해외 연구 동향

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강정원 편집이사 (고려대)

󰌞 표면의 원자를 구별하는 방법의 개발 󰌞

표면에서 서로 다른 원자를 구분하는 방법 은 나노 스케일에서 이루어지는데, 지금까지는 극저온(cryogenic temperature)에서만 가능하 였다. AFM의 절묘한 활용을 통하여 상온에서 표면의 원자를 구별하는 방법이 최근 개발되 었다. 일본 오사카 대학의 Oscar Custanece 교수와 동료 연구자들은 AFM 팁에 작용하는 단거리 화학적 힘(short-range chemical force) 을 이용하여 합금 표면에서 실리콘, 주석과 납 원자를 구별하는 기술을 개발하였다. 이 방법 은 먼저 구별하고자 하는 원자들의 힘(interac- tion)을 정확하게 측정한다. 연구진들은 실리 콘의 경우 AFM 팁과 가장 강하게 상호작용 하는 것을 관측하였으며, 주석의 경우에는 23

%, 납의 경우에는 41% 더 작은 힘이 작용하 는 것을 발견하였다. 따라서 각 원자들은 “지 문(fingerprint)”에 해당되는 구별되는 작용력 을 가지고 있으며, 이를 이용하여 식별이 가능 하다. 이러한 구별은 단순한 화상관찰(im- aging)로는 불가능한 것이라고 연구진들은 밝 혔다.

( Nature 2007, 466, 84).

󰌞 바이러스의 보호막 결정의 구조 규명 󰌞

Cypovirus에 감염된 곤충의 세포에서 작은 결정으로 이루어진 바이러스의 근거지를 분리 해 냄으로써 바이러스의 보호막 역할을 하는 결정 케이싱(casing)의 원자수준의 구조를 최 근 밝혀냈다. 이 연구는 영국의 Welcome Trust Centre for Human Genetics의 David Stuart 박사 연구진의 4년간의 노력으로 진행 되었다. 이 연구는 intercellular crystal의 원자 수준의 구조를 밝혀낸 최초의 연구이며, 사용 된 단백질 결정은 지금까지 밝혀진 구조 중에 서 가장 작은 것이라고 설명했다. Membrane protein을 구성하는 단백질 들은 종종 작은 결정 구조가 형성되는데, 이러한 결정이 Cypovirus의 근거지 역할을 하며, 앞으로 광범위한 응용이 예상된다. Cypovirus는 효소와 RNA-기반의 유전자를 보호하기 위하여 결정 케이싱에 보 호된 상태로 거주한다. Cypovirus가 거주하는 단백질 결정구조는 4개의 alpha-helix를 주변 에 가진 beta-sheet 구조를 가지고 있다. 1∼2 마이크론 정도 되는 이 결정구조는 강한 산이 나 높은 온도에 견디는데 도움을 준다. 이러한 성질은 바이러스 입자가 수년간 자신을 보호 하는데 도움을 준다. 이 결정 구조를 녹이는 것은 pH 10 정도의 강한 염기성인데, 이는 바 이러스 감염이 시작되는 곤충 유충의 창자의

해외 연구 동향

KIC News, Volume 10, No. 2, 2007

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환경과 동일하다. 새로운 X-ray 구조는 마이 크로 스케일 또는 나노 스케일의 작은 박스를 만들 때의 청사진으로 사용될 수 있을 것이다.

뉴질랜드 오클랜드 대학의 Metcalf 박사는 이 러한 결정구조는 nucleotide를 안정한 상태에 서 약 3년간 보관될 수 있는 케이싱 역할을 할 수 있으며, 앞으로 약물이나 검진용 시약을 포함할 수 있도록 화학적으로 결정구조를 변 화시킬 수 있을 것이라고 말하고 있다.

( Nature 2007, 446,97)

󰌞 이황화 몰리브덴(MoS

)의 클러스터 크기와 물성 󰌞

최근 덴마크 연구진들이 이황화 몰리브덴 (MoS2) 나노 입자의 경계면을 따라서 원자수 의 작은 변화가 결정의 원자스케일의 구조와 전기적 성질 등을 크게 변화시킨다는 사실을 밝혀냈다. 이 연구는 이황화 몰리브덴 기반의 탈황 촉매의 개발, 윤활제 개발 및 다른 응용 분야에 활용될 수 있다. 미국, 유럽, 일본 등 선진 국가에서는 유분중의 황 성분을 낮추기 위한 법규와 규정을 강화하고 있으며, 따라서 연구자들은 이황화 몰리브덴 기반의 촉매 존 재하에 탄화 수소중의 황성분을 휘발성 황화 수소로 변환하는 hydrodesulfurization 공정의 개발에 박차를 가하고 있다. 이전의 연구에 의 하면 아주 얇은 이황화 몰리브덴 나노 클러스 터는 정 삼각형 구조를 가지고 있으며, 클러스 터의 크기가 작을수록 활성이 큰 site들을 많 이 포함하는 것으로 알려져 있었다. 높은 활 성은 가장자리에 있는 defect를 포함한 원자들 의 역할이 큰 것으로 알려져 있으나 이러한 특성은 원자 수준에서 아직까지 밝혀진 바 없

다. 덴마크의 Arhus 대학의 J. V. Lauristen 박사와 그 연구진 들은 STM 측정을 통하여 가장자리에 있는 황을 중심으로 6개 이상의 몰리브덴을 포함하는 경우와 6개 이하의 몰리 브덴을 호함하는 나노클러스터의 거동이 다르 다는 점을 발견하였다. 특별히 큰 결정의 가장 자리의 경우에는 각 몰리브덴 원자들이 최외 각의 황 원자와 결합하여 “S-dimer"를 형성하 는 반면 작은 결정들은 Mo-S-Mo 교각 구조 (bridge structure)를 가지는 것으로 밝혀졌다.

이 연구진은 작은 클러스터 들이 반응 활성이 크고 빈자리 결함을 가질 가능성이 높다고 주 장하였다. 또한 STM 분석을 통하여 클러스터 의 크기에 따라 전기적 구조 또한 다르다는 점을 밝혔다.

( Nat. Nanotechnol . 2007, 2, 21, Chemical Engineering News, January , 15, 2007)

󰌞 수소를 다량 방출하는 니켈 촉매 󰌞

새로이 제조된 니켈 촉매를 활용하면 수소연 료 저장 물질인 Ammonia Borane (H

NBH

, 또는 AB)으로부터 거의 모든 수소원자를 매우 짧은 시간에 방출 할 수 있다. Los Alamost National Laboratory의 R.T. Baker와 그의 동 료들은 N-heterocyclic carbene 리간드를 포함 하는 니켈 복합체를 제조하여 AB에 적용하여 섭씨 60도에서 기존 방법의 약 2.5배의 수소를 생산하였다. 수소원자를 모두 방출한 후 AB 는 가교결합된 borazine 링 구조를 형성한다.

많은 과학자들이 AB에서 수소를 방출하기위

하여 가열 같은 방법을 사용하고, 촉매로서 산

이나 귀슴속 류를 활용하여 왔으나, 연구진에

의하여 개발된 니켈 촉매를 이용하면 150분

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이내에 모든 수소의 방출이 종료 되었다고 보 고하였다.

( J. Am. Chem. Soc ., 2007, 129, 1844, Chemical Engineering News, February, 12, 2007)

󰌞 다우(Dow), 메탄 연구에 도전 󰌞

메탄을 올레핀과 올레핀 전구체로 직접 전 화시키는 새로운 공정을 상용화하기 위하여 Dow Chemical은 600만 달러에 해당하는 연구 비를 3년간 이 문제를 연구하는 연구자 또는 연구 그룹에 제공하기로 하였다. Dow Chem- ical은 이를 위하여 새로운 웹사이트(www.

dowme-thane.com)를 오픈하고, 금년 5월 31 일 까지 2페이지에 해당하는 제안서를 받는다.

Dow측의 연구자들이 이 제안서를 검토할 것 이며, 금년 가을까지 1개 또는 그이상의 연구 계약 체결이 이루어지기를 희망한다고 한다.

천연가스의 주 성분인 메탄을 직접 활성화 하 는 연구는 수년간 탄화수소 연구 분야의 염원 이었으며, 성공할 경우 납사 또는 고분자 알칸 류를 대신하는 원료로부터 다양한 종류의 화 합물과 플라스틱을 생산할 수 있을 것으로 전 망된다. Dow는 경제성이 없고, 에너지가 많 이 소요되는 합성 가스 화학분야에는 연구비 를 지원하지 않을 예정이다. 지금까지 메탄은 태우거나, 유정으로 다시 되돌리거나 폐기되어 왔다. 에너지와 석유화학 원료의 가격이 상승

하고 있기 때문에 현재 거의 폐기되는 것이나 마찬 가지인 탄화수소를 보다 효율적으로 활 용하는 것이 필요하다고 Dow 측에서는 설명 하고 있다. Dow는 이미 뮌헨 공대의 연구자들 과 연구 계약을 체결하고 methyl chloride와 lanthanum 촉매를 활용한 메탄 전화에 관한 논문을 발표한 바( J. Am. Chem. Soc ., 129, 2569, 2007) 있지만 Dow측이 원하는 솔루션은 아니라고 한다.

( Chemical Engineering News , March 19, 2007)

󰌞 바이오매스 Conversion 연구현황 󰌞

미국 콜로라도에서는 3개의 대학(University of Colorado, Colorado State University, the Colorado School of Mines)과 정부 연구소 (National Renewable Energy Laboratory, NREL), 몇 개의 기업체(Dow, Chevron, Conco- Phillips, Shell) 등이 참가하여 연구 그룹을 만 들어서 바이오매스를 연료와 다른 생산품으로 전화하는 공정을 연구하기로 하였다. C2B2 (Colorado Center for Biorefining & Biofuel) 로 불리는 연구 그룹은 지난 3월 19일 콜로라 도 덴버에서 출정식을 가졌다.

( Chemical Engineering News ,

March 19, 2007)