포도당 태워 `탄소 양자점` 합성 성공

균일한 크기로 조절 가능… 태양전지 등에 활용 차세대 소재
포스텍 이시우 교수팀

흔히 구할 수 있는 포도당을 가열시키는 방법으로 균일한 크기의 '탄소 양자점'을 만드는 기술이 국내 연구진에 의해 개발했다. 양자점은 지름 2∼10나노미터(㎚) 크기의 공 모양 나노결정으로, 태양전지나 양자컴퓨터, 발광다이오드(LED), 질병진단용 조영제 등에 쓰일 것으로 기대되는 차세대 소재다.

포스텍 이시우 교수(화학공학과)와 권우성 박사과정생 연구팀은 계면활성제가 섞인 기름에 포도당 수용액을 넣어 만든 용액을 휘저은 후 가열시키는 방법으로 균일한 크기의 탄소 양자점을 합성하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

이 방법을 이용하면 균일한 크기의 탄소 양자점을 만들 수 있을 뿐만 아니라 용도에 따라 양자점 크기를 정밀하게 조절할 수 있다는 점에서 주목된다. 양자점은 빛을 흡수하거나 방출하고, 전기를 주면 빛을 내는 등 다양한 특성이 있는데, 특히 크기에 따라 방출하는 빛의 종류가 달라진다는 특징이 있다. 그러나 지금까지는 균일하게 합성하기 힘들고 흑연을 깨서 만드는 기존 방법으로는 크기별로 선별하는 과정이 필요해 산업화에 어려움이 있었다.

연구팀은 계면활성제가 들어간 기름에 기름보다 적은 양의 포도당 수용액을 부은 후 휘저었다. 이렇게 하자 수 마이크로미터(㎛) 크기의 작은 포도당 수용액 액체방울(액적)이 기름 속에 수없이 만들어졌다. 이 때 기름과 포도당 수용액의 양을 잘 조절함으로써 액체방울의 크기를 균일하게 만들 수 있었다.

이 상태에서 용액을 160℃로 가열하자 밥이 타듯이 포도당 분자가 타면서 분자를 이루던 탄소만 남아 2∼4㎚ 정도 크기의 공 모양 결정이 남았다. 탄소원자가 육각형 벌집 모양으로 결합된 그래핀이 층층이 쌓여 공 모양 물질이 만들어진 것.

이시우 교수는 "양자점 소재는 크기와 모양에 따라 성질이 달라지기 때문에 균일한 크기로 만드는 기술이 매우 중요하다"며 "이 기술은 복잡한 공정 없이 값싼 당분을 물에 녹여 쓸 수 있어 경제성을 크게 높인 만큼 양자점 소재 산업화에 기여할 것으로 기대된다"고 밝혔다.

이 연구결과는 영국왕립화학회가 발간하는 화학분야 권위지인 '케미컬커뮤니케이션스'에 표지논문으로 최근 발표됐다.

안경애기자 naturean@

◇ 사진설명 : 포도당 수용액 방울을 가열해 만든 탄소 양자점(검은 점). 이를 확대하면 탄소원자가 벌집 모양으로 결합해 있음을 확인할 수 있다.(오른쪽)