KRICT 한국화학연구원

나노세공체의 나노입자 제조 및 신속합성 기술 개발

정성화/장종산 박사팀, "Chemistry-A European Journal지" 표지 논문으로 선정



산업자원부 차세대 신기술 개발사업중 나노촉매 사업단(사업단장 장종산)을 운영중인 한국화학연구원 정성화/장종산 박사팀이 연구개발한 “나노세공체 제조에서의 마이크로파 효과”에 대한 연구논문이 독일에서 발행되는 세계적인 화학잡지 「Chemistry - A European Journal (이하 Chem. Eur. J.로 약함) 誌」의 2007년 13권 16호 표지 논문으로 선정되었다.(2007년 5월 25일자 발행)



정성화/장종산 박사팀은 이 연구에서 석유화학 산업의 촉매 및 흡착제로 가장 광범위하게 사용되는 "ZSM-5"와 "니켈포스페이트"라 불리는 나노세공체의 합성시 핵형성 단계와 결정화 단계를 정량적으로 관찰하였으며 전자레인지에 흔히 사용되는 마이크로파를 이용하여 수십 나노미터 크기의 작은 결정형성 과정과 신속 합성 과정이 어떻게 이루어지는지를 검증하였다.



마이크로파 이용시 핵형성은 최소 10배, 결정성장은 대략 2배의 속도 증진 효과가 관측되었고 두 단계의 상승 작용으로 수백 배 이상의 반응 시간 단축이 가능하다는 것을 확인함으로써 수십 나노미터 크기의 나노세공체 나노입자를 용이하게 합성할 수 있는 방법을 확보하였다.



정성화/장종산 박사팀은 현재 나노촉매 사업단 사업으로 나노세공체 촉매소재의 마이크로파 적용에 의한 나노입자화 및 신속합성 기술을 연구중에 있으며, 이번에 개발한 기술은 나노세공체 등의 산업적 응용성이 높은 나노소재 합성방법에 적용하여 기존에 수일 이상 소요되던 상업적인 제조공정을 수분 이내로 수백 배 이상 단축시킬 수 있으므로 석유화학 및 정밀화학용 촉매 및 흡착제, 광촉매, 자동차 배기가스 정화용 흡착제 등의 신속한 제조에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.



또한 본 기술을 이용하여 100 nm 이하의 아주 미세한 나노소재의 입자를 제조할 경우 나노 소재의 경박단소화(輕薄短小化)를 이룰 수 있고 경제적인 방법으로 분리막, 박막 및 센서 등을 제조할 수 있게 된다.



정성화/장종산 박사팀은 나노세공체의 나노입자화 및 신속합성에 대한 연구 결과를 금년초에 재료분야 최고 저널 중의 하나인 Advanced Materials 誌에 속보로 발표한 바 있으며, 2005년 1월에는 자기조립된 나노세공체 제조에 관한 기술을 Angew. Chem.에 VIP 논문으로 게재한 바 있다. 최근 5년간 관련 분야의 연구로 SCI 논문 27건, 특허 등록 10건 및 특허 출원 5건의 실적을 확보하였다. 또한 관련 연구 결과를 2001년과 2002년에 미국화학회 나노촉매 심포지엄에서 발표하여 최우수 논문상을 수상하는 등 나노세공체의 마이크로파 합성 및 응용 분야에서 세계 최고 수준의 기술을 보유하고 있다.



< 용어설명 >

▶ 나노세공체

세공체는 미세한 세공을 갖는 물질을 지칭하며 특히 그 세공 크기가 0.5-50 nm (nm: 나노미터, 1nm는 10-9m임)인 물질을 나노세공체라고 한다. 이들은 1g으로도 축구장을 덮을 정도의 넓은 표면적을 가질 뿐만 아니라 세공의 크기가 일정하므로 촉매, 흡착제, 촉매 담체 등으로 사용됨은 물론이고 최근에는 나노미터 수준의 세공을 활용하여 약물전달물질 및 다양한 전기전자재료로 활용하고자하는 연구가 추진 중이다. 나노세공체는 보통 고온/고압에서 몇 일간 반응하여 제조하고 있는데 생산 원가의 절감 및 친환경적인 제조를 위해서 짧은 시간에 합성할 수 있는 기술을 개발하고 있으며 마이크로파를 사용하여 합성 시간을 줄이고자 노력을 경주하고 있다. 또한, 나노세공체의 입자 크기와 모양은 물질의 특성 연구와 상업적 적용을 위해서 매우 중요한 인자이므로 재현성있는 형상 조절 기술의 개발도 매우 중요하다.



▶ 마이크로파

마이크로파는 전기장과 자기장으로 구성된 전자기파의 일종으로 0.3-300 GHz의 주파수와 1mm - 1m의 파장을 가지며 이는 라디오파와 적외선 사이의 파장에 해당한다. 마이크로파는 분자들의 운동에너지와 유사한 에너지를 가지므로 분자들의 신속한 가열에 특히 유용하며 가정에서 음식을 가열하는데 쓰이는 전자레인지도 마이크로파를 이용한 것이다.