서울대학교 공과대학 화학생물공학부 박정원 교수 연구팀이 나노입자의 3차원 원자 구조 변화를 실시간으로 추적할 수 있는 신기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 이번 연구는 기존 관찰 방식의 한계를 극복한 혁신적 성과로 평가받으며, 지난 1월 29일 국제 학술지 *네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)*에 게재됐다.
왼쪽부터 서울대학교 화학생물공학부 박정원 교수, 강성수 연구원
나노입자는 에너지, 환경, 의료 등 첨단 산업에서 중요한 역할을 하지만, 크기에 따라 반응성이 크게 달라지므로 원자 구조 변화의 실시간 분석이 필수적이다. 그러나 기존 기술은 나노입자를 진공 상태에서 고정해 관찰하거나, 다수의 입자로부터 평균적인 정보를 얻는 데 그쳐 개별 입자의 실시간 변화를 직접 추적하는 데 한계가 있었다.
박 교수 연구팀은 기존의 ‘브라운 토모그래피(Brownian tomography)’ 기법을 발전시켜, ‘시분해 브라운 토모그래피(time-resolved Brownian tomography)’를 새롭게 개발했다. 이 기술은 그래핀 액상셀 투과전자현미경(Graphene Liquid Cell TEM)을 이용해 용액 속에서 자유롭게 움직이는 나노입자의 원자 배치 변화를 다각도로 포착하고, 이를 3차원 영상으로 재구성하는 방식이다. 특히 세계 최초로 액체 환경에서 단일 나노입자의 원자 구조 변화를 실시간으로 분석하는 데 성공했다.
연구팀은 이 기법을 활용해 백금(Pt) 나노입자의 식각(etching) 과정에서 나타나는 원자 단위의 변화를 분석했다. 이를 통해 나노입자 표면의 원자가 용액으로 빠져나가거나(탈착), 재배열되거나, 다시 붙는(재흡착) 순간을 3차원으로 포착했다. 또한 나노 결정이 1nm 이하로 작아지면 고도로 무질서한 상(disordered phase)이 새롭게 형성된다는 사실도 밝혀냈다. 이는 백금이 일반적으로 규칙적인 원자 배열을 갖는다는 기존 이론과는 다른 결과로, 나노 크기에서 새로운 구조적 특성이 나타날 가능성을 제시했다.
이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 국가 수소 중점연구실 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 수소연료전지, 이산화탄소 전환 촉매, 리튬 이차전지 등 차세대 에너지 소재 연구에도 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다.
박정원 교수는 “이번 연구는 2017년 노벨화학상으로 주목받은 크라이오 투과전자현미경(cryo-TEM)과 2020년 사이언스(Science) 표지 논문에 소개된 액상 TEM 기술의 계보를 잇는 중요한 성과”라며 “향후 친환경 및 고성능 에너지 소재 개발에 기여할 수 있도록 연구를 지속하겠다”고 밝혔다.
논문의 주저자인 강성수 연구원(서울대 박사, 현 시카고대학교 박사후연구원)은 “이번 연구를 통해 나노입자의 원자 단위 구조 변화를 실시간으로 직접 확인할 수 있었다”며 “특히 기존 기술로는 포착할 수 없었던 표면 원자의 움직임과 새로운 상(phase)의 형성을 밝혀낸 점에서 의미가 크다”고 말했다.
윤승원
기자
헤드라인 뉴스
-
'부담경감 크레딧' 사용처, 통신비와 차량 연료비까지 확대
중소벤처기업부(장관 한성숙, 이하 중기부)는 8월 6일 `부담경감 크레딧`의 사용처를 통신비와 차량 연료비까지 확대한다고 밝혔다. 중기부는 8월 6일 `부담경감 크레딧`의 사용처를 통신비와 차량 연료비까지 확대한다고 밝혔다.기존에는 전기·가스·수도요금, 국민연금, 건강보험, 고용보험, 산재보험 등 총 7개 항목에 한해 크레
-
환경부 장관, 가습기살균제 피해자·유족에 직접 사과
환경부(장관 김성환)는 국회 환경노동위원회 안호영 위원장과 함께 8월 6일 오후 국회 의원회관 제1세미나실에서 가습기살균제 피해자단체 대표들을 만나 다양한 의견을 청취했다. 김성환 환경부장관이 6일 오후 국회의원회관에서 열린 가습기살균제 피해자 대표와의 간담회에서 피해자 분들의 의견을 경청하고 있다. 이번 간담회는 지난해 6월 대법원이 가
-
김광용 재난안전관리본부장, 전남 집중호우 피해 현장 점검
행정안전부(장관 윤호중) 김광용 재난안전관리본부장은 8월 6일 지난 3~4일 집중호우로 인한 침수 피해가 집중된 전라남도 함평군과 무안군 일대 현장을 방문해 응급 복구 상황을 점검했다. 김광용 행정안전부 재난안전관리본부장이 5일 정부세종청사 중앙재난안전상황실에서 호우 대처 중대본 회의를 주재하고, 피해 최소화를 위한 8.6~7일 취약시간대 호우 대
-
중소기업부, 관세 현안·수출 애로 해소 위한 정책현장투어 실시
중소벤처기업부(장관 한성숙, 이하 중기부)는 8월 6일 중소기업 분야 정책현장투어 두 번째 행선지로 경기도 소재 `실리콘투` 물류센터를 방문해 수출 중소기업 관계자들과 간담회를 개최하고 현장 애로사항을 청취했다. 한성숙 중소벤처기업부 장관이 6일 경기 광주 (주)실리콘투에서 열린 `제2회 중소기업 정책현장투어`에서 참석자들과 기념 촬영을 하고 있다
-
"안전은 타협 불가" 근로복지공단, 중대재해 제로화 위한 안전경영 본격화
근로복지공단(이사장 박종길)은 국민과 직원의 안전을 최우선 가치로 삼고 중대재해 제로화를 위한 선제적 안전경영을 본격 추진한다고 8월 6일 밝혔다. 지난달 25일, 근로복지공단 박종길 이사장이 인천 남동구 구월동 경인지역본부 신축공사 현장에서 안전경영을 실시하고 있다. 이번 안전경영 강화 조치는 최근 이재명 대통령이 중대재해 근절을 위해
-
김윤덕 국토교통부 장관, 취임 첫 행보로 12·29 여객기 참사 유가족 만나
김윤덕 국토교통부 장관은 취임 후 첫 공식 일정으로 8월 6일 오전 무안국제공항을 방문해 12·29 여객기 참사 유가족과 면담을 갖고 사고현장을 점검하며 정부의 소통 의지를 보였다. 김윤덕 국토교통부 장관은 취임 후 첫 공식 일정으로 8월 6일 오전 무안국제공항을 방문해 12 · 29 여객기 참사 유가족과 면담을 갖고 사고
-
바다와 숲이 공존하는 안산 바다향기수목원, 여름 휴가 명소로 주목
바다와 숲을 동시에 즐길 수 있는 경기도 안산 대부도 바다향기수목원이 여름 휴가철을 맞아 방문객들의 발길을 사로잡고 있다. 암석원의 여름시원한 바닷바람을 맞으며 서해안을 조망할 수 있는 이곳은 다양한 여름꽃들이 만개해 싱그러움을 더하고 있다. 바다향기수목원에는 산림청 지정 보호식물인 개정향풀을 비롯해 무궁화, 나무수국, 능소화 등 나무의
-
고양시청 역도팀 국제대회 선전…`나고야 아시안게임` 메달 기대감 높여
고양특례시 소속 직장운동경기부 역도팀이 중국 푸저우에서 열린 `2025 동아시아역도선수권대회` 및 `2025 한·중·일 국제역도경기대회`에서 뛰어난 기량을 선보이며 총 금메달 9개, 은메달 3개를 획득했다. 고양시청 역도팀 국제대회 선전...`나고야 아시안게임` 메달 기대감 높여이번 대회는 동아시아역도연맹 및 한중일 3개국
