KPI뉴스 - 포스텍 연구팀, 카이랄 분자 '골라 만드는' 백금 촉매 설계 기술 개발

  • 흐림부안23.6℃
  • 흐림정읍25.0℃
  • 흐림창원28.6℃
  • 흐림강릉26.2℃
  • 비광주25.6℃
  • 구름많음북창원29.2℃
  • 흐림군산24.6℃
  • 구름많음남해26.3℃
  • 구름많음성산28.1℃
  • 흐림영덕30.3℃
  • 흐림금산27.0℃
  • 구름많음상주28.9℃
  • 흐림천안24.0℃
  • 흐림문경25.8℃
  • 구름많음광양시28.8℃
  • 흐림의성30.6℃
  • 구름많음영천30.2℃
  • 흐림양평23.7℃
  • 구름많음제주32.1℃
  • 구름많음구미30.8℃
  • 비수원25.3℃
  • 구름많음백령도24.2℃
  • 흐림세종24.2℃
  • 구름많음추풍령28.8℃
  • 흐림동두천24.6℃
  • 구름많음대구32.2℃
  • 흐림여수26.6℃
  • 구름많음거창28.8℃
  • 흐림남원27.9℃
  • 흐림해남26.7℃
  • 흐림고흥27.2℃
  • 비홍성24.5℃
  • 흐림홍천24.8℃
  • 구름많음진주29.6℃
  • 흐림제천22.2℃
  • 흐림영월24.1℃
  • 비전주27.0℃
  • 구름많음거제25.6℃
  • 흐림안동30.3℃
  • 비부산27.1℃
  • 흐림보령24.1℃
  • 흐림청송군30.1℃
  • 흐림원주22.6℃
  • 흐림충주22.7℃
  • 비서울24.1℃
  • 흐림철원24.2℃
  • 흐림임실25.1℃
  • 비청주24.8℃
  • 구름많음순천25.1℃
  • 흐림고창24.1℃
  • 흐림포항30.8℃
  • 구름많음양산시28.1℃
  • 비목포25.8℃
  • 구름많음합천31.5℃
  • 흐림영광군23.7℃
  • 흐림부여24.0℃
  • 구름많음북춘천24.6℃
  • 흐림속초28.2℃
  • 구름많음산청27.7℃
  • 구름많음춘천24.9℃
  • 흐림장수24.9℃
  • 흐림서산25.6℃
  • 흐림인제24.4℃
  • 흐림울진24.1℃
  • 흐림대관령20.2℃
  • 구름많음울릉도25.2℃
  • 흐림인천24.0℃
  • 흐림동해27.3℃
  • 흐림경주시31.0℃
  • 흐림고산24.4℃
  • 흐림강화25.8℃
  • 흐림봉화25.4℃
  • 구름많음밀양30.2℃
  • 흐림이천24.5℃
  • 흐림강진군26.6℃
  • 흐림파주26.2℃
  • 흐림울산29.1℃
  • 구름많음서귀포26.5℃
  • 흐림서청주23.7℃
  • 구름많음북부산27.8℃
  • 흐림장흥25.9℃
  • 흐림보은24.8℃
  • 흐림고창군23.4℃
  • 흐림순창군25.5℃
  • 흐림진도군26.1℃
  • 흐림정선군23.5℃
  • 흐림태백25.5℃
  • 구름많음통영26.5℃
  • 흐림영주25.4℃
  • 구름많음의령군30.9℃
  • 구름많음보성군26.4℃
  • 구름많음함양군29.1℃
  • 비대전24.8℃
  • 흐림완도27.3℃
  • 비북강릉24.0℃
  • 구름많음김해시27.3℃
  • 비흑산도22.1℃

포스텍 연구팀, 카이랄 분자 '골라 만드는' 백금 촉매 설계 기술 개발

장영태 기자
기사승인 : 2026-03-30 09:02:06
연구팀, 백금 촉매 표면 단계적 제어 통해 선택적 수소화 성능 향상
촉매 표면의 전자 상태와 구조를 동시 정밀하게 제어하는 데 성공

포스텍 연구팀이 의약품 등에서 서로 다른 효과를 보이는 카이랄 분자를 원하는 형태로 정밀 생산할 수 있는 백금 촉매 설계 기술을 개발했다.

 

포스텍은 화학공학과·시스템생명공학부 윤용주 교수, 시스템생명공학부 통합과정 윤민지 씨 연구팀이 생김새는 같지만 전혀 다른 성질을 가진 '카이랄 분자'를 정밀하게 선택·생산할 수 있는 백금(Pt) 촉매 설계 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

 

▲ 포스텍 화학공학과·시스템생명공학부 윤용주 교수, 포스텍 시스템생명공학부 통합과정 윤민지 씨. [포스텍 제공]

 

이번 연구는 불필요한 분리 공정을 줄이고 생산 효율을 높일 성과로, 촉매 분야 국제 학술지 'ACS 카탈리시스' 온라인판에 게재됐다.

 

'카이랄 분자'는 왼손, 오른손처럼 서로 겹치지 않는 두 형태로 존재한다. 구성 성분이 똑같아도 전혀 다른 반응을 보인다. 1950년대 임산부에게 처방된 '탈리도마이드' 사례처럼 한쪽은 입덧을 완화하는 등 효과를 내지만 다른 쪽은 심각한 부작용을 일으킬 수 있다.

 

이 때문에 제약 산업에서는 원하는 방향의 분자만 만드는 것이 안정성과 효능 모두를 좌우하는 핵심 과제였다.

 

이를 구현하는 대표적 방법이 금속 촉매를 이용한 '수소화' 반응이다. 크기가 작고 가벼운 수소를 이용해 분자 구조를 바꾸는 이 과정에서는 백금 등 금속 촉매가 반응이 빨리 진행되도록 돕는다.

 

여기에 촉매 표면에 '카이랄 개질제(반응 방향을 조절하는 보조 물질)'를 더하면 반응물이 특정한 방향으로만 접근하도록 유도할 수 있어 원하는 형태의 분자를 선택적으로 만들어 낼 수 있다.

 

하지만 이 과정은 생각보다 어렵다. 촉매 표면 성질을 바꾸는 '카이랄 개질제'가 촉매 표면에서 어디에 자리 잡느냐에 따라 그 결과가 달라지기 때문이다.

 

촉매 표면에는 가장자리나 모서리처럼 이웃하는 원자들이 적은 '불안정한 자리'와 비교적 평탄하고 원자 배열이 정돈된 '안정적인 자리'가 함께 존재한다.

 

카이랄 개질제가 안정적인 자리에 자리 잡을수록 원하는 거울상 이성질체가 선택적으로 생성될 가능성이 높아 보조 유기물을 이용해 안정적인 자리만을 선택적으로 노출시키는 촉매 표면 제어 방식이 시도되었다.

 

그러나 보조 유기물을 단일 처리하는 기존 방식은 불안정한 자리뿐 아니라 안정적인 자리까지 함께 덮어버리는 한계가 있었다.

 

▲ 백금 촉매의 반복적 표면개질에 따른 비대칭 수소화 반응의 거울상 이성질체 선택도 향상. [포스텍 제공]

 

연구팀은 이를 해결하기 위해 촉매 표면을 반복적으로 조정하는 전략을 도입했다. 에틸렌디아민(EDA)이라는 간단한 유기 분자를 단계적으로 도입해 카이랄 개질제가 잘 자리잡을 수 있는 환경을 만든 것이다.

 

그 결과 불안정한 자리에는 EDA 잔여물이 채워지고 카이랄 개질제가 자리 잡기 적합한 안정적인 자리는 보다 효과적으로 드러났다.

 

그리고 동시에 백금 표면에도 전자를 덜 가진 상태의 백금이 늘어 카이랄 개질제가 보다 강하고 안정적으로 결합할 수 있는 환경이 형성됐다.

 

실험 결과, 이렇게 설계된 촉매는 거울상 이성질체 선택도를 최대 96.5%까지 끌어올렸다. 반응 속도 역시 향상됐다. 연구팀의 기술은 두 형태가 섞인 상태로 생산된 뒤 원하는 것만 분리해야 했던 기존의 공정을 근본적으로 바꿀 수 있다.

 

처음부터 원하는 형태의 분자를 높은 비율로 생산할 수 있게 되면서 분리·정제 과정이 줄고 생산 비용과 에너지 사용도 크게 절감될 것으로 기대된다. 나아가 의약품 품질과 신뢰도를 높이는 데도 기여할 수 있다.

 

윤용주 교수는 "반복 공정이라는 비교적 단순한 접근을 통해 촉매 표면의 전자 상태와 구조를 동시에 정밀하게 제어하는 데 성공했다"며 "이 기술은 거울상 이성질체 선택적 수소화 반응을 넘어 다양한 선택적 반응에서 촉매 성능을 향상시키는 범용 설계 전략으로 확장될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]