 “이 방법은 다른 금속에도 쓸 수 있어 더 좋은 촉매를 만드는 새 길을 열었다”고 했다.
