▲ 친환경 고분자 물질 합성기술을 개발한 (左부터) 이심성 교수, 자가데스 J. 비탈 교수 및 박사과정 박인혁 씨가 기념촬영에 응하고 있다..

용매 없이 빛을 이용해 고체를 고분자로 합성하는 친환경 공정기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 향후 고기능성 고분자 박막 합성이나 수소(H₂), 이산화탄소(CO₂) 등 기체 저장을 위한 나노 융합소재 개발 등 분야의 연구에 실마리가 될 것으로 기대를 모으고 있다.

미래창조과학부는 기초연구실(BRL)지원사업을 통해 경상대학교 화학과 이심성 교수, 자가데스 J. 비탈 석좌교수(원소속 싱가포르대학교), 박인혁 연구원 등이 금속이온과 유기분자와의 반응을 통해 규칙적인 착화물 구조체인 금속초분자를 중간체로 제조해 수많은 유기분자를 배열하는 데 성공했다고 13일 밝혔다.

일찍이 1970년대에 고체 상태에서 자외선을 쬐는 방식으로 두 개의 계피산 분자를 연결하여 이합체(dimer)를 합성하는 방법이 소개된 이래, 용매제 없이 빛을 사용하는 친환경적인 고분자 물질 합성법에 대한 연구가 활발히 진행돼 왔다. 그러나 합성의 전처리 과정으로 수만개의 원료 분자들을 일정한 간격으로 배열시켜야 하기 때문에 빛을 쬐여 고체반응을 유도하는 방식의 고분자 합성 사례가 없었다.

연구팀은 금속이온과 유기분자와의 반응을 통해 규칙적 패턴을 가지는 구조체인 금속초분자를 중간체로 제조함으로써, 다량의 유기분자들을 배열시키는 전처리 과정의 한계를 극복했다.

올레핀을 헤링본 패턴처럼 배열시킨 금속초분자를 제조하고, 여기에 자외선을 쬐여 올레핀 분자들 간의 연속적인 결합을 유도해 100% 수율로 고분자를 합성한 것이다.

이를 통해 수소 및 이산화탄소를 비롯한 기체 저장기술 등 에너지 분야와 나노융합 소재 개발에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다. 연구진은 약 5년 정도의 추가 연구 후, 원천기술 확보가 가능할 것으로 예상하고 있다.

또한, 연구팀은 이렇게 만들어진 고분자 물질이 250°C에서 3시간 가열하면 분자간 결합이 붕괴되면서 원래의 금속초분자로 돌아가는 가역성을 나타내는 것을 밝혀냈다. 이는 빛과 열에 의한 제조 및 분해 조절 가능성을 보여주는 것으로 나노-스위치 디바이스 등으로의 응용 가능성이 크다.

이심성 교수는 “고분자 합성의 새로운 방법론을 제시한 것으로 다양한 나노융합 소재 개발에 기여할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다.

한편 이번 연구성과는 국제학술지 안게반테 케미(Angewandte Chemie)지 온라인판에 게재됐다.