[금속@실리카 코어-쉘입자 합성법 발견]

일산화탄소를 이산화탄소로 조절하는 촉매나 암과 같은 난치병을 쉽게 치료하는 신약까지, 금속과 다른 나노입자를 합성해 만드는 ‘하이브리드 나노입자’는 새로운 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 그 중에서도 다양한 구성을 갖는 금속@실리카 코어-쉘 나노입자는 그 활용 가능성에도 불구하고, 아직까지 안정적이고 성질을 조절할 수 있는 합성법이 나오지 않았던 미개척 분야다.

화학과 이인수 교수팀은 실리가 기반의 이상성(二相性) 인터페이스를 활용, 나노 입자 크기를 변화시키지 않고도 열적으로 안정하고 코어 위치를 조절할 수 있는 편심 금속@실리카 코어-쉘 나노입자 합성법을 개발, 나노과학 분야 국제학술지인 나노레터스(Nano Letters)를 통해 발표했다.

하이브리드 나노입자를 실제 응용하기 위해 설계한 대로 코어-쉘 구조를 합성하는 것은 입자의 광학, 자기, 흡착, 촉매 등 다양한 성질에 관련되어 있다. 그러나 금속@실리카 코어-쉘 나노입자의 경우, 아직까지 열적으로 안정하면서 이 코어 위치를 조절할 수 있는 합성법은 알려진 바가 없었다.

이인수 교수팀은 이상성 실리카 기반의 고체-고체 인터페이스에 칼슘이온을 포함시켜줌으로써 산화와 환원이 반복되면서 코어(핵)의 위치를 상 분리를 통해 고도로 제어하는 기술을 개발했다. 이 때 칼슘이온의 양을 조절하면 코어 위치를 자동으로 조절해 다양한 구조를 형성할 수 있게 된다.

특히 이 기술은 나노 입자의 크기를 변화시키지 않고 코어 중심에서 위치를 조절하도록 했으며, 금속 코어의 열-유도 이동현상을 제어하는데도 성공했다는 점에서 눈길을 끈다.

연구를 주도한 이인수 교수는 “이번 성과는 고체와 고체가 결합된 이상성 매질 속에서 나노 크기의 이동현상에 대한 심층적인 이해를 도울 수 있다”며 “이는 독특하고 조정 가능한 나노 구조 합성으로도 이어저 촉매, 생물 의약 분야, 분자 감지 등 다양한 분야에 대한 이해에도 활용될 것으로 기대된다”고 설명했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 리더연구자 지원사업의 지원을 받아 수행되었다.