아주대 공동 연구팀, 나노기공 크기 독립제어 원천기술 개발

왼쪽부터 황종국·이진우·진형민 교수, 박종윤 아주대 석박사 통합과정생 <아주대학교 제공>

아주대학교 공동 연구팀이 배터리, 필터 등 에너지·환경 분야에서 적용 가능한 나노 다공성 소재의 기공 크기를 독립적으로 제어할 수 있는 원천기술을 개발했다. 

아주대는 13일 황종국 아주대 화학공학과 교수, 이진우 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수, 진형민 충남대 유기재료공학과 교수 공동 연구팀이 나노 다공성 소재의 기공을 각각 제어할 수 있는 합성 전략을 개발했다고 밝혔다.

다공성 소재는 스펀치 같은 구조로 물질을 저장하거나 이동시키는 데 유리한 특성을 갖고 있어 흡착·분리, 촉매, 에너지 저장 등에 활용된다.

다공성 소재는 기공 크기에 따라 물질 이동과 반응 특성이 크게 달라진다. 거대기공은 기공 크기가 50㎚ 이상으로 물질이 빠르게 이동하는 통로 역할을 한다. 기공 크기가 2~50㎚ 범위인 메조기공은 반응이 일어나는 활성 표면을 제공한다. 

그러나 기존에는 기공 크기 설계에 복잡한 공정이 필요하거나 크기를 개별적으로 조절하기 어려웠다. 이에 연구팀은 다른 두 종류의 고분자를 혼합한 이성분계 고분자 블렌드가 특정 조건에서 스스로 정교한 나노 구조를 형성하는 자기조립 현상을 활용했다. 이를 통해 기공 크기와 화학 조성을 간단하게 제어 가능한 새로운 합성 기술을 개발했다.

또한 연구팀은 해당 기술로 제조한 탄소 소재를 차세대 2차 전지인 포타슘이온전지 음극에 적용한 결과 높은 에너지 저장 용량과 우수한 안정성을 확보할 수 있음을 확인했다.

황종국 아주대 교수는 "이번 연구는 다공성 소재에서 서로 다른 크기의 기공을 독립적으로 설계할 수 있는 새로운 합성 원리를 제시했다는 점에서 의미가 있다"며 "이러한 구조 제어 기술은 차세대 나트륨 이온 배터리를 비롯해 전기화학 촉매 및 정수·수처리 필터 소재 등 다양한 에너지·환경 분야에 적용될 수 있다"고 설명했다.

연구 결과는 화학공학 분야 국제 학술지 「케미칼 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)」 4월에 게재됐다.

이시모 기자 simo@kihoilbo.co.kr