화학과 손성욱 교수 연구팀,

로듐 내포 고효율 나노 다공성 촉매를 이용한 기능성 고분자 생산

- 백금보다 비싼 로듐을 효율적으로 활용하는 그린 촉매

손성욱 교수, 조경일 박사

화학과 손성욱 교수 연구팀이 로듐을 내포한 고효율 나노 다공성 촉매를 이용하여 기능성 고분자를 생산했다.

나노 다공성 분자 네트워크(Nanoporous Molecular Network, NMN)는 높은 표면적과 우수한 열안정성으로 인해 흡착제, 센서, 촉매, 배터리, 약물 전달 등 다양한 분야에 응용할 수 있는 다재다능한 재료이다.

연구팀이 개발한 로듐 내포 나노 다공성 촉매는 단위체의 클릭 반응(click reaction)을 통하여 네트워크 형태로 합성된다. 클릭 반응의 결과로 생성된 트리아졸(triazole)을 카빈(carbene) 형태로 변환하면 로듐 금속 이온을 성공적으로 분자 네트워크에 결합시킬 수 있다.

이렇게 합성한 로듐 내포 나노 다공성 분자 네트워크 촉매는 높은 표면적과 직경 2nm 이하의 미세 다공을 가지며 전도성 고분자인 폴리페닐아세틸렌 생산에 좋은 활성을 보여준다. 또한 전도성 고분자는 분자량 40K~50K를 가지고 있으며, 특히 치환기의 위치가 완벽하게 정렬된 높은 구조 선택성을 지닌다.

전이금속 중 하나인 로듐은 다양한 화학 반응에 있어 좋은 촉매로 알려져 있으며 산업적으로도 광범위하게 활용되고 있으나, 지각에 존재하는 양이 매우 희귀하여 백금보다 비싼 금속이다. 본 연구에서 개발된 로듐 내포 나노 다공성 분자 네트워크는 불용성 촉매로 반응 후 쉽게 회수되어 재사용 가능하다. 이는 로듐 내포 분자네트워크 촉매의 특유의 나노 다공성으로 인한 전도성 고분자 합성에 있어 탁월한 구조 선택성을 유도함과 동시에 고가의 촉매를 경제적으로 사용할 수 있음을 뜻한다.

손성욱 교수는 본 연구 외에도 나노 다공성 분자네크워크에 기반한 다양한 기능성 소재를 합성하였으며, 배터리 재료, 센서, 약물전달 물질, 광촉매 등 여러 분야에 응용하고 있다. 관련 연구를 상위 10%저널에 다수 출간하였으며 표지논문들로 선정된 바 있다.

제 1저자인 조경일 박사는 성균관대학교 키우리 사업단, 교내 박사후 국외 연수 프로그램, 한국연구재단에서 지원하는 박사후 국외연수 프로그램 등의 지원을 받았으며 현재 캐나다의 University of British Columbia에서 포스닥으로 연구하고 있다.

본 연구 결과는 <Carbon to X> 사업을 지원받아 수행하였으며, 화학분야의 최상위 저널인 Journal of the American Chemical Society (IF = 15.419)에 2021년 발표되었다.

* 논문: Valorization of Click-Based Microporous Organic Polymer: Generation of Mesoionic Carbene–Rh Species for the Stereoselective Synthesis of Poly(arylacetylene)s