 ▲ 기초과학연구원 연구진이 밝혀낸 '고압 나노 반응기'의 반응 모식도 (C) 정지완 기자 |
기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) '이차원 양자 헤테로구조체 연구단'은 다차원 탄소재료 연구단 등과의 공동연구를 통해 2차원 소재 사이에 형성된 고압을 이용, 복잡한 고압 장치 없이 고압 화학 반응을 유도할 수 있음을 처음으로 밝혀냈다고 전했다.
안정적인 고리 구조의 화합물의 경우 형태를 변화시키기 위해서 고압 조건이 필요한데 IBS연구진은 그래핀이나 육방정계질화붕소(hBN) 등 2차원 소재의 두 층 사이에 형성된 반데르발스 힘이 최대 7GPa(기가파스칼)에 달하는 높은 압력을 만들어 냄을 밝혔다. 이는 대기압의 약 7만 배에 달하는 높은 압력이다.
이후 이 압력을 이용해 유기 화합물의 탈수소 고리화 반응을 성공적으로 유도했다. 일반적으로 이 반응은 용액 상태에서 촉매와 산화제가 필요하지만, 이번 연구에서는 고체 상태에서도 반응이 가능함을 처음으로 증명해냈다.
연구를 이끈 신현석 IBS 이차원 양자 헤테로구조체 연구단장은 “2차원 소재의 적층 구조가 고압 나노 반응기 역할을 한다”며 “대량 생산에 적용하기까지는 추가 연구가 필요하지만, 간단한 방법으로 고압을 구현하는 가능성을 제시했다는 의미가 있다”고 말했다.
한편, 연구 결과는 지난 11월 8일 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.
*아래는 위 기사를 '구글 번역'으로 번역한 영문 기사의 [전문]입니다. '구글번역'은 이해도를 높이기를 위해 노력하고 있습니다. 영문 번역에 오류가 있을 수 있음을 전제로 합니다.<*The following is [the full text] of the English article translated by 'Google Translate'. 'Google Translate' is working hard to improve understanding. It is assumed that there may be errors in the English translation.>
The Institute for Basic Science (IBS, President Noh Do-young) announced that it has discovered for the first time through joint research with the Multidimensional Carbon Materials Research Group that high pressure formed between two-dimensional materials can be used to induce high-pressure chemical reactions without complex high-pressure devices.
In the case of compounds with stable ring structures, high-pressure conditions are required to change their forms, and the IBS research team has discovered that the van der Waals forces formed between two layers of two-dimensional materials such as graphene or hexagonal boron nitride (hBN) can create high pressures of up to 7 GPa (gigapascals). This is about 70,000 times higher than atmospheric pressure.
Afterwards, they successfully induced the dehydrogenation ring reaction of organic compounds using this pressure. Normally, this reaction requires a catalyst and an oxidizer in a solution, but this study proved for the first time that the reaction is possible in a solid state.
Shin Hyun-seok, head of the IBS Two-Dimensional Quantum Heterostructure Research Group who led the research, said, “The layered structure of two-dimensional materials acts as a high-pressure nano reactor,” and “Although further research is needed before applying it to mass production, it is meaningful in that it suggests the possibility of implementing high pressure in a simple way.” Meanwhile, the research results were published in the international academic journal ‘Science Advances’ on November 8.
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