울산과학기술원(유니스트)는 신소재공학부의 권민상 교수팀이 `합리적인 유기물 광촉매 설계 원리`를 세계 최초로 개발했다고 17일 밝혔다. 이 원리는 컴퓨터 프로그래밍 순서도처럼 한 장의 안내도로 정리됐는데, 순서를 따라가면 이론적으로 무한개의 유기물 광촉매를 개발할 수 있다. 실제로 연구진은 이 원리를 바탕으로 30여 종에 이르는 유기물 광촉매를 개발하고, 라이브러리를 구축했다.
이번 연구의 제1저자는 바룬 씽 유니스트 신소재공학부 박사이며, 김광수 유니스트 자연과학부 화학과 특훈교수(국가과학자)와 스페인 마드리드 연구소의 요하네스 기리시너 박사가 공동교신저자다. 유니스트의 이지석(화학공학과), 박이순(신소재공학과)도 공동저자로 참여했다.
현재 고분자 합성에 많이 이용하는 `원자 이동 라디칼 중합`은 금속촉매를 쓴다. 이 기술은 합성 후 금속을 제거하는 공정이 필요해 비싸고, 금속을 완전히 제거하기도 어려워 전자나 생물의학 분야로 응용되지 못한다. 이를 해결하기 위해 유기물 광촉매를 쓰는 `유기물 광 산화ㆍ환원 촉매 기반 원자 이동 라디칼 중합`이 개발됐다.
하지만 이 기술 역시 다량의 촉매가 필요하고, 착색이나 생체독성 등이 나타나는 문제가 있었다.
권민상 교수는 "금속촉매를 안 쓰는 O-ATRP가 자리 잡으려면 더 좋은 유기물 광촉매가 필요한데, 지금까지는 연구가 부족했다"며 "이번 연구로 유기물 광촉매를 만드는 플랫폼을 개발하고, 적절한 순서도를 제공해 목표 고분자에 꼭 맞는 `반응맞춤형 광촉매`를 설계할 방법을 찾았다"고 설명했다.
권 교수는 "기존에는 빛을 흡수하는 유기물 광촉매 후보군을 고분자 및 화학반응에 하나씩 직접 적용해보는 방식으로 유기물 광촉매를 개발해왔다"며 "이번에 개발한 방식은 추후 머신러닝과 결합해 순수하게 컴퓨터를 통한 광촉매 설계도 기대할 수 있다"고 말했다. 이번 연구결과는 세계적인 과학저널 네이처가 출판한 촉매 분야 전문지 `네이처 촉매`에 지난 11일자로 게재됐다.
허종학 기자
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