Nature Communications에 게재된 연구 성과 요약 그림. 연구진이 새롭게 규명한 금속 나노클러스터의 합성 메커니즘

서울대학교 공과대학(학장 홍유석)은 화학생물공학부 박정원 교수-현택환 석좌교수 공동 연구팀이 금속 나노클러스터의 합성 메커니즘을 새롭게 규명해 다양한 금속 나노클러스터의 균일한 합성 적용에 성공했다고 밝혔다.

금속 나노클러스터는 지름 2nm 이하의 극소형 나노입자를 지칭하는 용어로, 정확한 개수의 금속 원자와 리간드로 구성된다는 특징이 있다. 또한 매우 작은 크기로 인해 기존의 나노입자가 갖는 금속 성질이 아닌 분자와 같은 독특한 물성을 갖는다는 것이 특징이다.

이러한 특징들로 인해 나노클러스터를 차세대 양자점 디스플레이, 약물 전달 물질, 이산화탄소 절감 촉매 등 다양한 분야에 활용하는 연구가 활발히 진행돼 왔으나 원하는 크기 및 물성을 갖는 나노클러스터를 균일하게 합성할 수 있는 근본적인 원리에 대한 이해는 다소 부족한 실정이었다.

이에 공동 연구팀은 금속 나노클러스터의 전구체 역할을 하는 금속-리간드 복합체에 주목해 해당 복합체를 성공적으로 조절하는 것이 균일한 나노클러스터 합성의 열쇠가 된다는 점을 실험적으로 규명하는데 성공했다.

연구팀은 실험 조건의 섬세한 과정을 반복해 복합체의 양이 많아질수록, 복합체 내에서 금속 원자와 리간드의 결합이 많이 존재할수록 해당 복합체의 환원 속도가 조절돼 균일한 나노클러스터의 합성이 가능하다는 점을 증명했다.

또한 기존에 잘 알려진 금, 은과 같은 주화 금속으로 이뤄진 나노클러스터 뿐만 아니라 백금, 팔라듐, 로듐과 같이 기존에 밝혀지지 않았던 금속들의 나노클러스터의 합성에도 해당 원리가 적용될 수 있음을 밝혔다.

연구팀은 이번 연구를 통해 기존의 연구들이 간과했던 금속 나노클러스터의 균일 합성에 대한 일반적인 원리를 제시할 수 있었다면서 특히 백금, 팔라듐, 로듐 등의 나노클러스터의 성공적인 합성은 이산화탄소 환원 반응과 같은 친환경 반응에서의 촉매로 활용될 것이 기대되며, 차세대 양자점으로 활용될 수 있는 새로운 종류의 금, 은 나노클러스터의 개발에도 기여할 것이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 기초과학연구원 및 삼성미래기술육성재단 사업의 지원으로 수행됐으며, 재료·화학 분야의 세계적인 학술지 ‘네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 6월 2일자로 온라인 게재됐고 6월 14일자로 Editor’s highlight에 선정됐다.

언론연락처: 서울대학교 공과대학 화학생물공학부 김지수

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