친환경 금속 나노입자-고분자 \'나노캡슐\' 개발됐다

환경,안전,경제적 문제 한꺼번에 해결

▲균일한 크기의 금속 나노입자가 표면에 균질하게 도입된 고분자 나노캡슐.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자]유독성 용매가 아닌 물과 같은 환경 친화적 용매에서 촉매활성을 가지면서 안정된 성질을 지니는 금속 나노입자-고분자 나노캡슐이 개발됐다. 환경·안전·경제적 문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 가능성을 제시했다.

국내 연구팀은 쿠커비투[6]릴(\'글리코루릴\'이라 부르는 분자 6개가 모여 만들어진 분자. 호박 모양의 거대 고리 분자인데 호박의 학명 \'쿠커비타세\'를 따서 이름붙여졌다)로 이뤄진 고분자(분자량이 큰 화합물. 일반적으로 분자량이 1만 이상인 것을 고분자 화합물 또는 고분자라 하여 저분자화합물과 구별) 나노캡슐 표면에 금속 나노입자를 균일하게 도입하는 기술 개발에 성공했다.

지금까지 금속 나노입자는 고유의 우수성(부피 대비 넓은 표면적)으로 공업, 약학, 농업(비료) 분야에서 다양하게 활용돼 왔는데 톨루엔(toluene), 헥산(hexane)과 같은 유독성 액체를 용매로 사용하기 때문에 환경오염, 고비용, 중독 등을 유발하는 문제점을 안고 있었다. 

연구팀은 지지체 역할을 하는 쿠커비투[6]릴로 이뤄진 고분자 나노캡슐과 금속염을 이용해 고분자 나노캡슐의 표면에 균일한 크기의 금속 나노입자를 균등하게 도입했다. 

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

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 밝혀졌다.

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

이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(IBS, 원장 직무대행 신희섭)은 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기문, POSTECH 교수) 연구팀이 맡았다. 연구 성과는 화학분야 권위 학술지인 안게반테 케미(Angewandte chemie, IF 13.734) 온라인에 5월 19일자(논문명:우수한 안정성과 물 분산성을 지닌 금속 나노입자가 표면에 도입된 고분자 나노캡슐의 합성과 촉매 응용)에 실렸다. 

김기문 IBS 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.