친환경 금속 나노입자-고분자 나노캡슐 개발

- 안게반테 케미誌 게재, 물에서 사용 가능한 획기적인 촉매 -

□ 미래창조과학부(장관 최문기)와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(IBS, 원장 직무대행 신희섭)은 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기문, POSTECH 교수) 연구팀이 쿠커비투[6]릴1)로 이루어진 고분자2) 나노캡슐 표면에 금속 나노입자3)를 균일하게 도입하는 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.

 o 이번 연구는 유독성 용매가 아닌 물과 같은 환경 친화적인 용매에서 촉매활성을 가지면서 안정된 성질을 지니는 금속 나노입자-고분자 나노캡슐을 개발하여 환경·안전·경제적 문제를 단번에 해결할 수 있는 가능성을 제시했다는 점에서 의미를 지닌다.

 o 지금까지 금속 나노입자는 고유의 우수성*으로 공업, 약학, 농업(비료) 분야에서 다양하게 활용되어 왔으나 톨루엔(toluene), 헥산(hexane)과 같은 유독성 액체를 용매로 사용하기 때문에 환경오염, 고비용, 중독 등을 유발하는 문제점을 안고 있었다.

* 부피 대비 넓은 표면적, 양자 구속 효과4), 표면 플라즈몬 효과5) 등의 특성을 지님

□ 연구진은 지지체 역할을 하는 쿠커비투[6]릴로 이루어진 고분자 나노캡슐과 금속염6)을 이용하여 고분자 나노캡슐의 표면에 균일한 크기의 금속 나노입자를 균등하게 도입하였다.

 o 쿠커비투[6]릴은 강력하고도 선택적으로 유기․무기 화학종을 인지하는 성질을 가지고 있어 금속 나노입자를 뭉치지 않게 하여 안정화시키는 보호제 역할을 한다.

 o 이를 활용해 개발한 금속 나노입자-나노캡슐은 물속에서 6개월 이상 안정된 상태를 유지하고(안정성), 잘 분산되며(분산성), 탄소-탄소 결합과 탄소-질소 결합 형성에서 100% 반응성을 보이고(촉매활성), 여러 번 다시 사용할 수 있는 성질(재사용성)을 지닌다는 사실을 밝혔다.

 o 또한, 다양한 종류의 금속 나노입자를 고분자 나노캡슐 표면에 도입할 수 있기 때문에 생체 이미징, 나노의학 분야에도 활용 가능하다.

□ 이 연구 성과는 화학분야 권위 학술지인 안게반테 케미(Angewandte chemie, IF 13.734)誌 온라인에 5월 19일 게재됐다.

* (논문제목) 우수한 안정성과 물 분산성을 지닌 금속 나노입자가 표면에 도입된 고분자 나노캡슐의 합성과 촉매 응용(Highly Stable, Water-Dispersible Metal-Nanoparticle-decorated Polymer Nanocapsules and Their Catalytic Applications)

* (제1저자) POSTECH 화학과 윤경원 박사과정생

* (교신저자) IBS 복잡계자기조립연구단 김기문 단장

□ 김기문 IBS 복잡계 자기조립 연구단장은 “이번 연구는 기존의 금속 나노입자-지지체가 보여주기 힘들었던 물에서 뛰어난 안정성과 분산성, 촉매 활성, 재사용성을 보임으로써, 친환경 촉매 혹은 생체 이미징, 나노의학 분야에 새로운 응용 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.