IBS 연구진, 쉽고 저렴한 3차원 그래핀 합성방법 개발

유룡 IBS 나노물질 및 화학반응 연구단장이 이끄는 연구진이 합성한 3차원 그래핀 구조물 모형도. 하얀색으로 표시된 것이 3차원 그래핀 구조물이고, 다양한 색으로 표시된 것이 3차원 그래핀 형성에 사용되는 제올라이트 주형이다.

[머니투데이방송 테크M = 도강호 기자] 미래창조과학부 산하 기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단이 저렴하면서도 쉽게 3차원 그래핀을 합성할 수 있는 방법을 개발했다. 해당연구는 과학저널 네이처 온라인판에 6월 30일자로 게재됐다.

유룡 IBS 나노물질 및 화학반응 연구단장(한국과학기술원 화학과 교수)이 이끄는 연구진은 제올라이트 주형과 란타늄 촉매를 활용해 다공성 3차원 그래핀을 만드는 방법을 개발했다.

그래핀은 탄소들이 벌집 모양으로 연결된 평면 구조물이다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 강철보다 200배 이상 강한 특성 등으로 꿈의 물질로 불리기도 한다. 하지만 평면 상태로는 이용이 어렵기 때문에 3차원 구조물로 만드는 것이 그래핀 활용을 위한 과제의 하나였다.

연구진은 제올라이트를 이용해 3차원 그래핀 구조물을 만들어냈다. 제올라이트는 실리콘, 알루미늄 등을 주요 구성물로 하는 광물이다. 연구진은 제올라이트의 미세기공을 그래핀으로 체우고 제올라이트를 제거하는 방법을 사용했다. 제올라이트를 주물틀로 활용해 3차원 그래핀 구조물을 주조한 것이다.

유 단장은 "그동안 제올라이트를 이용한 연구는 많았지만 작은 성과를 내는 연구들이었다"며 "이번 연구를 통해 란타늄을 촉매로 이용해 대량의 3차원 그래핀을 성공적으로 합성해냈다"고 연구의의를 설명했다. 특히 "란타늄은 희토류지만 저렴한 물질인 칼슘을 이용해도 돼 값싸게 3차원 그래핀을 만들 수 있다"고 산업적 응용 가능성을 설명했다.

연구진이 합성한 3차원 그래핀은 안정성과 우수한 물성을 갖추고 있어 화학공업용 고효율 촉매 패키징, 고성능 배터리 음극제, 고효율 여과막(멤브레인) 등 다용도로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 논문에서도 새로 합성된 물질을 리튬이온배터리 음극제로 사용하면 기존 음극제보다 더 좋은 성능을 낸다는 내용이 포함되어 있다.

유 단장은 이번 연구와 관련해 "제올라이트를 사용하는 방법을 17년째 연구해왔다"며 "이번 논문도 연구를 시작하고 5대째 박사 졸업생이 연구단에 들어와 이뤄낸 성과"라고 설명했다. 논문의 제1저자로 이름을 올린 김경우 IBS 나노물질 및 화학반응연구단 연구위원은 유 단장의 제자다.

유 단장은 "앞으로 열 안정성, 화학적 안정성 등 새로 합성한 물질의 성질에 대한 특성을 탐구하는 후속 연구가 진행돼야 한다"며 "활용법보다 기초과학 연구에 매진할 계획"이라고 말했다.

[머니투데이방송 테크M = 도강호 기자(gangdogi@mtn.co.kr)]