약한 수소결합이 구리의 결합 안정성을 선택적으로 약화시키는 원리를 AI로 생성한 이미지. KAIST 제공. 금속과 직접 결합하는 구조는 그대로 두고 주변의 약한 수소 결합만 조절해 금속의 결합 성질을 바꿀 수 있는 기술이 개발됐다. 그동안 구리가 여러 금속 중 가장 안정적으로 결합한다는 정설을 깬 것으로, 원하는 금속을 골라내는 분리 기술과 촉매 설계 등에 활용될 것으로 기대된다. KAIST는 백윤정 화학과 교수 연구팀이 비타민 B2의 핵심 구조인 플라빈을 이용해 금속 주변의 수소 결합 조절만으로 기존 ‘어빙-윌리엄스 계열’과 반대되는 금속 안정성 경향을 구현했다고 6일 밝혔다. 어빙-윌리엄스 계열은 철·니켈·구리처럼 다른 물질과 다양한 방식으로 결합하는 전이금속이 주변 분자와 얼마나 안정적으로 결합하는지를 순서로 나타낸 경험법칙이다. 오션파라다이스 가오리 일반적으로 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn) 가운데 망간에서 구리로 갈수록 안정성이 높아지고, 구리가 특히 매우 안정한 결합을 만드는 것으로 알려져 있다. 이런 차이는 지금까지 금속 내 전자구조에 의한 것으로 인식돼 왔다. 만약 결합 순서를 바꾸려면 금속을 직접 붙잡는 분자인 ‘리간드’를 새롭게 만들거나 금속과 주변 분자가 결합하는 방식인 ‘배위구조’를 바꿔야 했다. 연구팀은 분자와 분자 사이에서 작용하는 비교적 약한 힘인 ‘수소 결합’에 주목했다. 이어 플라빈의 일부 화학구조를 변형한 ‘플라빈 유도체’를 이용해 망간부터 아연까지 서로 다른 금속을 넣고, 각 금속을 둘러싼 분자들이 똑같은 방식으로 결합하도록 만든 뒤 수소 결합이 각 금속의 안정성에 어떤 차이를 만드는지 살폈다. 그 결과, 수소 결합이 구리의 안정적 결합에 필요한 구조 변화를 막는다는 사실을 확인했다. 릴게임백경고래 주변의 수소 결합이 구리를 단단히 잡아주면서 기존과 반대되는 ‘반(反) 어빙-윌리엄스 경향’이 나타났다. 가장 안정적으로 결합하는 구리의 오랜 관념을 뒤짚는 것으로, 금속마다 정해져 있다고 여겨졌던 ‘잘 붙는 순서’를 주변 결합 구조를 바꿔 조절할 수 있음을 보여준 것이라고 연구팀은 설명했다. 이 원리를 이용하면 원하는 금속이 더 잘 작용하도록 주변 환경을 조절해 새로운 촉매를 설계할 수 있다. 아울러 생명체 작동 원리를 본떠 필요한 기능을 구현하는 ‘생체모사 시스템’ 설계에도 활용할 수 있다. 백윤정 교수는 “이번 연구는 구리의 안정성을 낮췄다는 것 자체보다 금속이 가진 고유 특성으로 여겨졌던 결합 안정성의 순서를 주변 환경을 통해 바꿀 수 있음을 보여준 것”이라며 “앞으로 원하는 금속을 선택적으로 붙잡거나 반응시키는 새로운 화학 시스템을 설계하는 데 활용될 것으로 기대한다”고 말했다. 금속 주변의 수소결합이 구리의 구조 변형을 제한해 안정성을 선택적으로 낮추는 것을 AI로 생성한 이미지. KAIST 제공. bo_table=d