IBS, 타이타늄 촉매로 올레핀 합성 성공

【대전=뉴시스】 IBS는 타이타늄 촉매 반응으로 올레핀(olefins)을 합성하는데 성공했다. 그림은 탄화수소 중 하나인 알케인(보라색 상자, H3C-CH2R)이 탄소-탄소 이중결합(C=C)의 올레핀(초록색 박스)을 만드는 과정을 물레에 비유한 모습. 물레 중앙의 타이타늄(Ti) 촉매가 탈수소반응을 통해, 올레핀 합성을 유도한다. (사진=IBS 제공)

【대전=뉴시스】 이시우 기자 = 플라스틱이나 의약품 등의 기초 원료로 사용되는 올레핀(olefins)을 합성하는데 타이타늄(Titanium)이 촉매로 효과적이라는 연구결과가 나왔다.

 효율성을 높일 경우 환경 오염은 줄이고 저렴한 비용으로 올레핀을 생산할 수 있을 것으로 기대된다.

 기초과학연구원(IBS)은 분자활성 촉매반응 연구단 백무현 부연구단장과 마노즈 마네(Manoj V. Mane) 연구위원이 타이타늄을 촉매로 사용해 올레핀을 합성하는데 성공했다고 28일 밝혔다.

 올레핀은 플라스틱이나 고분자 화합물 등 석유화학산업 분야에서 원료로 사용되는 화합물이다.

 일반적으로 석유를 800도의 고온에서 분해하는 방법으로 정제하는데 이 과정에 이산화탄소 등 온실가스가 발생하는 문제가 있다.

 이를 해결하기 위해 열과 에너지를 적게 사용하면서, 환경오염이 적은 화학반응을 찾기 위해 다양한 촉매 반응이 연구돼 왔다.

 이리듐(Iridium), 로듐(rhodium), 루테늄(ruthenium) 등 전이금속이 촉매로 선택됐지만 비용이 비싸 실제 산업에 활용하기는 어려웠다.

 IBS 연구진은 계산 화학을 이용해 최적의 촉매를 찾았다.
 

【대전=뉴시스】 IBS 분자활성 촉매반응 연구단 백무현 부연구단장.

연구진은 분자 내부에 전자가 들어있는 모양과 에너지를 양자 역학적으로 계산하는 밀도범함수(Density Functional Theory)를 활용해 우리 주변에 흔한 타이타늄을 후보물질로 선택했다.

 타이타늄은 지각에 아홉 번째로 많이 함유된 원소로 밀도가 낮으면서도 강철만큼 강해 비행기 동체, 항공기 부품, 골프채 등으로도 널리 활용되고 있다.

 연구진은 이를 미국 펜실베니아대학의 대니얼 민디올라(Daniel J. Mindiola) 교수 그룹에 제안했고 실험을 통해 기존 공정에 비해 10분의 1정도 낮은 온도(75도)에서 올레핀을 합성하는데 성공했다.

 백무현 부연구단장은 "타이타늄은 값이 매우 저렴하고 구하기 쉽다"라며 "앞으로 타이타늄 촉매의 반응성과 효율성을 높인다면 기존 올레핀 합성공정의 비용이 줄어들 것으로 기대한다"라고 말했다.
 
 한편, 연구결과는 지난 27일 국제학술지 '네이처 케미스트리(Nature Chemistry, IF 25.87)'에 게재됐다. 논문 제목은 'A new and selective cycle for dehydrogenation of linear and cyclic alkanes under mild conditions using a base metal / Nature Chemistry'이다.

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