기초연, 새로운 탄소소재 개발…상온-반도체·저온-금속

탄소 슈왈차이트 합성 가능성 확인

풀러렌을 활용한 신물질 합성 설명.(기초연 제공)/뉴스1

(대전ㆍ충남=뉴스1) 허진실 기자 = 기초과학연구원(이하 기초연)은 로드니 루오프 단장 연구팀이 중국 과학기술대와 공동으로 새로운 탄소 소재를 개발했다고 12일 밝혔다.

기초연에 따르면 공동연구팀은 탄소 소재 중 하나인 풀러렌을 이용해 새로운 소재를 합성·개발하고, 탄소원자가 넓은 면적에 걸쳐 규칙적으로 배열된 다공성 소재라는 점에 착안해 이를 ‘LOPC’(Long-range Ordered Porous Carbon)’라고 명명했다.

일반적으로 탄소원자는 주변 4개의 원자와 화학적으로 결합하는 ‘4가 결합’을 한다. 그러나 현재까지 개발되지 않은 오목한 탄소 소재를 구현하기 위해서는 탄소원자가 3개의 다른 원자와 결합하는 ‘3가 결합’ 구조가 필요하다.

루오프 단장은 2010년 3가 결합 탄소를 최초로 합성한 연구를 보고했다. 이를 토대로 이번 연구에서 중국 연구진이 3가 결합을 가진 LOPC 합성에 성공했다.

개발된 LOPC는 상온에서 반도체 소자 수준의 전기전도도를 보이며, 30K(-243.15℃) 미만의 저온에서는 금속 수준의 전기전도도를 보였다.

LOPC의 합성은 탄소 슈왈차이트 합성을 위한 중요한 단서를 제시한 것으로 평가된다. 탄소 슈왈차이트는 다량의 에너지를 저장할 수 있는 커패시터(축전기), 내부 빈 공간을 이용해 약물을 체내로 전달하는 운반체, 넓은 표면적을 갖춘 효율 높은 촉매 등 산업적 응용가치가 클 것으로 전망되는 탄소소재다.

얀우 추 교수는 “많은 과학자들이 오목한 구조를 갖는 탄소 소재인 탄소 슈왈차이트를 합성하기 위해 노력해왔다”며 “루오프 단장 연구팀의 선행연구에서 아이디어를 얻어 탄소 슈왈차이트와 결합이 닮은 새 소재를 합성할 수 있었다”고 소감을 전했다.

루오프 단장은 “이번 연구는 이상적 탄소 소재인 탄소 슈왈차이트 합성 가능성을 확인했다는 점에서 학술적 의미가 크다” “향후 LOPC를 그램 수준에서 킬로그램 수준까지 확장하는 후속 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처’(Nature) 온라인 판에 게재됐다.

zzonehjsil@news1.kr