포스텍(POSTECH) 화학과 박선아·서종철 교수 연구팀이 기존보다 14배 밝은 차세대 발광 나노소재 개발에 성공했다.

이번 연구 결과는 미국화학회가 발간하는 국제학술지 Nano Letters에 최근 게재됐다.

연구팀은 금 나노클러스터를 분해한 뒤 재조립하는 ‘분해-재조립’ 방식을 통해 발광 효율을 획기적으로 높이는 데 성공했다. 나노클러스터는 2nm 이하 크기의 초미세 입자로, 원자 단위에서 구조를 정밀하게 설계할 수 있어 바이오센서, 촉매, 발광소자 등 차세대 소재로 주목받고 있다. 금 나노클러스터는 생체에 무해하고 안정적인 특성을 가져 차세대 발광 소재로 주목받아왔으나, 빛을 내는 효율이 낮아 실용성에 제약이 있었다. 이에 연구팀은 유기화합물 ‘머캅토벤조산’을 이용해 금 나노클러스터를 조각조각 분해한 뒤, 그 사이에 구리를 삽입해 ‘금-구리 합금 나노클러스터’로 재조립했다. 이 과정을 통해 생성된 합금 나노클러스터는 기존 대비 약 14배 밝은 빛을 냈고, 제조 성공률도 90% 이상으로 매우 높았다. 이 같은 원자 단위의 정밀한 재설계 전략은 발광 소재 성능을 극적으로 향상시키는 데 효과적이었다.

연구팀은 전기분무 이온화 질량분석(ESI-MS) 및 광학 분광법을 통해 분해와 재조립 과정 전반을 실시간으로 추적하며, 나노 수준의 반응 메커니즘을 구체적으로 규명했다.

또한 금 나노클러스터 분해 시 사용한 화학물질의 구조에 따라 최종 발광 성능이 달라진다는 사실도 밝혀냈다. 이는 향후 맞춤형 고성능 발광 소재 설계를 가능하게 할 것으로 기대된다.

박선아 교수는 “이번 기술은 고성능 발광 디바이스뿐 아니라 암세포나 병원균을 정밀하게 감지하는 바이오센서, 환경 모니터링용 센서 등 다양한 분야에 응용될 수 있다”며 기대감을 밝혔다.

[발췌: 동아사이언스]