균일한 크기의 금속 나노입자가 표면에 균질하게 도입된 고분자 나노캡슐의 합성과 촉매로서의 응용(미래창조과학부 제공). © News1


환경, 안전, 경제적 문제를 한번에 해결한 금속 나노입자-고분자 나노캡슐이 국내 연구진에 의해 개발됐다.미래창조과학부와 기초과학연구원(IBS)은 김기문 포스텍 교수가 단장을 맡고 있는 복잡계 자기조립 연구단 연구팀이 쿠커비투[6]릴로 이뤄진 고분자 나노캡슐 표면에 금속 나노입자를 균일하게 도입하는 기술 개발에 성공했다고 19일 밝혔다.

이번 연구는 유독성 용매가 아닌 물과 같은 환경 친화적인 용매에서 촉매활성을 가지면서 안정된 성질을 지니는 금속 나노입자-고분자 나노캡슐을 개발해 환경 및 안전, 경제적 문제를 모두 해결할 수 있는 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 크다.

금속 나노입자는 부피 대비 넓은 표면적, 양자 구속 효과, 표면 플라즈몬 효과 등 고유의 우수성을 지녀 공업, 약학, 농업 분야에서 다양하게 활용돼 왔다. 하지만 톨루엔, 헥산 등 유독성 액체를 용매로 사용해 환경오염, 고비용, 중독 등을 유발하는 문제점이 있었다.연구팀은 지지체 역할을 하는 쿠커비투[6]릴로 이뤄진 고분자 나노캡슐과 금속염을 이용, 고분자 나노캡슐 표면에 균일한 크기의 금속 나노입자를 균등하게 도입해 이 같은 문제를 해결했다.

속이 빈 호박 모양의 나노물질인 쿠커비투[6]릴은 강력하고 또 선택적으로 유기·무기 화학종을 인지하는 성질이 있어 금속 나노입자를 뭉치지 않게 해 안정화시키는 보호제 역할을 한다. 이를 활용해 개발된 금속 나노입자-나노캡슐은 물 속에서 6개월 이상 안정된 상태를 유지하고 잘 분산되며 탄소-탄소 결합과 탄소-질소 결합 형성에 100% 반응성을 보이고, 여러 번 다시 사용할 수 있는 성질을 지닌다.

또한 다양한 종류의 금속 나노입자를 고분자 나노캡슐 표면에 도입할 수 있어 생체 이미징, 나노의학 분야에도 활용할 수 있다.

김기문 연구단장은 "이번 연구는 기존의 금속 나노입자-지지체가 보여주기 힘들었던 물에서의 뛰어난 안정성과 분산성, 촉매 활성, 재사용성을 보여 친환경 촉매 혹은 생체 이미징, 나노의학 분야에 새로운 응용 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 있다"고 밝혔다.

이번 연구 성과는 화학분야 학술지인 안게반테 케미 온라인에 5월19일 게재됐다.


hyun@news1.kr