나노기술 및 정책 정보

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● 일본 나고야대학교의 이타미 켄이치로 교수 연구팀이 탄소의 뫼비우스의 띠인 ‘뫼비우스 탄소나노벨트’를 세계 최초로 합성하는 데 성공

● 나노 크기의 반복적 구조를 갖는 탄소 물질인 ‘나노카본’을, 원자 수준에서 정밀하게 합성하는 방법이 재료 과학 분야에서 요구되고 있으며, 그 중요한 단계로 유기 합성 화학법을 이용하여 ‘나노카본’의 부분 구조가 되는 분자를 합성하는 분자 나노카본 과학이 최근 활발히 연구되고 있지만, 지금까지 개발된 분자 나노카본은 링이나 벨트 모양같이 기하학적으로 간단한 구조였음

● 연구팀은 합성 전 ‘뫼비우스 탄소나노벨트’에 가해지는 변형에너지에 대한 정량적 해석을 실시하였으며, 그 결과를 바탕으로 ‘뫼비우스 탄소나노벨트’의 합성을 시도

● 시판되는 유기 분자 페난트렌(phenanthrene)을 좌우 비대칭으로 수식하는 방법을 개발하여 순차적으로 탄소 사슬을 늘려가는 합성법을 가능하게 함

● 기존의 분자로부터 총 14단계의 유기 합성을 거쳐 벤젠 고리 50개로 구성된 ‘뫼비우스 탄소나노벨트’를 합성

● 합성된 ‘뫼비우스 탄소나노벨트’에서 뫼비우스의 띠 모양에서 유래한 특이한 현상이 관찰되었는데, NMR 측정을 통해 ‘뫼비우스 탄소나노벨트’에 존재하는 트위스트 부분이 분자 전체를 빠르게 이동시키고 있었으며, 전체적으로 평균화된 자기 분자 동역학 시뮬레이션에서도 본 성질이 재현되어 벨트 모양임에도 불구하고 앞뒤 구별이 없는 분자임을 확인

● 본 연구성과는 복잡한 기하학적 구조를 갖는 새로운 나노카본 재료를 개발하는 방법을 제시한 혁신적 성과로, 향후 복잡하고 왜곡된 나노카본 구조의 정밀 구축에 응용됨으로써 유기 합성 화학뿐만 아니라 재료 과학의 발전에 기여할 것으로 기대

※ Nature Synthesis게재(2022.05.20.), “Synthesis of a Möbius carbon nanobelt”