KAIST(총장 이광형)은 화학과 한상우 교수 연구팀이 서로 다른 두 종류의 촉매를 결합해 햇빛과 공기만으로 작동하는 친환경 화학 합성 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

이번 연구는 고체 상태에서 작동하는 은 기반 촉매와 용액에서 작용하는 유기 광촉매를 결합한 것이 핵심이다. 연구팀은 두 촉매가 동시에 작동하도록 설계해 기존에는 구현이 어려웠던 반응을 효율적으로 수행할 수 있도록 했다.

연구팀은 해당 기술을 활용해 의약품 핵심 원료인 아민을 햇빛과 공기만으로 합성하는 데 성공했다. 추가 화학물질 없이도 반응이 가능하다는 점에서 기술의 실효성을 입증했다.

기존 유기 광촉매 방식은 반응 후 촉매를 재사용하기 위해 별도의 화학물질이 필요하거나, 공기 중 산소를 활용할 경우 반응 속도가 저하되는 한계가 있었다.

연구팀은 반응 과정에서 생성되는 부산물을 활용해 촉매를 다시 활성 상태로 되돌리는 순환 구조를 구현했다. 공기 중 산소는 이 과정을 반복하도록 돕는 역할을 하며, 촉매가 지속적으로 작동하는 시스템을 완성했다.

이 과정에서 공기는 물만을 생성해 환경 부담을 줄였고, 추가 시약 없이 촉매가 반복적으로 작동하는 ‘순환형 촉매 시스템’을 구축했다.

또한 서로 다른 촉매 간 간섭 문제를 해결하기 위해 리튬염을 도입해 촉매 안정성과 수명을 높였다.

이번 기술은 화석연료 기반 공정을 대체할 수 있는 친환경 합성 방식으로, 의약품 원료 생산 과정에서 발생하는 탄소 배출과 환경 오염을 줄이는 데 기여할 것으로 기대된다.

한상우 교수는 “서로 다른 촉매 시스템의 장점을 결합해 화학 산업의 탄소 배출을 줄일 수 있는 기반을 마련했다”며 “고부가가치 화합물을 친환경적으로 생산할 수 있는 새로운 접근법”이라고 밝혔다.

이번 연구는 KAIST 화학과 백진욱 연구원이 제1저자로 참여했으며, 결과는 국제학술지 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’에 3월 18일 게재됐다.

해당 연구는 한국연구재단 중견연구사업 지원을 받아 수행됐다.