이론 기반 촉매 설계의 동향

건국대학교 화학공학부 이정임, 이영준, 김영신, 이정걸

1. 서론
고효율 촉매의 이론적 설계는 수십년 동안 단백질공학의 핵심 분야로 자리잡아 왔으며 향후에도 지속적으로 이러한 관점에서 보게 될 것이다. 이론적으로 설계된 촉매는 의약에서부터 에너지 과학에 이르는 광범위한 분야에 잠재적으로 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 촉매는 의약, 식품 첨가제, 비료 및 플라스틱의 효율적인 합성 관점에서 제약 및 화학 산업에서 필수적이다. 촉매 설계는 또한 재생 가능하고 지속 가능한 에너지 원을 개발하기 위해서도 중요하며, 이러한 모든 분야에서 이론이 더 효과적인 촉매의 설계를 제공할 수 있다는 지침이 잘 알려져 있다.

이론적인 촉매 설계의 궁극적인 목표는 특정 반응에 대하여 효율적인 촉매를 설계하기 위하여 첫 번째 원칙으로부터, 즉 관련 촉매에 대한 지식이 없이 시작하여 순이론적 계산법을 사용하는 것이다. 이 목표를 달성하는 것은 안정성, 용해도 및 합성 접근 가능성과 같은 요소까지 고려되어야 할 때 훨씬 더 어려워진다. 하드웨어 및 소프트웨어의 개발로 인해 계산 속도가 빨라지므로, 결국에는 그러한 순이론적 접근법이 가능할 수 있다. 그러나 원자와 분자를 박스에 배치하고, 역학적 시뮬레이션 함으로써 촉매를 설계하는 것이 가능하더라도, 이것이 이 분야에서 궁극적 목표의 달성이라고 할 수는 없다. 즉, 촉매 설계의 궁극적 목표는 필요한 성질을 가진 분자 및 생촉매의 이론적 설계를 가능하게 하기 위하여 특정 시뮬레이션의 결과를 일반화하고 확장하는데 필수적인 개념 이해와 기본 설계 원리를 포함한다.

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