연구성과

화학 이인수 교수팀, 수질오염 해결할 ‘두 얼굴의’ 나노큐브, “더 쉽게” 만든다

2018-12-04 177

[‘야누스’ 구조 가진 나노큐브 간단 합성법 개발]

연구성과_상세_이인수교수

태안 기름 유출 사고를 비롯해 호수와 하천, 바다의 수질오염은 아직도 빈번하게 일어나는 사고 중 하나다. 수질오염은 생활에서 직접적으로 영향을 미칠 수 있어 빠른 방제책이 필요하다. 이 때 활용되는 방법 중 하나가 나노물질을 이용한 오염물질의 흡착이나 분해다. 오염물질을 물질에 붙도록 해 제거하거나, 물질을 아주 작게 분해해 위험성을 낮추는 것이다. 여기에 활용되는 것이 다양한 나노물질로, 최대한 환경에 부담이 가지 않도록 분해효율을 높일 수 있는 물질 개발에 많은 초점이 맞춰져 있다.

화학과 이인수 교수팀은 아주 간단한 열처리 방법만으로 한 면에만 구멍이 생기도록 한 ‘야누스’형 산화철(Fe3O4) 나노큐브를 만들어, 이 입자를 물 속에서 염료를 효율적으로 분해할 수 있는 스위머(swimmer)로 개발하는데 성공했다. 미국화학회지(JACS)를 통해 발표된 이 성과는 부분적으로 깎거나(에칭), 성장 방식을 통해 만들고자 했던 기존의 합성법과 다른 단순한 합성법으로 화제를 모았다.

오목한 나노입자를 만들기 위해서는 먼저 나노 결정을 합성한 뒤, 한 면만 깎아내기 위해 또 다른 물질을 부착하거나, 특정부분만 더 원자가 성장할 수 있도록 하는 복잡한 방법을 거쳐야 했다.

연구팀은 철(Fe2+) 이온이 고온에 반응해 이동하는 점에 착안해, 나노큐브를 일단 실리카로 둘러싸고, 이를 열처리해 철이온이 주변의 실리카 껍질로 이동하며 구멍이 생기도록 했다. 지금까지 합성이나 조립을 통해 오목한 입자를 만든 사례는 있지만, 구멍이 생기도록 하는 연구는 보고된 적이 없다.

특히 이 나노큐브의 구멍은 독특한 성질을 가지고 있어 촉매 백금 결정이 생겨나 서로 다른 모양을 한 ‘야누스’형 입자로 합성할 수 있다. 이 입자는 물 속에서 O2 기포를 발생시키는데, 비대칭적인 구조 때문에 기포에 힘입어 한 방향으로 나아갈 수 있는 성질을 가지고 있다. 이 때문에 야누스 나노입자가 오염물질을 분해하는 데 효율적인 촉매로 사용될 수 있을 것으로 기대를 모은다.

한편, 이 연구는 한국연구재단의 리더연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.