단일-사슬 나노입자 :: 산업뉴스

독일에 있는 과학자들이 팔라듐을 추가함으로써, 단일 고분자 사슬을 밀도 높은 나노입자들로 성공적으로 붕괴시켜서, 단일-사슬 나노입자를 만들었다1). 이 나노입자들은 그것들의 금속 중심 주변에 정해진 환경을 가진 효소 주머니들을 모방하며, 탄소 연결 반응을 촉매할 수 있다.

그림. 분자가 교차 연결 과정이 Sonogashira 연결 반응을 촉매하는 단일-사슬 나노입자를 만든다.

효소들은 주의 깊이 모양을 갖춘 반응 공간을 이용해서 유기 반응들을 선택적으로 촉매한다. 산업적 고정들은 선택성을 추구하지만, 또한 간단한 과정을 요구한다. 그러나 실용적인 양으로 효소를 합성하고 분리하는 것은 쉽지 않아서 산업을 위해서 항상 적당하지는 않다. 이것에 대한 한 가지 해법은 단일-사슬 나노입자가 될지도 모르는데, 이것은 최근에 고분자 화학의 영역에서 관심을 끄는 주제가 되었다 2). 그것들의 응용은 감지로부터 인식과 의약품, 촉매에 이르지만, 소수의 그룹들만이 그것들의 합성을 연구했고 금속의 도입을 살핀 이들은 더 적다.

이제, 독일에 있는 칼스루에기술연구소(Karlsruhe Institute of Technology)에 있는 Peter Roesky와 Christopher Barner-Kowollik의 그룹들이 팀을 이루어서 팔라듐이 교차 연결괸 단일 사슬 나노입자의 첫 번째 예를 만들었다. Barner-Kowollik은 이 연구에서 ‘팔라듐이 그 고분자 사슬이 단일-사슬 나노입자로 붕괴해서 촉매 중심을 형성할 수 있게 해준 구조적인 성분’이었다고 설명했다. 이를 이루기 위해서, 간단한 폴리스티렌(polystyrene) 사슬들을 여러 위치에서 팔라듐과 결합하는 리간드들로 선택적으로 기능화했다. 금속 결합이 그 폴리스티렌 사슬들을 연결해서 그 사슬들이 작은 구형 입자들로 구부러지게 했다. 이들 나노입자들은 중요한 Sonogashira 교차 연결 반응을 성공적으로 촉매할 뿐만 아니라, 또한 무기 및 고분자 화학에서의 그들의 전문성과 다른 기술들을 통합함으로써, 그들이 ‘처음으로 단일-사슬 나노입자들이 완전히 붕괴되었다는 것을 증명했다’고 Roesky는 말했다.

"이것은 수소 결합-소수성-상호작용과 금속-리간드 배위를 둘 다 이용하는 이전의 전략과 다르게, 촉매적으로 활성을 가진 단일-사슬 나노입자들에 접근하는 새로운 방식"이라고 일본 교토대(Kyoto University)에 있는 단일-사슬 나노입자 영역의 전문가인 Takaya Terashima가 평했다.

미래에, 금속 교차연결의 보다 정확한 디자인이 매우 독특한 촉매 중심을 만들어서 그들의 촉매 활성을 최적화하고 또한 이들 구형 나노입자들을 더 쉽게 분리하고 재사용 가능하게 해서, 일반적인 산업적 과정들에서 선택적이고, 효율적이며 저렴한 촉매로서 그것들의 응용성을 향상시켜줄 것이다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』