고성능 친환경 에너지원 개발법 연구 성공

울산대학교 화학과 하지원 교수 연구팀이 속이 빈 호박 모양의 화합물인 쿠커비투릴(Cucurbituril)에 기반한 주인-손님 초분자 상호작용을 이용해 금나노 입자에서 발생하는 ‘핫전자(Hot electron)’의 계면 전달을 가역적으로 조절하는 방법을 개발했다.

  쿠커비투릴은 DNA가 모여 단백질을, 단백질이 모여 세포를, 세포가 모여 조직을, 조직이 모여 장기를 구성하듯 스스로 조립되는 ‘자기 조립’을 통해 만들어지는 속이 빈 호박 모양의 초분자 화합물이다.

  쿠커비투릴을 ‘주인’이라고 칭한다면, 이 속이 빈 주인 집에 ‘손님’으로 지칭할 수 있는 다른 분자를 집어넣고 결합하는 ‘주인-손님’ 상호작용을 통해 다양한 복합체를 형성할 수 있다.

  또 핫전자는 플라즈모닉 금나노 입자에 빛 에너지가 전달될 때 발생하는 고에너지 전자로, 차세대 친환경 에너지원으로 활용할 수 있다. 하 교수팀은 이번 연구에서 금나노 입자 표면에 쿠커비투릴 분자를 단단히 결합시킨 후 주인-손님 상호작용을 통해 복합체를 형성했다.

이를 통해 흡착분자의 화학적 본성 및 전자 구조 변화를 유도했으며, 금나노 입자에서 발생한 핫전자가 계면에서 흡착분자로 전달되는 정도를 조절했다.

  또한 손님 분자들의 쿠커비투릴 내부로의 결합 및 방출을 가역적으로 조절하는 것으로 흡착분자로의 가역적 전자 전달 방법을 제시했다. 나아가 연구팀은 쿠커비투릴이 흡착된 금나노 입자가 계면 전자 전달 연구에서 새로운 재사용 연구 플랫폼으로 사용될 수 있다는 사실도 밝혔다.

  하 교수는 “이번 연구 결과는 차세대 친환경 에너지원으로 활용이 가능한 핫전자의 계면 전자 전달 연구에 가역적 주인-손님 초분자 상호작용을 적용한 첫 사례”라며 “향후 이산화탄소 전환과 같은 고성능 촉매 개발, 고효율 핫전자 화학반응 및 태양전지 개발 연구에 기여할 수 있을 것”이라고 소개했다.