| 초록 |
□ 연구개요 1. 나노 미세공 물질의 고압 구조 및 특성 변화 연구 모든 물질은 압력 하에서 부피가 줄어드는 압축성을 가진다. 하지만 분자크기의 미세 공간이 규칙적으로 배열되어 있는 나노 미세공 물질인 제올라이트 나트로라이트를 물을 매개체로하여 압력에 적용시키면 고압(~10 kbar)에서 부피가 팽창하는 이상현상을 보이게 된다. 본 연구자는 이러한 현상을 최초로 발견하여 Nature지에 주저자로 게재하였고, 최근에는 이를 응용하여 새로운 지구진화의 모델과 화학반응을 보고한 Nature Chemistry 논문을 게재하였다. 본 연구에서는 보다 전문성있고 차별화된 방사광가속기 고압 연구 인프라의 구축을 통해 제올라이트 나트로라이트 외에 다양한 미세공 크기의 격자광물 및 합성물질로 연구를 확장하고, 고압 구조 및 화학적 변화를 체계화하고 예측성을 확보하고자 한다. 2. 천부지구 환경의 이해 및 새로운 고압저장기술 제안 지각 및 상부맨틀 환경에서 일어나는 다양한 격자 물질에 대한 고압 연구는 ‘제논고갈’ 현상의 이해와 같이 지구와 행성의 새로운 진화모델을 제시할 수 있으며, 압력에 의한 비가역적 이온 치환 및 분자체 흡착을 통해 유체 방사능 폐기물 처리 등의 새로운 기술로의 응용에 있어서도 많은 가능성을 열어줄 것으로 기대한다. 고압하 부피변화의 이상현상이 응용될 경우 세슘-137, 스트론슘-90, 요오드-131 등 고준위 방사성 폐기물과 같은 유해물질을 분자단위의 나노구조체에 압력을 열쇠로 트랩하는 하나의 새로운 대안기술이 될 수 있다. 상압으로의 전환 후 교환된 유해물질을 영구히 저장시킬 수 있는 원천기술을 제안하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 고압연구 인프라 조성 및 확대 - 포항방사광가속기(PLSII)를 이용한 정적 고압연구 및 포항4세대가속기(PAL-XFEL)를 이용한 동적 고압연구 - 해외가속기시설을 활용한 온도-압력 범위 확장 연구 - 국내 고압(극한환경)연구 활성화를 위한 워크숍 개최(국제결정학회 IUCr 고압워크숍 주관) 및 기획과제 참여 2. 대상물질 탐색연구 - 스틸바이트 제올라이트의 구조 및 분광학적 특성규명(Microporous and Mesoporous Materials, 2016) - 로소나이트(Lawsonite)와 녹주석의 고압에서의 압축거동 규명(자원환경지질 2016; 한국광물학회지 2017) - 철 양이온의 전자가에 따른 나트로라이트 구조 변화(Microporous and Mesoporous Materials, 2017) - 일가 양이온 종류에 따른 나트로라이트의 탈수 구조변화 특성(American Mineralogist 2017) - 화석에 대한 광물학적-지화학적 비교 연구(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 2018) 3. 기초 고압 연구 성과 - Pb-나트로라이트의 고온, 고압에서의 새로운 상전이현상규명(Dalton Trans., 2016) - 금속유기골격체 ZIF-8의 고압화학연구 (Journal of the American Chemical Society, 2016) - 섭입대 환경에서의 초수화 카올리나이트 형성(Nature Geoscience 2017) - 메소라이트의 고압 초수화에 따른 단계적 물분자 배열상태 변화(American Mineralogist 2018) - 양이온 종류에 따른 차바자이트 제올라이트의 고압 구조변화 체계성 연구(American Mineralogist 2018) 4. 응용 고압 연구 성과 - 석면의 압력을 이용한 무해화 방법 미국특허출원(10-2016-0016269) - 금속유기골격체의 압력 증가에 따른 구조 화학적 변화 연구 (Chemistry of Materials, 2016) - 압력처리된 제올라이트의 촉매반응 개질 연구(Chemistry-a European Journal 2018) □ 연구개발결과의 중요성 천부지구 환경에서 다양한 나노 미세공 물질에 대한 신 특성 연구는 융합과학적 접근법에 의한 지구 및 행성의 진화과정 이해 및 새로운 고압기술 제안이라는 특성을 갖고 있으며, 이로 인해 연관 분야로의 다양한 응용가능성을 기대할 수 있다. 고압에서 일어나는 물질의 새로운 특성 발견은 그동안 상압에서 적용되어온 이온 교환, 분자 포획 및 분리, 촉매 작용 등에 대한 나노 미세공 물질의 선별성을 고압이라는 새로운 차원에서 변환시키고 새로운 특성을 발견 및 선별적으로 응용하는 기술에 대한 지구과학-고체물리화학-환경과학간 융합적 성격의 연구이다. 이를 기반으로 한 새로운 현상의 발견 및 체계화는 화학 및 환경공학, 방사성 폐기물 처리, 의학의 새로운 약물 전달 설계 등 분야에서 핵심이 되는 기술로 활용될 것으로도 기대한다. (출처 : 연구결과 요약문 3p) |
