쉘로 둘러싸인 코어의 구조를 가지는 ‘코어@쉘’ 나노결정들은, 코어와 쉘의 서로 다른 구성물질들이 시너지 효과를 내 촉매, 전자, 디스플레이 분야 등에 응용된다.

특히, 빛을 받으면 표면이 활성화되는 플라즈몬 나노입자(금, 은)로 코어의 표면을 촉매로서 높은 활성을 가지는 금속(백금, 팔라듐, 로듐, 루비듐) 쉘로 코팅한다면, 광에너지를 화학에너지로 변환하는 광-촉매 하이브리드 시스템 개발을 기대할 수 있다.
연구팀에서는 속 빈 실리카 나노입자의 내부 공간에 플라즈몬 나노결정을 넣어, 기존 방법에서 두꺼운 쉘 성장을 일으켰던 요소들을 제거했다. 동시에 플라즈몬 나노입자들이 용액 속에서 개별적으로 분리되도록 나노공간한정 시스템을 만들었다.

 여기에 광원을 조사(照射)해, 마치 캡슐 안에 들어있는 알약의 표면을 얇은 막으로 코팅한 것처럼 유사하게 표현했다.
얇게 코팅된 금속 박막은 코어 물질의 광학적 특성에 영향을 미치지 않았으며, 쉘의 촉매 성능과 코어 물질의 플라즈몬 특성이 효과적으로 결합된 하이브리드 광촉매 물질을 합성할 수 있었다.

연구를 주도한 포항공대 이인수 교수는 “이번 연구에서 개발한 합성방법으로 다양한 형태의 플라즈몬 나노입자 표면에 촉매활성 금속들을 원자단위로 얇게 코팅할 수 있었다”며 “나노입자의 플라즈몬 특성이 잘 보존된 하이브리드 시스템은 금속 쉘과의 시너지를 통해 지속 가능한 에너지 변환, 생명 공학, 생물 의학 분야 등 다양한 분야에서 고효율 광촉매로 사용될 수 있을 것이다”고 기대감을 밝혔다.

포항공대 화학과 이인수 교수, 아미트 쿠마(Amit Kumar) 연구교수, 박사과정 아누밥 아차야(Anubhab Acharya)씨 연구팀이 주도하고 POSTECH 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, UNIST 조윤경 교수, 성균관대 오상호 교수가 공동연구원으로 참여한 이 연구는 화학 분야 세계적 권위지인 미국화학회지(J. Am. Chem. Soc.) 표지논문으로 소개됐다.김정현인턴기자