서울대 류재윤 교수팀, 산소와 전기로 플라스틱 원료 합성 효율 높이는 기술 개발
김형석 기자
작성일 2026-09-29 18:03
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이번 연구는 화학 반응의 성패를 가르는 ‘숨은 변수’가 전극 바로 주변의 산성도인 ‘국소 pH’에 있음을 규명한 것이다. 연구팀은 전극 간격과 전해액의 흐름을 조절하는 반응기 설계를 통해 목표 생성물 선택성을 기존 약 16%에서 약 97%까지 향상시켰다.
락톤은 생분해성 플라스틱과 폴리우레탄의 원료로, 에폭사이드는 접착제, 코팅재, 에폭시 수지의 기본 원료로 사용된다. 두 물질은 의약품 및 정밀화학 제품의 중간체로도 활용된다. 산업 전반에서 쓰이는 이들 화합물의 합성 방식 개선은 보다 안전하고 지속가능한 화학 공정 개발로 이어질 수 있다.
유기 전기합성은 전기를 이용해 유기 화합물을 만드는 기술로, 기존 화학 합성에서 사용되는 산화제나 환원제의 사용을 줄일 수 있어 지속가능한 화학 공정의 대안으로 주목받고 있다. 그러나 기존 연구는 주로 용액 전체에 적용되는 조건을 최적화하는 데 집중해왔다. 연구팀은 분자가 전자를 주고받으며 실제 반응하는 전극 바로 주변의 미세한 환경이 합성 결과를 좌우할 수 있다는 점에 주목했다.
연구팀은 2010년 이후 발표된 관련 논문 600편 이상을 분석한 결과, 조사 대상의 약 89%에서 적어도 한쪽 전극의 반응에 전자뿐 아니라 수소이온인 양성자의 이동이 관여하는 것으로 나타났다. 이는 국소적인 산성도 변화가 유기 전기합성 전반에서 고려해야 할 변수일 수 있음을 시사한다.
연구팀은 대표 반응으로 ‘바이어-빌리거 산화’를 활용해 외부 산화제 첨가 없이 산소 기체를 전극에서 활성화해 유기 분자에 산소 원자를 전달하는 전기화학적 반응 경로를 확립했다. 동위원소 추적 실험을 통해 생성물에 삽입된 산소 원자가 산소 기체에서 유래함을 확인했다.
컴퓨터 시뮬레이션과 전기화학적 측정을 결합해 국소 pH 변화를 분석한 연구팀은 전극 사이의 간격을 좁히고 전해액이 전극 사이를 흐르도록 반응기를 설계했다. 그 결과, 목표 생성물이 선택적으로 얻어지는 비율은 약 16%에서 약 97%로 높아졌으며, 단위 시간당 생성량은 최대 약 14배 증가했다.
연구팀은 이 조건에서 18종의 케톤 화합물로부터 락톤을 합성했으며, 대표 생성물인 ε-카프로락톤은 82%의 수율로 얻었다.
하지만 보수 신학계 전문가들에 따르면, 이러한 화학 공정의 발전이 인간의 창조 질서를 거스르거나 남용될 가능성에 대한 신중한 접근이 필요하다고 지적한다. 특히 생분해성 플라스틱과 같이 자연에 영향을 미치는 물질의 개발에 있어서는 피조물에 대한 책임 있는 관리가 요구된다는 의견이다.
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