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금속포르피린의 분자집합계 및 다핵 착체계를 이용한 산소환원촉매

전문가 제언: □ 호기성 생물의 호흡계의 말단 산화효소인 시토크롬 c옥시다제는 호흡에 의해 공급된 산소 분자의 네 전자를 환원시켜 물을 발생시키는 반응에서 촉매로 작용하는데 일분자 효소에 포르피린으로 구성된 헴 구조와 금속원자를 포접한 형태로 가지고 있으면서 이들의 협동작용에 의해서 산소의 환원 반응을 촉진하는 효소로 작용하는 것으로 알려져 있다.

□ CcO의 촉매 반응을 인공계에서 재현하기 위해서는 여러 가지의 헴 유도체가 합성되었는데 흥미 있는 것은 산소의 네 전자 환원 반응은 단독 헴 유도체로는 어렵고 분자 집합계나 다핵 착체를 사용하여야 비로소 가능해진다는 점이다. 활성점으로는 두개의 금속원자간에 산소가 가교 배위하여 μ-퍼옥소 구조를 형성하는 경우에 높은 활성이 나타나는 것으로 알려져 있으며, 이와 같은 금속 착체는 연료전지의 양극촉매로 사용되고 있는 백금의 사용량을 감소시키는 데 활용될 가능성이 큰 모델이다. 또한 고효율성의 태양전지 개발을 위한 태양전지의 전극의 모델로 주목을 받고 있어서 현재 전 세계적으로 활발하게 연구가 진행되고 있다.

□ 포르피린이나 프탈로시아닌 등의 큰 고리배위자를 갖는 금속 착체는 대면형의 코발트 포르피린 2량체에 배위되어 있는 착체가 산소를 높은 효율로 네 전자 환원을 시킬 수 있음이 밝혀져 있어 포르피린의 대면형 2량체 내에서 산소의 개열 반응의 구조적, 치환기 영향 등이 연구되고 있다. 실제로 연료전지의 촉매로 이용될 수 있는 가능성 여부는 촉매 담체인 탄소입자로의 고분산 담체나 내구성 향상 등 해결할 문제가 많이 남아 있어 21세기의 최대의 과제의 하나인 청정 에너지인 태양 에너지의 효과적인 이용을 위한 태양전지 전극의 양극촉매의 개발에 우리나라도 적극 참여할 필요가 있다.

□ 본고는 이와 같은 착체계에 대해서 전극촉매로의 성능을 평가하는 데 초점을 맞추어 기술된 것으로써 새로운 에너지원으로 기대되는 색소감응 태양전지의 개발에 도움을 줄 수 있는 자료라고 생각된다.

저자: Oyauzy K. ; Yuasa M.
자료유형: 학술정보