플러렌 정제를 위한 스펀지 같은 분자 케이지

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-18

스페인 연구진은 플러렌을 정제할 수 있는 스펀지 같이 생긴 새로운 분자 케이지를 개발하는데 성공했다. 플러렌은 구체 또는 튜브와 같은 다양한 형상을 가질 수 있는 탄소로 만들어진 분자이다. 그들은 태양전지 속의 전기활성 재료와 의학 분야에 폭넓게 적용될 수 있다. 그러나 이런 분야에 적용하기 위해서는 고체-액체 추출(주로 톨루엔 속에서)과 시간이 많이 드는 크로마토그래피 분리(chromatographic separation)가 필요하다. 예를 들어, 연구 목적으로 소량의 정제된 플러렌을 추출하는데도 복잡한 프로세스가 필요하다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 게재되었고, 여기서 금속 지향된 자기 조립(metal-directed self-assembly)으로 합성된 초분자(supramolecular) 나노케이지(nanocage)를 제시했다. 나노케이지는 서로 다른 크기의 플러렌을 캡슐화하였다. 이 연구에는 앨라배마대학의 버밍햄캠퍼스(University of Alabama at Birmingham), ICN2 Supramolecular NanoChemistry & Materials Group의 연구진이 참여했다. 이번 연구진은 각각 60, 70, 76, 78, 84 개의 탄소 원자로 구성된 C60, C70, C76, C78, C84의 1:1 캡슐화를 위한 직접적인 실험적 증거를 제시했다. C60과 C70을 가진 나노케이지된 플러렌의 고체 상태 구조들은 X-선 방사선 분광(X-ray synchrotron radiation)을 사용해서 달성되었다. 세척 기반의 공정을 이용해서, 플러렌 혼합물로 채워진 고체-상태 케이지 샘플로부터 순수한 C60만을 추출할 수 있었다. 이런 정방정계 프리즘(tetragonal prismatic) 기반의 초분자 케이지는 플러렌을 함유할 때 높은 친화력을 가지고 고체가 포함된 화합물의 용매 세척으로 그들을 손쉽게 배출할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이런 초분자 케이지는 플러렌 혼합물에서 C60과 낮은 효율을 가진 C70을 선택적으로 추출할 수 있는 매력적인 방법이다. 이 방법은 많은 양의 정제된 플러렌을 제조하는데 사용될 수 없지만, 이것은 플러렌에 대한 더 높은 선택성을 가진 추출용 케이지를 개발하기 위한 실험적 플랫폼으로서 매우 유용하게 적용될 수 있다. 고체-상태의 플러렌 캡슐화와 방출은 분자 나노케이지 구조의 호스트-게스트 화학(host-guest chemistry)을 통해서 설명될 수 있다. 플러렌이 그을음(soot)으로부터 대량으로 제조될 수 있기 때문에, 매우 순수한 플러렌을 생성할 수 있는 효과적인 방법을 찾는 것은 매우 중요하다. 이것은 다양한 연구 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있다. 이번 연구진은 금속 지향된 자기 조립으로 나노케이지를 합성했고, C60과 C70을 선택적으로 제거할 수 있다는 것을 증명했다. 이것은 나노케이지가 더 높은 순도의 플러렌을 얻기 위해서 합성물 속의 일부 구성요소를 추출하는데 매우 중요하게 적용될 수 있다는 것을 보여준다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Sponge-like molecular cage for purification of fullerenes”라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/ncomms6557). 그림 1. 정방정계 프리즘 형상을 가진 나노케이지 4·(X)8을 만들 수 있게 하는 빌딩 블록. 그림 2. 4·(BArF)8의 특성 평가. ncomms6557-f2.jpg ncomms6557-f3.jpg http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=38449.php