희귀 전이 금속의 가장 일반적인 용도 중 하나는 촉매 역할을 하는 것입니다. 촉매는 기본적으로 스스로 소모되지 않고 화학 반응 속도를 높이는 물질입니다. 비료 생산에서부터 자동차 밑에 있는 촉매 변환기에 이르기까지 모든 것에 나타납니다. 하지만 이 촉매는 백금, 팔라듐 등 희귀 금속으로 만들어지기 때문에 가격이 비싸다. 백금과 같은 금속은 희귀성으로 인해 발굴하기가 어렵습니다. 따라서 화학자들이 수년 동안 대안을 찾아왔다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그리고 이제 우리는 마침내 지구상에서 가장 풍부하게 존재하는 금속 중 하나인 알루미늄이라는 형태로 답을 얻게 될 것입니다.
그 대답은 King’s College London에서 나왔습니다. 더블린 트리니티 칼리지(Trinity College Dublin)의 화학자들과 함께 일하는 연구진이 이러한 값비싼 옵션을 대체할 수 있는 새로운 형태의 금속을 구성하는 데 성공했습니다. 금속은 사이클로트리알루만(cyclotrialumane)이라고 불리는 새로운 분자로 가공되었습니다. 기본적으로 세 개의 알루미늄 원자가 삼각형으로 결합되어 삼량체가 됩니다. 전체 연구 결과는 Nature Communications 저널에 게재되었습니다.
삼량체는 백금이나 팔라듐과 매우 유사하게 행동하기 때문에 모든 것을 작동하게 만드는 것입니다. 이 두 금속은 화학 반응을 촉진하는 데 탁월하지만 수석 저자인 Clare Bakewell 박사에 따르면 백금과 팔라듐은 알루미늄보다 무려 20,000배나 더 비쌉니다. 그러나 사이클로트리알루만은 더 비싼 금속이 어려움을 겪고 있는 반응을 끌어낼 수 있기 때문에 단순한 저가형 복제품 그 이상입니다. 또한 다른 용액에 용해되어도 서로 결합됩니다. 실험실에서 배양한 많은 반응성 분자는 용매에 닿는 순간 분해되기 때문에 이는 큰 문제입니다. 이러한 장점은 모두에게 많은 승리를 안겨줍니다.
이 멋진 알루미늄이 실제로 할 수 있는 일
이 분자는 실험실에서 초기에 가능성을 보여주었으며 결국 중요한 화학 반응을 촉진하는 데 도움이 될 수 있음을 시사했습니다. 연구진은 이를 사용하여 수소 가스를 구성하는 H2 분자인 이수소를 분리할 수 있었습니다. 수소 분자를 분리하는 것은 수소 에너지 생산의 주요 동인이자 수소 구동 차량을 운행하는 것과 동일한 과정이므로 청정 연료 생산에 도움이 될 수 있습니다. 이 분자는 또한 플라스틱의 주요 구성 요소 중 하나인 에텐의 제어된 사슬 성장에서 촉매 역할을 했습니다.
그러면 이상한 일이 있습니다. Bakewell과 그녀의 팀은 삼량체를 에텐과 반응시키면 이전에 누구도 문서화하지 않은 고리 구조가 생성된다는 것을 발견했습니다. 여기에는 5~7개의 알루미늄 원자와 탄소가 함께 혼합되어 만들어진 고리가 포함됩니다. 이는 백금과 팔라듐이 스스로 처리할 수 있는 수준을 넘어서는 완전히 새로운 종류의 반응을 암시합니다.
오늘날 세계 백금의 대부분은 남아프리카에서 채굴됩니다. 단 몇 그램이라도 추출하려면 최소한 1톤의 광석을 처리해야 하며, 여기에는 엄청난 에너지가 필요합니다. 그곳의 에너지 그리드는 여전히 석탄에 크게 의존하고 있기 때문에 문제가 됩니다. 백금을 알루미늄으로 바꾸면 환경에 미치는 영향을 줄이는 동시에 비용도 절감할 수 있습니다. 연구원들이 오래된 알루미늄 호일을 사용하여 배터리를 재활용하는 새로운 방법을 발견함에 따라 금속은 이미 다른 친환경 계획에서 그 가치를 입증하고 있습니다. 물론 팀은 아직 탐색 단계에 있으며, 위의 성과를 대규모로 달성하려면 여전히 많은 작업이 필요합니다. 그러나 결과가 유지된다면 알루미늄은 단순히 부엌 서랍에 호일로 넣어두기에는 훨씬 더 적합하지 않을 수 있습니다.
