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국내 연구진이 세계 최초로 2나노미터(㎚ㆍ10억분의1ｍ) 극미세 두께의 나노판상형 제올라이트(zeolite) 촉매 물질을 합성하는 데 성공했다. 이 제올라이트 촉매는 메탄올을 가솔린으로 전환시키는 화학공정에서 기존 제올라이트 촉매에 비해 수명이 5배 이상 길다. 이에 따라 이번 극미세 나노 제올라이트 촉매 개발은 향후 대체에너지 자원 개발과 친환경 고성능 촉매 개발 연구에 크게 기여할 것으로 기대된다. 유룡(53ㆍ사진) KAIST 화학과 교수는 비누나 세제 속에 다량 포함된 계면활성제(surfactant) 유기분자와 모래의 주성분인 실리카를 조립하는 방법으로 나노판상형 제올라이트 물질을 합성하는 데 성공했다고 9일 밝혔다. 이 연구결과는 세계 최고권위 과학잡지인 '네이처(Nature)'지 10일자에 게재된다. 이번에 합성에 성공한 제올라이트는 2㎚ 두께의 판상으로 제올라이트 물질에 대해 이론적으로 예상할 수 있는 최소 두께다. 이렇게 얇은 두께임에도 불구하고 이 물질은 섭씨 700도의 고온에서 높은 안정성을 나타냈다고 연구진은 설명했다. 제올라이트는 실리카와 알루미늄으로 이뤄진 결정성 광물로 결정 내부에 작은 분자들이 드나들 수 있는 나노 세공들이 무수히 규칙적으로 뚫려 있는 물질이다. 나노 세공들은 반응 대상 분자가 드나들 때 촉매작용을 일으키는데 이런 성질 때문에 제올라이트는 세계적으로 가솔린 생산과 각종 석유화학산업 전반에 걸쳐 가장 널리 이용되고 있는 촉매 물질이다. 유 교수팀이 독창적으로 설계한 계면활성제 분자는 머리 부분에 제올라이트 미세공 유도체를 포함해 제올라이트 골격의 형성을 유도하고 꼬리 부분에 긴 알킬(alkyl) 그룹이 연결돼 제올라이트의 미세공보다 더 큰 기공을 규칙적으로 배열할 수 있도록 했다. 이러한 독창적인 물질 설계는 제올라이트 합성 메커니즘에 대한 과학적 지식을 넓히는 획기적인 연구 결과로서 향후 다양한 구조의 다른 물질을 합성하는 새 분야를 개척한 것으로 분석된다. 유 교수는 "극미세 두께의 제올라이트 물질은 분자가 얇은 층을 뚫고 쉽게 확산할 수 있기 때문에 석유화학 공정에서 중질유 성분처럼 부피가 큰 분자를 반응시키는 촉매로 사용될 수 있다"며 "이 제올라이트 촉매는 메탄올을 가솔린으로 전환시키는 화학공정에서 기존의 제올라이트 촉매에 비해 수명이 5배 이상 길어 촉매 교체 주기를 연장시킬 수 있기 때문에 경제효과가 매우 높다"고 설명했다. 이에 따라 이번 연구결과는 앞으로 대체에너지 자원 개발과 녹색성장에 적합한 친환경 고성능 촉매 개발 연구에 직접적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 지난 2007년 국가과학자로 선정된 유 교수는 2000년과 2001년에 국내 최초로 2년 연속 네이처지에 메조다공성 실리카와 메조다공성 탄소에 대한 논문을 게재한 데 이어 2003년과 2006년에 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)'지에 고분자-탄소 복합물질과 메조다공성 제올라이트에 관한 논문을 게재한 후 이번에 세번째로 네이처지에 책임저자로 논문을 게재하는 성과를 거뒀다. 특히 유 교수는 이번 호에 게재되는 논문 중에서 저자의 위상을 인정 받아 특별히 네이처 기자와의 인터뷰 기사로 소개되는 영예를 얻었다.
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