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화학과 백무현 교수, 2021 포스코청암상 수상
우리 대학 백무현 화학과 교수(IBS 부연구단장)가 2021년 포스코청암상 수상자로 선정됐다.
백 교수는 전이금속 촉매를 매개로 일어나는 화학반응의 반응 원리를 밝히고, 더 나은 촉매개발을 가능하게 하는 원리를 정립한 화학자다. 특히 컴퓨터와 이론·계산화학 연구 방법을 이용하여 화학반응을 예측하고 설계할 수 있음을 실증한 변혁적 연구의 선구자다.
2016년에 계산화학으로 메탄가스를 활성화시킬 수 있는 촉매 후보 물질을 예측했고, 2020년에는 유기화합물의 전기적 성질을 결정짓는 원자단을 전압의 미세한 차이를 이용해 자유자재로 조절할 수 있는 ‘만능 작용기’의 가능성을 제시했다. 특히 만능 작용기 연구는 기존의 패러다임을 대체할 수 있는 혁신적 성과라는 높은 평가를 받고 있으며, 향후 연구성과가 화학산업에 적용될 경우 파급효과가 클 것으로 기대되고 있다.
포스코청암상은 과학, 교육, 봉사, 기술 4개 부문을 시상하며 부문별로 상금 2억 원을 각각 수여한다. 과학상은 국내에 활동기반을 두면서 자연과학과 공학분야에서 창의적인 업적을 이룩해 국가 위상을 드높이고 과학기술 발전에 기여한 한국인 과학자에게 시상한다. 2021 포스코청암상 시상식은 오는 4월 6일 서울 포스코센터 서관4층 아트홀에서 개최 예정이다. 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 여파로 시상식 규모를 대폭 축소해 운영하며, 시상식 전 과정은 포스코청암재단 유튜브 채널을 통해 실시간으로 생중계 될 예정이다.
2021.03.02 조회수 86828 -
백무현 교수, 전극만 이용해 분자의 반응성 자유자재 조절 성공
우리 대학 화학과 백무현 교수(기초과학연구원(IBS) 분자활성 촉매반응 부연구단장) 연구팀은 한상우 우리 대학 화학과 교수(나노텍토닉스 창의연구단장)팀과의 공동연구를 통해 전압을 가하는 것만으로 분자의 반응성을 조절할 수 있는 ‘만능 작용기’를 개발했다.
연구진은 분자의 전기적 성질을 결정하는 원자단인 작용기*를 전극이 대신할 수 있음을 증명하고, 전극을 활용해 다양한 화학반응을 제어하는데 성공했다. 여러 작용기의 역할을 대신할 수 있는 하나의 만능 작용기를 개발한 것이다.
* 유기화합물의 전기적 성질을 결정짓는 원자단. 에탄올(C2H5OH)의 하이드록시기(-OH), 아세톤(CH3-CO-CH3)의 카보닐기(-CO-) 등이 작용기에 해당한다.
과학기술정보통신부(장관 최기영)는 이번 성과가 10월 9일 03시(한국시간) 세계 최고 권위의 학술지 사이언스(Science, IF 41.845)에 게재되었다고 밝혔다.
작용기는 전자를 끌어당기거나/밀어내는 효과를 통해 분자의 전기적 특성을 조절한다. 전자밀도 분포를 조절하여 분자의 반응성을 결정하는 것으로, 이는 화학반응의 평형과 속도에 영향을 미친다.
1937년 미국의 화학자(루이스 하메트)가 작용기의 종류에 따른 분자의 전기적 성질 변화를 정량화한 공식을 만든 뒤, 80여 년 동안 화학반응을 이해하는데 이 공식이 활용되었다.
하지만 기존 밝혀진 작용기는 하나의 작용기가 정해진 특정 전기적 효과만을 줄 수 있어 분자의 전기적 성질을 세밀하게 조절하기 어려웠다. 또한, 복잡한 분자는 여러 단계를 거쳐 합성되는데, 각 반응마다 최적 효과를 줄 수 있는 작용기를 활용하는 것은 현실적으로 불가능했다.
연구진은 여러 종류의 작용기 대신, 하나의 작용기만으로 분자의 반응성을 자유자재로 조절할 수 있는 새로운 방법을 제시했다.
연구진이 제작한 작용기는 금 전극에 분자를 부착한 형태다. 전극에 전압을 가하면 분자 내 전자밀도 분포에 미세한 차이가 발생하고, 이로 인하여 분자의 전기적 성질에 변화가 생긴다.
전압을 바꿔가며 분자의 전기적 성질 변화를 관찰한 결과, 분자는 전극에 음(–) 전압이 걸렸을 때 전자가 풍부해지고, 양(+) 전압이 걸렸을 때 전자가 부족해지는 것을 확인했다.
이후 대표적인 유기화학 반응*에 적용해본 결과, 전극에 전압을 걸어주는 것만으로도 여러 작용기의 효과를 낼 수 있어 기존 작용기의 효과적인 대체재로 사용될 수 있음을 확인했다.
* 에스터 가수분해, 스즈키-미야우라 교차 짝지음, 아미드화 등
이번 연구는 80여 년간 널리 사용돼 온 전통적인 화학적 실험법을 대체할 수 있는 새로운 아이디어를 제시했다는 학술적 의미가 있다.
하나의 작용기는 하나의 전기적 효과만 줄 수 있다는 고정관념에서 벗어나, 이번 연구에서 제시한 만능 작용기는 화학반응이 진행되고 있는 도중에도 분자의 반응성을 바꿀 수 있다는 장점이 있다.
백무현 부연구단장은 “다양한 화학반응을 간단하게 조절할 수 있는 독창적인 아이디어를 제시한 것으로 학계의 다양한 후속연구를 견인할 수 있을 것”이라며 “산업 규모에서도 적용할 수 있는 ‘만능 작용기’ 개발을 위한 후속연구를 진행할 계획”이라고 말했다.
2020.10.12 조회수 20652