KAIST, 수소결합 조절해 금속 결합 안정성 순서 뒤집었다

구리 중심 기존 법칙 깨…금속 분리·촉매 설계 활용 기대

카이스트(KAIST)는 화학과 백윤정 교수 연구팀이 비타민 B2의 핵심 구조인 플라빈을 이용해 ‘어빙-윌리엄스 계열’과 반대되는 금속 안정성 경향을 구현했다고 6일 밝혔다. ⓒ카이스트

카이스트(KAIST) 연구진이 금속 주변의 수소결합을 조절해 구리가 가장 안정적으로 결합한다는 기존 금속 결합 안정성 순서를 뒤집었다.

KAIST는 화학과 백윤정 교수 연구팀이 비타민 B2의 핵심 구조인 플라빈을 이용해 ‘어빙-윌리엄스 계열’과 반대되는 금속 안정성 경향을 구현했다고 6일 밝혔다.

어빙-윌리엄스 계열은 망간·철·코발트·니켈·구리·아연 등 전이금속이 주변 분자와 얼마나 안정적으로 결합하는지를 나타내는 경험 법칙이다. 일반적으로 망간에서 구리로 갈수록 안정성이 높아진다.

연구팀은 금속과 직접 결합하는 구조는 그대로 둔 채 주변의 수소결합만 조절했다. 망간부터 아연까지 서로 다른 금속을 같은 구조에 넣고 안정성 변화를 비교했다.

분석 결과 수소결합이 구리가 안정해지는 데 필요한 구조 변화를 제한하면서 기존과 반대되는 안정성 경향이 나타났다. 금속의 결합 구조를 바꾸지 않고 주변 환경만으로 안정성 순서를 조절할 수 있다는 의미다.

이 원리는 여러 금속 가운데 특정 금속을 선택적으로 분리·회수하거나 촉매 반응을 조절하는 기술에 활용할 수 있다.

이번 연구는 KAIST 화학과 임하늘 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 참여했으며 국제학술지 ‘미국화학회지(JACS)’에 지난 3일 게재됐다.

백윤정 KAIST 교수는 “이번 연구의 핵심은 구리의 안정성을 낮췄다는 것 자체보다 금속이 가진 고유한 특성으로 여겨졌던 결합 안정성의 순서를 주변 환경을 통해 바꿀 수 있음을 보여줬다는 데 있다”고 말했다.