주요 연구성과
NEW 황종국 교수팀, 나노 다공성 소재 형상제어 원천기술 개발
- 2020-09-14
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우리 학교 황종국 교수가 참여한 공동 연구팀이 나노 다공성 소재의 형상제어 원천기술을 개발했다. 이에 차세대 이차전지를 비롯한 에너지 저장장치 뿐 아니라 앞으로 에너지, 촉매, 환경, 의학 분야에 활용이 가능할 것으로 기대된다.
황종국 교수(화학공학과)가 제1저자로 참여한 공동 연구팀은 관련 성과를 <사이언스> 자매지인 <사이언스 어드밴시스(Science Advances), impact factor 13.116, JCR 4.93%> 8월12일자 온라인판에 발표했다. 한국과학기술원(KAIST)의 김성섭 박사와 이진우 교수가 함께 참여했다.
논문 제목은 "Polymer blend directed anisotropic self-assembly toward mesoporous inorganic bowls and nanosheets"다.
연구팀은 유기물인 고분자 블렌드와 무기물 금속 산화물 전구체를 단순히 혼합하고 열처리하는 것만으로 입자의 형상과 나노구조를 쉽게 제어할 수 있는 합성법을 개발했다. 또 합성한 접시모양의 니오븀 산화물을 차세대 이차전지로 주목받고 있는 포타슘이온전지의 음극재로 사용했을때 최고 수준의 용량과 안전성을 나타냄을 확인했다.
기존의 다공성 소재 형상제어는 복잡한 과정이 동반되거나, 고가의 장비를 사용하는 방법에 의존해왔다. 하지만 이는 기공의 나노구조와 입자의 형상을 정밀하고 효율적으로 제어할 수 없으며, 경제성 역시 떨어진다는 단점이 있다. 때문에 기공의 크기, 구조, 입자의 형상 모두를 제어할 수 있으면서도 손쉬운 합성이 가능한 새로운 합성기술 개발이 요구되어 왔다.
연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 다성분계 고분자 블렌드의 자기조립 현상에 주목했다. 다성분계 고분자 블렌드는 특정 조건을 만족하면 복잡하고도 정교한 나노구조로 자발적으로 조립된다. 이러한 현상은 고분자 물리학 분야에서는 널리 알려 졌으나, 다른 분야에서의 활용은 미미했다.
황 교수팀은 다성분계 고분자 블렌드의 자기조립 현상과 무지재료화학을 융합할 수 있는 설계 가이드라인을 확립, 이를 이용해 다공소재의 나노구조, 화학조성, 형상을 쉽고 간단히 제어할 수 있는 합성기술을 개발해 냈다. 이 합성법은 ASAP(anisotropically self-assembled particle)로 명명했다.
황종국 교수는 “기존 다공성 무기질 소재 합성기술의 문제점을 고분자 블렌드의 자기조립성질을 이용하여 해결할 수 있음을 처음으로 보여줬다는데 이번 연구의 의의가 있다”며 “이는 고분자 물리학과 무기재료화학을 연결하여 새로운 융합연구분야를 창출할 수 있음을 의미한다”고 말했다.
황종국 교수는 나노에너지 소재 전문가로 나노 다공성 소재의 구조와 형상을 제어하는 연구를 수행해왔다. 황 교수는 앞으로 ▲무기질 다공소재의 간단합성공정 개발 연구 ▲차세대 이차전지 전극재의 맞춤형 설계 연구를 집중 수행할 계획이다.
* 사진 설명 - ASAP: 다성분계 고분자 블렌드의 자기조립을 이용한 무기질 다공 소재의 합성모식도