“금-황 나노조합체” 개발 성공
서울대학교 공과대학(학장 이우일)의 차국헌 교수 연구팀과 제프리 편(Jeffrey Pyun) 교수(University of Arizona)를 포함한 서울대학교 에너지환경화학융합기술 WCU(World Class University) 프로그램 연구진은 세계 최초로 황을 금 나노입자 합성의 매개체(용매)로 사용하여 금-황 나노조합체를 합성하는데 성공하였다.
전세계 황의 연간 초과 생산량은 7백만 톤에 달하는데, 이는 황의 소비가 한정되어 있는 반면, 원유를 정제하는 과정에서 불가피하게 과량의 황이 지속적으로 생산되기 때문이다. 세계 각지에서 처치곤란으로 쌓이기 시작한 황이 거대한 탑을 형성하기 시작하였고, 이는 환경문제 등 큰 골칫거리로 부상하였다.
애물단지가 되어버린 황을 유용하게 사용하기 위한 연구가 기존에 진행되었지만, 전기적, 기계적 성질이 떨어지고, 가공성마저 떨어지는 황을 새로운 소재 개발에 적용한 예는 극히 드물다.
황을 200℃로 가열하여 녹인 상태에서 금의 원료가 되는 유기금속화합물 (ClAuIPPh3)을 첨가함으로써 손쉽게 금 나노입자를 형성할 수 있다. ClAuIPPh3은 황 분자와의 반응을 통해 금 이온을 환원시켜 금 나노입자를 성장시키는 동시에, 반응을 통해 생성된 화합물 (SPPh3)은 금 나노입자를 에워싸면서 황과 입자 사이의 계면을 안정화시키는 역할을 함. 그 결과, 5~7 나노미터의 금 나노입자가 황 매개체 전반에 걸쳐 균일하게 분산된다.
금 나노입자를 둘러쌓고 있는 황 매개체에 경화제의 일종인 디비닐벤젠(DVB)을 첨가하면, 액체이던 황이 서서히 경화되면서 기계적 강도가 개선된 금-황 나노조합체가 완성된다. 여기에 고온 압축 (melt press) 공정을 이용하면 금-황 나노조합체를 필름 형태로도 제조할 수 있다.
이번에 개발한 금 나노입자 및 나노조합체 합성기술은 애물단지였던 황을 용매로 직접 사용함으로써 환경오염을 최소화하고 다양한 기능성 나노입자를 손쉽게 합성할 수 있는 기반을 구축하였다.
연구를 주도한 차국헌 교수 및 제프리 편 교수는 “이번 연구결과를 통해 황의 화학적, 물리적으로 취약한 성질들을 개질하여 배터리 양극소재 등의 에너지 관련 신소재로 활용될 가능성을 보여주었으며, 이를 통해 향후 화학 패러다임을 녹색화학(Green Chemistry)에서 황색화학(Yellow Chemistry)으로 바꾸는 계기가 될 것”이라고 말했다.
본 연구의 결과는 화학분야 최고 권위의 국제학술지인 “안게반테케미 인터내셔널 에디션 (Angewante Chemie International Edition)”에 최근(11월25일) 게재 되었고 표지논문(Cover Page) (vol.50, issue 48) 으로 소개되었다.
<공과대학 제공>
서울대학교 연구처