국내 연구진이 유기물 반응에서만 일어나는 것으로 여겨졌던 친전자치환반응(SE2 반응)이 무기물에서도 가능함을 밝혔다. 수소저장 물질 개선에 응용될 것으로 기대된다.
한상수 한국과학기술연구원(KIST) 박사팀은 양자 계산을 통해 금속할로겐족 촉매로 인한 암모니아 보레인의 수소 생성 반응이 '비탄소계 SE2 반응'이라는 사실을 규명했다고 21일 밝혔다.
암모니아 보레인은 비탄소계 무기물이다. 차세대 수소저장 물질로 평가받지만, 수소를 방출하려면 200℃ 고온이 필요하다. 연료전지에 쓰이려면 80℃ 내외에서 원활한 저장·방출이 가능해야 한다.
이런 단점을 극복하기 위해 금속할로겐족 촉매를 이용해 수소 방출 온도를 낮추는 방안이 거론된다. 실험 차원 연구가 활발하지만 반응 메커니즘을 몰랐다. 이번 연구에서 이 수소생성 반응이 '비탄소계 SE2 반응'이라는 것이 처음 밝혀졌다.
연구팀은 금속할로겐족 촉매 작용의 메커니즘을 밝히고 비교적 낮은 온도에서 수소 방출 반응이 일어나는 현상을 양자계산으로 밝혔다. 이 결과가 실험 데이터와 일치함을 증명했다.
한상수 박사는 “수소저장 물질의 촉매 반응 메커니즘을 규명해 더 우수한 성능을 가진 물질 개발의 기반을 제시했다”면서 “무기화학 반응의 확장 가능성을 통해 더 다채로운 소재를 개발할 수 있을 것”이라고 강조했다.
연구 결과는 미국국립과학원회보(PNAS)에 실렸다. 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리사업 지원으로 수행됐다.
송준영기자 songjy@etnews.com