순식간에 사라지는 `라디칼` 새 합성법 개발

↑ 왼쪽부터 이은성 IBS 복잡계자기조립연구단 연구위원, 백지수·김영석 연구원 [자료제공 = 기초과학연구원]

화학·생체반응이 일어나는 도중 반짝 생겼다 사라지는 중간 물질 '라디칼'을 친환경 2차 전지 연구 등에 응용할 수 있는 방법을 국내 연구진이 찾아냈다.
13일 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기문) 연구진은 새로운 종류의 라디칼을 합성하는 데 성공했다고 밝혔다. 다른 라디칼 물질과 달리 화학적 성질이 안정적이어서 2차 전지 등의 양극재와 유기산화제, 유기환원제 등에 쓰일 수 있다는 설명이다.
라디칼은 반응물이 생성물로 바뀌는 도중 생겨나는 중간체로 전자가 홀수 개라 불안정하다는 특징을 갖는다. 전자가 짝수로 쌍을 지어야 화학적으로 안정될 수 있는데, 짝을 이루지 않는 상태로 존재하기 때문에 반응성이 높고 언제 다른 생성물로 변신해 사라질지 모르는 것이다. 다만 불안정하다는 점을 제외하면 금속화합물과 달리 환경오염을 시키지 않고, 상대적으로 가볍다는 장점도 많다.
연구팀은 이에 라디칼을 안정화시켜 장점을 극대화하는 새 합성법을 개발했다. 대표적인 안정화 물질인 질소헤테로고리카벤(NHC 화합물)을 이용했다. 기존 황(S), 인(P) 라디칼에 비해 훨씬 가벼운 물질인 질소(N)와 산소(O) 등을 이용해 친환경적이고 가볍다는 이점을 살렸다. 특히 이 중에서도 세 개의 질소 원자를 이은 '트리아지닐 라디칼'의 경우 미국화학학회 발행 전문잡지 'C&EN’에 의해 올해의 분자로 선정됐다. 연구팀은 새로이 만든 트리아지닐 라티칼을 리튬이온 전지 양극재로 활용하는 실험도 성공리에 마쳤으며, 이 같은 성과는 미국 화학회지 지난달 1일자에 실렸다.
논문의 교신저자 이은성 연구위원은 "이번에 발표한 라디칼들은 기존의 불안정한 라디칼과는 달리 2차 전지 등 산화·환원 반응을 이용한 전지의 양극재와 다양한 화학 반응의 유기산화제, 유기환원제로 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.
[김윤진 기자]