유룡 KAIST교수, 네이처 게재2007년 국가과학자로 선정된 유룡 한국과학기술원(KAIST) 화학과 교수(사진)가 세계 최초로 2㎚(나노미터) 두께의 극미세 나노판상형 제올라이트 촉매를 합성하는 데 성공했다. 이 같은 연구 결과는 과학저널 네이처(Nature) 10일자에 실렸다.
제올라이트는 모래의 주성분인 실리카와 알루미늄으로 이뤄진 결정성 광물로 내부에 작은 분자들이 드나들 수 있는 수많은 나노 세공이 규칙적으로 뚫려 있다. 이 나노 세공들은 반응 대상 분자가 드나들 때 촉매 작용을 일으키는 특성이 있어 제올라이트는 가솔린 생산과 각종 석유화학산업 전반에 걸쳐 전 세계에서 가장 널리 이용되는 촉매 물질이다. 따라서 그 기능을 향상시키면 경제적 부가가치가 비약적으로 커질 수 있다.
유 교수 연구팀은 자체 개발한 계면활성제 분자와 실리카를 조립하는 새로운 방법으로 나노판상형 제올라이트 물질을 합성했다. 유 교수팀이 독창적으로 설계한 계면활성제 분자는 제올라이트 골격의 형성을 유도하고 제올라이트에 뚫려 있는 기공을 더 크고 규칙적으로 배열될 수 있게 하는 특성이 있다. 이번에 합성된 제올라이트는 2㎚ 두께의 판상형으로 이론적으로 가능한 최소 두께를 구현했다. 또 얇은 두께임에도 불구,섭씨 700도의 고온에서도 변성이 거의 없는 등 높은 안정성을 지닌 것으로 알려졌다.
이번 연구 결과는 앞으로 대체에너지 자원 개발과 녹색성장에 적합한 친환경 고성능 촉매 개발 연구에 직접적으로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 유 교수는 "극미세 두께의 제올라이트 물질은 분자가 얇은 층을 뚫고 쉽게 확산할 수 있어 석유화학 공정에서 중질유 성분처럼 부피가 큰 분자를 반응시키는 촉매로 사용될 수 있다"고 말했다. 그는 "이 제올라이트 촉매는 기존의 제올라이트 촉매보다 수명이 다섯 배 이상 길다"며 "메탄올을 가솔린으로 전환시키는 화학 공정에서 촉매 교체 주기를 연장시킬 수 있기 때문에 촉매 교체비용 절감 등 경제적 효과가 매우 클 것으로 보인다"고 밝혔다.
한편 유 교수는 2000년， 2001년 국내 최초로 2년 연속 네이처에 메조다공성 실리카와 메조다공성 탄소에 대한 논문을 게재했다. 이어 2003년과 2006년 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)'에 고분자－탄소 복합물질과 메조다공성 제올라이트에 관한 논문을 게재한 후 이번에 세 번째로 네이처에 책임저자로 논문을 게재하는 쾌거를 달성했다.
임기훈 기자 shagger@hankyung.com