[한국기술뉴스] GIST 화학과 홍석원 교수 연구팀은 빛을 이용해 반응성을 실시간으로 조절할 수 있는 루테늄 올레핀 복분해 촉매를 개발했다. 자연이 만들어낸 최고의 촉매인 효소는 외부 자극에 의해 유기적으로 활성, 비활성 상태를 전환할 수 있다. 이에 화학자들은 단순한 촉매를 넘어서 외부 자극으로 전환 가능한 기능성 촉매를 만들기 위해 도전하고 있다.  

복분해 촉매 반응은 유기화합물에 새로운 결합을 형성하게 하거나 다양한 작용기 도입을 가능하게 하여 고분자, 연료의 첨가제, 의약물질과 같은 생물학적 활성을 지닌 유기 화합물의 합성 등에 폭넓게 응용되었다. 

최근에는 이러한 복분해 반응을 외부 자극을 통해 스위칭이 가능한 촉매 개발이 진행되고 있다.

기존 온오프(on-off) 스위칭 촉매들은 외부자극에 의한 반응성 조절이 미미하거나, 산 염기 또는 산화 환원 반응과 같은 실사용이 불편한 자극원을 이용했다. 빛은 화학 반응 도중 쉽게 조절할 수 있는 좋은 자극원이다. 기존 광 스위칭 촉매들은 모두 빛을 받을 시 반응이 시작되는 복분해 촉매만 존재했다. 

연구팀이 개발한 스위칭 촉매는 기존과는 반대로 빛을 받을 시 반응이 멈추는 첫 사례이다.연구팀은 빛에 감응하는 아조벤젠 작용기가 빛을 받을 시 구조가 바뀜에 착안하여 이 구조를 기존 복분해 촉매에 도입함으로써 빛에 따라 구조가 바뀌는 촉매를 확보할 수 있었다.

개발된 촉매는 여러 복분해 반응에서 빛에 따른 극적인 반응성 차이 (60배 ~ 300배)를 보이며 이는 동일전략을 이용한 기존 촉매의 반응성 차이(1.5배 ~ 2.5배)보다 크다. 또한 신규 개발한 촉매는 반응 중 빛 조사조건을 바꿔주면 그에 따라 반복적으로 반응성이 온오프(on-off) 전환 될 수 있음을 보였다. 

홍석원 교수는 “이번 연구 성과는 빛으로 반응을 멈출 수 있는 첫 촉매 사례라는 점에서 그 의의가 크다” 면서, “개발된 온오프 스위칭 촉매를 이용해 포토리소그래피와 같은 빛을 이용한 패터닝 기술 적용이 기대된다”고 말했다.