한국과학기술원(KAIST) 화학과 유룡 교수와 최민기 씨(박사1년차)는 최근 플라스틱 막을 코팅한 다공성 실리카 나노튜브를 합성했다고 30일 밝혔다.



유룡 교수는 “화학분야 국제학술지인 ‘미국화학회지’(JACSJournal of American Chemical Society)에서 최근 논문 게재가 확정됐다고 알려왔다”며 “게재 날짜는 아직 정해지지 않았지만 곧 소개될 예정”이라고 말했다. 미국화학회지는 화학 분야에서 가장 권위를 가진 국제학술지다. 유룡 교수는 2001년부터 기능성나노물질연구단이라는 창의연구단 책임자로 선정됐으며 2000년과 2001년 세계적인 과학학술지 ‘네이처’에 논문을 발표한 바 있다.



유 교수팀이 만든 이 물질은 일반적인 흙이나 돌에 많이 들어 있는 실리카(이산화규소,SiO2)로 만든 것으로 빨대처럼 속이 비어 있는 나노튜브다. 머리카락 굵기의 수만분의 1인 지름 6나노미터(nm=10억분의 1m) 크기의 구멍이 벌집처럼 가득 나 있으며 전체 크기는 1mm보다 약간 작다. 실리카는 천연으로 존재하는 각종 규산염 속의 성분으로 석영, 수정, 옥수, 마노, 부싯돌, 규사, 인규석, 홍연석 등에 결정 또는 비결정으로 들어 있다.



유 교수는 “실리카 나노튜브 자체는 특별한 기능이 없지만 나노튜브 벽을 여러 가지 종류의 플라스틱 막으로 코팅해 기능성을 향상시키는데 성공했다”고 밝혔다. 예를 들어 여러 가지 단백질 혼합물 안에 실리카 나노튜브를 넣으면 구멍 크기와 플라스틱 막의 성질에 맞는 단백질만 나노튜브의 구멍 속으로 들어가기 때문에 원하는 단백질만 분리할 수 있게 된다는 것이다. 연구팀은 플라스틱의 종류에 따라서 헤모글로빈 단백질을 분리하는 특성이 달라진다는 것을 입증했다.




또 연구팀은 이 나노튜브의 플라스틱에 강산 분자를 달아 특정 화학반응을 일으키는 ‘산 촉매’를 쉽게 만드는데 성공했다. 이런 고체 나노촉매는 황산과 같은 액체 산 촉매에 비하여 화학반응이 일어난 뒤 반응 용액으로부터 쉽게 회수해 재사용할 수 있다. 작은 나노튜브의 안쪽 벽에 플라스틱과 같은 물질을 얇게 코팅하는 것은 매우 어려운 일이다.



유 교수는 “구멍이 많은 나노튜브 촉매는 반응을 일으키는 공간을 크게 넓힐 수 있어 매우 효율적”이라며 “최근 관심을 끌고 있는 나노촉매는 환경오염물질을 적게 배출하는 장점도 갖고 있다” 고 설명했다. 또 산 촉매 대신 다른 화학반응을 일으키는 촉매를 구멍 안에 달아놓으면 다른 촉매로 바꿀 수 있다.



유룡 교수와 최민기 씨는 지난해 비슷하게 생긴 ‘다공성 탄소 나노튜브’를 만들어 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스’에 발표한 바 있다.



연구팀은 비누 같은 계면활성제가 물 속에서 나노크기의 방울로 만들어지는 성질을 이용해 실리카 나노튜브를 만들었다. 나노 크기의 계면활성제 방울에 실리카 입자를 붙여 다공성 실리카 나노튜브를 만든 뒤 가볍게 불에 태워 계면활성제 방울을 없애면 벌집 모양의 나노튜브가 완성된다. 이 나노튜브에 고분자 막을 코팅해 촉매 또는 단백질 분리 기능을 갖춘 기능성 나노물질을 만든 것이다.



연구팀이 이전에 만든 다공성 탄소 나노튜브는 실리카 나노튜브를 거푸집으로 활용해 만들기 때문에 과정이 더욱 복잡해진다. 최민기 씨는 “실리카 나노튜브는 탄소 튜브보다 훨씬 싸게 만들 수 있어 훨씬 경제적”이라고 밝혔다. 또 “실리카 튜브에 파여 있는 구멍의 크기와 모양을 탄소튜브보다 더 다양하게 만들 수 있어새로운 기능을 개발할 수 있는 것도 장점”이라고 설명했다.



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