응용화학공학과

탄소–황 결합 반응을 위한 차세대 촉매 설계 전략 제시

의약·소재 산업 적용 가능한 첨단 소재 연구 성과

공과대학 응용화학공학과 김성탁 교수 연구팀이 인도 IIT의 Kolleboyina Jayaramulu 교수 연구팀과 공동으로 수행한 최신 연구가 세계적 권위 학술지 Small (Wiley-VCH, 재료과학·나노기술 분야 영향력 있는 국제 저널, IF: 12.1, 상위 9.34%)에 게재되었으며, 이번 호의 커버 논문으로 선정되는 성과를 거뒀다.

탄소–황(C–S) 결합은 항암제, 항생제, 항바이러스제 등 다양한 의약품과 기능성 재료의 핵심 구조 단위로, 제약 및 소재 산업 전반에서 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 기존 합성법은 반응 과정에서 촉매가 쉽게 비활성화되거나 선택성이 낮아 산업적 활용에 한계가 있어 보다 안정적이고 지속 가능한 촉매 시스템 개발은 학계와 산업계의 오랜 과제였다.

연구팀은 금속 나노입자, 금속 산화물, 단일원자 촉매, 금속–유기 골격체(MOFs), 그래핀 등 2차원 소재 기반의 첨단 촉매 시스템을 종합적으로 분석하고, 설계 전략을 제시했다. 특히, Density functional theory(DFT) 계산을 활용하여 C–S 결합 반응의 메커니즘을 원자·분자 수준에서 규명했다. 이를 통해 반응 경로를 정밀하게 해석하고, 선택성과 안정성을 동시에 확보할 수 있는 차세대 촉매 설계 방안을 도출했다.

이번 성과는 단순히 학문적 연구에 그치지 않고, 지속 가능한 의약품 합성, 친환경 화학소재 제조, 고부가가치 연료 및 소재 전환 기술 개발 등 다양한 분야로 응용 가능성을 넓혔다.

또한, C–S 결합 반응의 한계를 극복할 수 있는 새로운 촉매 설계 원리를 제시함으로써, 향후 에너지·환경·의약 산업 전반의 혁신적인 전환을 이끌 기반을 마련했다.

김성탁 교수는 “이번 연구는 국제 공동연구를 통해 탄소–황 결합 반응의 난제를 해결할 수 있는 새로운 촉매 전략을 제시한 의미 있는 성과”라며, “앞으로도 글로벌 연구 네트워크를 기반으로 에너지 전환, 친환경 화학소재, 지속 가능한 의약품 합성 등 다양한 분야에서 학문적·산업적 가치를 창출할 수 있는 연구를 이어가겠다”고 밝혔다.

논문 제목: Emerging Trends in Advanced Materials for C–S Coupling Reactions: Design Strategies and Future Perspectives

논문 링크: https://doi.org/10.1002/smll.202505046