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  효소 닮은 촉매 통해 친환경적이고 효율적으...
  
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작성일 : 2019-04-23     조회 : 10  
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현택환(왼쪽) 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장 연구팀은 효소 작동원리를 닮은 재활용 가능한 광촉매를 개발했다는 연구결과를 국제학술지 ‘네이처 머터리얼스’ 23일자에 발표했다. 남기태(가운데) 서울대 재료공학부 교수와 김형준(오른쪽) KAIST 화학과 교수 연구팀도 함께 참여했다.IBS 제공

생체 물질인 효소의 작동원리를 모사해 적은 비용으로 효율적으로 수소를 생산할 수 있는 친환경 촉매 기술이 개발됐다. 현재 사용되고 있는 값비싼 백금 촉매와 효율은 비슷하면서, 재활용이 가능해 폐기물이 발생하지 않는 게 장점이다. 향후 수소 경제 사회를 앞당기는 데 도움이 될 것으로 기대를 모으고 있다.

현택환 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장과 남기태 미래소재디스커버리 d-오비탈제어소재연구단장(서울대 재료공학부 교수), 김형준 KAIST 화학과 교수팀은 효소의 작동원리를 응용해 빛으로 수소를 생산할 수 있는 촉매를 개발하는 데 세계 최초로 성공했다. 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스’ 23일자에 발표됐다.

촉매는 물질의 화학 반응 속도를 조절하는 물질이다. 화학 반응이 쉽게 이뤄지게 해 물질을 합성하거나 오염물질을 정화하는 등 다양한 용도에 활용된다. 촉매는 반응하기 전 물질의 상태와 반응 뒤 물질의 상태가 같은지 여부에 따라 '균일촉매'와 '불균일촉매'로 나뉜다. 수소를 생산할 때처럼 반응 전의 물질은 액체(물)였는데 반응 뒤에 기체(수소)로 바뀌는 등 반응 전후의 상태가 서로 다를 때 그 촉매를 불균일촉매라고 부른다.

불균일촉매는 생산비용이 싸고 재활용이 가능하지만, 효율이 낮은 게 단점이다. 또 수명이 다하면 폐기돼 땅에 매립해야 해 2차 오염을 유발하는 문제가 있었다.

연구팀은 생명체가 가진 생체 촉매인 효소를 이용해 불균일촉매의 단점을 극복했다. 효소는 온도나 산성도 등 주변 환경에 예민한 단백질 분자다. 복잡한 입체 구조를 갖고 있는데, 환경에 따라 스스로 구조를 바꿀 수 있다. 효소는 이런 ‘변신’ 능력을 활용해, 마치 야구 장갑으로 딱 맞는 크기의 야구 공을 잡듯 주변의 특정 단백질만을 골라 결합하거나, 그 단백질의 구조를 변형시킨다. 각자 자기만의 독특한 구조를 바탕으로 원하는 물질만 빠르게 골라 반응을 일으키기에 화학 반응 효율이 매우 높다는 게 장점이다.

연구팀은 이런 효소의 능력을 흉내 내 특정 조건에서 특정 물질과만 결합을 잘 하는 촉매를 만들었다. 먼저 이산화티타늄(TiO2) 나노입자 위에 구리 원자를 올렸다. 여기에 연구진이 빛을 가하자, 구리와 이산화티타늄이 서로 전자를 주고받으며 이산화티타늄의 구조를 바꿨다. 야구공을 잡는 장갑의 상태가 된 것이다. 이 상태에서 반응을 시키자, 구리 원자가 하나하나 촉매로 작용했다. 촉매 작용이 끝난 뒤에는 다시 이산화티타늄의 구조가 원래대로 돌아와 재활용이 가능한 상태가 됐다. 폐기물 발생을 원천적으로 막을 수 있게 된 것이다.

연구팀은 물과 메탄올을 이용해 수소를 직접 생산하며 효율을 확인했다. 그 결과 지금까지 가장 효율이 좋은 백금/이산화티탄을 이용한 촉매와 거의 비슷한 효율을 보인다는 사실을 확인했다. 하지만 귀금속인 백금 대신 구리를 쓰기에, 생산비용은 오히려 훨씬 저렴했다. 연구팀은 “불균일촉매의 장점인 싼 생산비용과 재활용 가능성을 살리면서도 단점인 낮은 효율을 극복하는 데 성공했다”고 밝혔다.

현 단장은 “개발된 촉매를 물을 햇빛으로 수소로 생산하는 광촉매 반응에 활용하면 일상적인 온도나 압력 상태에서도 안정적이고 높은 효율로 친환경 에너지인 수소를 값싸게 제조할 수 있다”며 “수소 경제의 출발점이 되는 원천기술을 개발했다”고 말했다.

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]



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"포괄적 검토 지시한 것…강요없었고 공문 오간 것도 나중에 알아"

'검사 사칭·개발업적 과장'도 혐의 인정 안해…25일 결심공판

(성남=연합뉴스) 최찬흥 기자 = 직권남용·공직선거법 위반 혐의로 기소된 이재명 경기지사는 22일 열린 공판의 피고인신문에서 '친형 강제입원' 등 3개 사건의 공소사실을 재차 전면부인했다.

질문에 답하는 이재명 경기지사(성남=연합뉴스) 홍기원 기자 = 공직선거법상 허위사실 공표와 직권남용권리행사방해 혐의 등으로 기소된 이재명 경기지사가 22일 오후 경기도 성남시 수정구 수원지방법원 성남지원에서 열린 19차 공판에 출석하며 취재진 질문에 답하고 있다. 2019.4.22 xanadu@yna.co.kr

이 지사는 이날 오후 2시 30분 수원지법 성남지원 제1형사부(부장판사 최창훈) 심리로 열린 제19차 공판 피고인신문에서 검찰이 기소한 혐의 내용을 모두 인정하지 않았다.

이 지사는 특히 2012년 성남시장 시절, 친형 고 이재선 씨에 대해 정신병원 강제입원을 시도한 혐의와 관련해 "강제입원이 아닌 진단·치료 절차를 검토하라고 포괄적 지시를 내린 것"이라며 "(검찰이 증거로 제시한) 분당보건소와 성남시정신건강센터 간에 공문이 오간 사실도 나중에 알았다"고 진술했다.

또 브라질 출장에서 전직 분당보건소장 이 모 씨에게 전화를 걸어 정신병원 입원절차 진행을 독촉하고 '사표를 내라'고 했다는 이씨의 주장과 관련해서는 "전화 자체를 건 사실이 없다"고 반박했다.

성남시정신건강센터장에게 이재선씨의 조울병 평가문건을 수정하게 했다는 혐의에 대해서는 "전문가 평가를 받으라고 했는데 '수정' 기억은 나지 않는다"고 말했다.

그는 "공무원들이 형님을 공포의 대상으로 여겨 엮이기를 꺼려 (진단·치료를) 안 할 이유를 찾은 듯하다"며 "공무원들에게 강요·압박은 없었다"고 거듭 강조했다.

'검사 사칭' 사건과 관련해 검찰은 이 지사가 벌금형을 확정받고도 지난해 지방선거를 앞두고 열린 TV 토론회에서 '누명을 썼다'며 허위사실을 공표했다고 주장했지만, 이 지사는 "방송사 PD에게 변호사 사무실을 제공한 '방조'는 인정하겠지만 '공동정범'이라는데 대해서는 억울하다는 취지였다"고 진술했다.

대장동 개발업적 과장 사건의 경우 이 지사가 선거공보와 유세를 통해 개발이익금이 발생한 것처럼 허위사실을 공표했다고 검찰은 밝혔지만, 이 지사는 "실시계획인가 조건과 사업협약서 등 안전장치로 개발이익금을 사실상 확보한 만큼 허위사실 공표가 아니다"는 입장을 고수했다.

재판부는 이날 피고인신문을 끝으로 신문 절차를 모두 마무리하고 오는 25일 오후 2시 이 지사 측의 최후 변론에 이은 검찰 구형 등 결심공판을 진행할 예정이다. 1심 선고 공판은 다음 달 이뤄질 전망이다.

chan@yna.co.kr

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