우리의 몸은 70%가 물로 이루어져 있고 우리가 소지한 물품의 70%는 화학제품이라고 하는 것처럼 화학은 우리들에게 매우 중요한 기술이지만 그에 반해 화학과 화학공학은 환경오염의 주범으로 생각되기도 합니다. 최근까지 화학은 수많은 오염 물질을 배출한 것도 사실이며 오염된 환경을 개선하고자 많은 노력도 있었습니다. 본 연구실은 오염 물질의 배출을 근원적으로 줄이고자하는 목적의 ‘청정화학’(그림 참조)을 연구하고자 2007년 경북대학교 화학과 정성화 교수에 의해 설립되었으며 다양한 연구를 수행하고 있습니다.
본 연구실은 청정화학을 위해 ‘촉매’, ‘반응의 새로운 열원’ 그리고 ‘재생 가능한 자원의 활용’을 위해 노력하고 있습니다. 비교적 짧은 역사를 갖고 있지만 본 연구실은 청정화학과 관련된 연구를 깊이 있게 수행하고 있고 학생들 및 연구 결과는 자랑할 만한 수준입니다. 연구실 설립 후 매년 SCI 논문을 최소 10 편 이상 게재하고 있으며 2010년 이후에 매년 발표하는 논문의 총 인용지수가 40을 상회합니다. 연구실의 주요 모토는 “Green Chemistry with Nanoporous Materials!”이며 아래 그림과 같이 주요 대상 물질 및 연구 주제어로 연구실을 간략히 설명할 수 있습니다. 아직은 걸음마 단계이지만 더 좋은 논문을 많이 발표하고 연구실은 물론이고 학생들의 밝은 미래를 위해 꾸준히 노력하고 있는 연구실입니다.
청정화학의 목표는 위의 그림과 같이 다수의 기술들로 달성될 수 있다고 합니다. 저희 연구실은 그 중 ‘촉매’, ‘에너지 근원’ 및 ‘재생 자원의 활용’의 개념을 주로 활용하여 청정화학의 목표를 달성하려고 연구 중입니다. 이를 위해 저희 연구실은 ‘나노미터 전후의 구멍이 무수히 많은 나노세공체 (nanoporous materials)’라는 물질을 주요 연구 대상으로 삼고 있으며 이를 이용하여 ‘촉매’ 및 ‘흡착’ 등에 적용하고 있습니다. 연구실의 주요 연구 분야는 크게 (1) 나노세공체의 용이한 합성 및 합성의 물리화학적 이해, (2) 나노세공체를 이용한 화합물의 흡착, 분리 및 유해 화합물의 제거, (3) 나노세공체를 이용한 촉매 및 촉매 반응기술, 특히 재생 가능한 물질의 활용을 위한 연구 등으로 나눌 수 있습니다.
(1) 나노세공체의 용이한 합성 및 합성의 물리화학적 이해: 저희 연구실에서는 새로운 나노세공체를 설계/합성하기 보다는 보고된 구조 중 공업적으로 중요한 구조를 값싸고 용이하게 합성하고 이를 청정화학을 위한 기술 개발에 적용하고자 합니다. 따라서 새로우면서 가능성 있는 구조를 조사하여 저희연구실에서 새로운 합성 방법을 개발하며 특히 몇 시간 혹은 몇 분 이내에 합성하여 연속적으로 합성할 가능성을 연구하며 가능하면 100 oC 이하의 온도와 1 기압 이하의 합성 조건을 찾고자 합니다. 이를 위해 주로 반응 열원을 잘 알려진 전기 가열 대신에 마이크로파 및 초음파를 이용합니다. 아래 그림은 마이크로파와 초음파를 이용한 합성의 개념이며 음식물을 전기로 데우는 것에 비에 전자레인지를 사용하면 빠른 시간에 데울 수 있는 것처럼 다양한 합성도 마이크로파나 초음파를 이용하면 매우 빨리, 그리고 실온에서도 합성이 가능할 수 있습니다.
또한 단순히 빨리 그리고 저온, 저압에서 합성하는 것이 아니고 왜 그러한 효과가 나타나는지를 물리화학적으로 연구하고 있습니다. 위의 그림은 여러 모델을 이용한 반응 속도 해석을 하는 연구 결과를 보여 주고 있습니다.
저희연구실에서는 합성 외에 얻어진 나노세공체의 안정성을 포함한 다양한 특성 연구도 수행하고 있으며 이를 바탕으로 공업적으로 의미있는 구조들을 선별하기도 합니다. 합성 및 특성 연구들을 통해 저희연구실에서는 우수한 연구결과를 도출하고 있으며 아래 그림들은 관련 연구결과를 우수한 논문의 표지 논문으로 발표한 것입니다.
(2) 나노세공체를 이용한 화합물의 흡착, 분리 및 유해 화합물의 제거
저희 연구실은 합성한 나노세공체의 특성인 큰 표면적, 세공부피 등을 활용하여 유용한 화합물의 흡착, 저장/방출, 분리는 물론이고 환경에 유해한 물질인 황, 질소화합물, 페놀, 염료 등의 제거를 위해 노력하고 있습니다. 위의 그림은 이러한 연구 주제를 요약한 것으로 최근에는 다양한 유해 물질의 제거에 연구력을 집중하고 있습니다.
이러한 연구 결과, 최근에는 다수의 우수한 논문을 발표하였고 2012년 1월 말에는 화학분야의 대표적인 저널인 Angew. Chem. Int. Ed.에 속표지 논문으로 하나의 결과를 발표하기도 하였습니다 (아래의 그림). 또한 관련 연구 내용은 서울신문(맨 아래의 그림), 한겨레신문, 매일경제 등의 많은 신문에 소개되기도 하였습니다.
(3) 나노세공체를 이용한 촉매 및 촉매 반응기술 연구
마지막 연구 주제는 다음 그림에 표기되어 있는 촉매 및 촉매 반응기술입니다. 특히 자원 활용 및 환경을 위한 촉매 연구를 수행하고 있으며 주로 탈수 반응을 통해 바이오매스로부터 얻는 물질을 이용하여 유용한 중간체를 얻고자 하며 산화반응으로 석유 제품에 포함되어 있는 황성분을 제거하는 연구를 하고 있습니다. 특히 재생 가능한 자원인 바이오매스로부터 유래되는 알코올 등의 화합물을 보다 유용한 화학 중간체로 변환시켜 지속 가능한 성장에 기여하고자 합니다.
본 연구 주제로도 다수의 연구논문을 우수한 저널에 발표하고 있으며 아래 그림은 이러한 연구들의 개념도를 보여 주고 있습니다.
다음 그림은 2009년 이후 본 연구실에서 발표한 대표적인 논문 리스트를 보여 주고 있습니다. 연구의 수준과 건수가 시간에 따라 향상되고 있고 더욱 좋은 결과를 얻기 위해 구성원 모두가 최선의 노력을 다하고 있습니다.
저희 연구실은 2012년 3월 현재, 다음 쪽의 사진과 같이 1명의 박사후 연구과정, 4명의 박사과정, 3명의 석사과정과 1명의 학부과정 학생들이 함께 생활하고 있습니다. 최근에 연구실 식구가 제법 늘었습니다만 얼마 전까지는 ‘자동차 한 대로 움직일 수 있는 인원, 즉 학생 4명’을 거의 유지하였습니다. 구성원이 많아지면 결과도 많아지겠지만 깊이 있는 토의가 어렵다고 생각했기 때문입니다. 이제는 자동차 2대로는 움직여야 할 정도로 인원이 늘었으며 좀 더 많은 일을 할 수 있으리라 기대 합니다.
연구실은 다양한 해외 연구팀과의 교류를 하고 있습니다. 미국, 일본, 영국, 프랑스는 물론이고 인도, 호주, 러시아 등의 유명한 연구팀과 시료를 교환하고 정보를 공유하고 있습니다. 대한화학회와 한국공업화학회 등의 학술 발표회를 통해 연구 결과를 발표하고 새로운 정보를 얻을 뿐만 아니라 연구 스트레스를 풀고자 합니다. 또한 나노세공체, 촉매, 흡착 등의 해외 학회를 꾸준히 참석하여 시야를 넓히고 있습니다.
마지막으로 저희 연구실 소개의 기회를 주신 KOSEN 관계자 분들께 감사드리며, 바쁜 시간 중에도 저희 연구소 소개글을 읽고 계신 모든 분들께도 감사의 인사를 드립니다.
본 연구실은 경북대학교 화학관 1층 107호에 위치하고 있습니다. 경북대학교는 타지에서도 KTX와 고속버스를 타고 오신 후 택시로 기본 요금 수준의 거리에 있으므로 매우 쉽게 방문 하실 수 있습니다. 타지역에서 볼 때 대구이기 때문에 멀다고 생각할 수 있으나 결코 멀지 않습니다. 서울역에서도 저희 연구실까지 2시간이면 도착할 수 있습니다. 또한 대구공항도 경북대와 매우 가깝게 위치하고 있습니다. 저희 연구실에 관심 있으신 분들은 아래의 학과 홈페이지를 참조하시기 바랍니다. 연구에 관심과 열정이 있으신 분들은 누구든 환영합니다.
● 전화: 연구실 053-950-5341
● 연구실 홈페이지: http://blog.naver.com/greenchemlab
● E-mail: sung@knu.ac.kr
