김광우 화학과 박사(지도교수 신현석)가 2019 대한화학회 우수박사학위논문상 수상자로 선정됐다. 지난 2월 박사학위를 취득하기까지 탁월한 연구 성과를 이뤄낸 것을 인정받은 것이다.
화학분야 국내 최대 학술단체인 대한화학회는 매년 국내 박사학위 취득자 중 학위과정에서 우수한 업적을 쌓은 연구자를 발굴해 우수박사학위논문상을 수여하고 있다. 올해 수상자는 총 5명이다.
김광우 박사는 그동안 ‘육방정계 질화붕소(화이트 그래핀, 이하 ’질화붕소‘)’을 이용한 연구를 진행해왔다. 그래핀과 유사한 구조를 가지는 절연체 물질인 질화붕소는 그래핀과 함께 활용할 때 다양한 기능을 구현할 수 있을 것으로 기대를 모은다.
김광우 박사는 “전기와 열 전도성이 높으면서 동시에 강도도 강한 그래핀은 꿈의 소재로 각광받아왔지만, 경계부분의 불순물에 의한 성능 저하 등 실제 적용에 있어 어려움이 발생하고 있다”며 “질화붕소를 이용한 그래핀 가장자리 처리기법을 개발하는 것은 현재 그래핀이 가진 문제를 해결하기 위한 노력 중 하나”라고 설명했다.
김광우 박사는 화이트 그래핀이라 불리는 육방정계 질화붕소 관련 연구를 주로 수행해왔다. | 사진: 김경채
지난 1월 발표한 ‘그래핀 양자점’ 제작 기술은 이러한 김광우 박사의 노력이 가져온 중요한 성과다.
그래핀 양자점은 나노미터 크기의 반도체 입자로, 차세대 디스플레이나 바이오 이미징, 센서 등의 소재로 활용될 수 있다. 하지만 현재까지 이러한 그래핀 양자점을 얻기 위해선 흑연 덩어리를 물리적 혹은 화학적 방법으로 처리하는 복잡한 과정을 거쳐야 했다. 게다가 이 방법들은 원하는 모양의 양자점을 얻기 힘들뿐더러 제작과정에서 각종 불순물에 의한 오염이 발생한다는 문제가 있었다.
김 박사는 백금촉매를 이용해 질화붕소를 그래핀으로 치환하는 방법을 이용해 이를 해결하고자 했다. 그래핀과 구조적으로 유사한 질화붕소는 고온 환경에서 메탄가스를 주입했을 때 그래핀으로 치환 반응이 일어나는데, 이 치환이 일어나는 백금 촉매 기판을 나노 수준에서 조절해 원하는 모양의 그래핀 양자점을 만들 수 있도록 한 것이다. 이 방법을 이용해 제작된 양자점은 균일한 배열을 형성할 뿐만 아니라 성능 저하 없이 안정된 전하 수송 특성이 나타나는 것으로 확인됐다.
차세대 소재의 등장을 앞당길 것으로 기대를 모은 이 연구 성과는 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다. 김광우 박사는 이 논문의 제1저자로 이름을 올렸다.(관련논문 바로가기)
지난 1월 그래핀 양자점 관련 연구 성과가 발표됐다. 왼쪽부터 홍석모·김광우·윤성인 연구원과 신현석 교수. | 사진: 김경채
김 박사는 지난 2009년 UNIST 학부 1기로 입학, 학부 3학년 때부터 연구실 생활을 시작했다. 학부시절 수업에서 만난 그래핀 관련 연구는 관심과 적성에 잘 맞았다. 마침 대학원 생활을 본격적으로 시작할 때쯤 IBS 다차원탄소재료연구단이 학교에 입주하면서 그래핀 관련 연구에 탄력이 붙기도 했다. 올해 2월 박사학위 취득 후 신현석 교수 연구실에서 박사후연구원으로 근무하고 있는 그는 해외로 진출해 연구를 지속해나갈 계획이다.
김광우 박사는 “그래핀의 이론적 특성을 현실세계에서 구현하기 위해서는 다양한 장애물들을 해쳐나가야 한다”며 “지금까지의 연구에서는 새로운 물질의 합성과 그 특성 분석에 집중해왔는데, 앞으로는 이렇게 개발된 2차원 소재를 어떻게 응용해나갈지에 대해서까지 연구 분야를 확장해나가고 싶다”고 포부를 밝혔다.
한편 제124회 대한화학회 학회상 시상식은 오는 10월 17일(목) 창원에서 열리는 학술발표회에서 진행될 예정이다.