▲ 연구진이 개발한 고압 나노 반응기의 반응 모식도.

기초과학연구원(IBS) 이차원 양자 헤테로구조체 연구단은 다차원 탄소재료 연구단 등 공동연구를 통해 2차원 소재 사이에 형성된 고압을 이용하면, 복잡한 고압 장치 없이도 고압 화학 반응을 유도할 수 있음을 처음으로 밝혀냈다. 연구 결과는 11월 8일 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.

안정적인 고리 구조의 화합물의 경우 형태를 변화시키는 데 고압 조건이 필요하다. 연구진은 그래핀이나 육방정계질화붕소(hBN) 등 2차원 소재의 두 층 사이에 형성된 반데르발스 힘이 최대 7GPa(기가파스칼)에 달하는 높은 압력을 만들어 냄을 밝혔다. 이는 대기압의 약 7만 배에 달하는 높은 압력이다.

이후 이 압력을 이용해 유기 화합물의 탈수소 고리화 반응을 성공적으로 유도했다. 일반적으로 이 반응은 용액 상태에서 촉매와 산화제가 필요하지만, 이번 연구에서는 고체 상태에서도 반응이 가능함을 처음으로 증명해냈다.

연구를 이끈 신현석 IBS 이차원 양자 헤테로구조체 연구단장은 “2차원 소재의 적층 구조가 고압 나노 반응기 역할을 한다”며 “대량 생산에 적용하기까지는 추가 연구가 필요하지만, 간단한 방법으로 고압을 구현하는 가능성을 제시했다는 의미가 있다”고 말했다.