박종식 경기대학교 화학과 교수 연구팀이 나노입자 내부에서 이온의 이동 경로를 정밀하게 조절해 새로운 구조의 나노입자를 합성하는 기술을 개발했다. 이 성과는 미국화학회(ACS)가 발간하는 세계적인 권위의 학술지 Journal of the American Chemical Society 2025년 4월호에 게재됐다.

연구팀은 나노입자 내부 결정 구조에 존재하는 특정 화학결합을 마치 ‘이온 방지턱’처럼 활용해, 이온이 원하는 방향으로만 확산되도록 제어하는 방법을 고안했다. 이를 통해 서로 다른 물질이 층상으로 교차된 ‘Layer-by-Layer Interdigitated Nanoplates’ 구조의 나노입자 합성에 성공했다. 이 구조는 두 물질 간의 전자적 상호작용을 극대화해 차세대 반도체, 고감도 센서, 고효율 촉매 등 첨단 소재 응용에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구의 핵심 기술인 ‘양이온 치환 반응(cation exchange reaction)’은 나노입자의 외형을 유지하면서 내부 이온만 교체하는 방법으로, 기존에 없던 새로운 조성과 구조를 구현할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.

논문에는 경기대학교 조수인 석사 연구원, 한국기초과학지원연구원(KBSI) 김태경 박사, 미국 텍사스 A&M 대학교 이치호 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 연구는 한국연구재단 우수신진 및 리더연구 사업과 KBSI 주요사업의 지원을 받아 수행됐다.

박종식 교수는 “이번 연구는 원자 단위에서 이온의 흐름을 설계함으로써 나노계면 제어의 새로운 가능성을 제시한 것”이라며 “앞으로 다양한 재료에 적용해 기능성 나노소재의 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

[ 경기신문 = 박민정 기자 ]