화학과 박성호 교수 연구팀,

단일 입자에서 빛에너지 응집효율이 극대화된

 2차원 삼중 나노 링 구조체를 수용액 상에서 최초 구현

- 나노, 광학, 센서, 바이오 등 다양한 분야에서 활용 기대

- 미국 화학지 JACS 표지 논문으로 선정

전 세계적으로 지속가능한 에너지에 관심이 많아지면서 빛에너지를 효율적으로 응집시킬 수 있는 소재 개발의 중요성이 커지고 있다. 그중 플라즈모닉 나노입자는 빛과의 상호작용을 극대화시킬 수 있어 빛에너지를 이용한 응용연구를 비롯해 빛에너지를 전기에너지 또는 열에너지로 효율적인 전환이 요구되는 다양한 응용연구에 필수적인 소재이다.

이에 성균관대학교(총장 신동렬) 화학과 박성호 교수 연구팀(제1저자 유성재 박사과정)은 플라즈모닉 나노입자의 물리․화화적 특성을 증가시키기 위해 구조적 복잡성이 극대화된 나노프레임 소재개발에 대한 연구를 활발히 진행하고 있으며, 최근 수용액 상에서 진행되는 새로운 화학반응 개발을 통해 빛과의 상호작용이 극대화된 2차원 트리플 나노링 구조체를 세계 최초로 구현하였다.

연구진은 새롭게 개발된 화학반응을 이용하여 다단계 합성법을 이성적으로 설계함으로써 트리플 나노 링 구조체의 내부 나노 갭 거리 조절 및 프레임 구조의 모양을 정교하게 조절하였고, 나아가 단일입자 내부에 크기가 다른 4개의 나노 링 구조체를 집적시킬 수 있었다.

합성된 입자 트리플 링 구조체는 기존 플라즈모닉 골드 입자에 비해 100배 이상 향상된 라만산란신호의 증강효율(Enhancement factor: ~10^9)을 나타내었고, 동시에 단일 나노 입자에서 입사된 빛의 방향에 상관없이 높은 신호의 재현성 및 안정성을 보여주었다. 이는 플라즈모닉 입자 분야에서 새로운 패러다임을 제시하는 혁신적인 소재로, 라만 광 분석 기법의 상업화에 큰 기여를 할 수 있는 중요성을 인정받았다.

박성호 교수는 “본 연구는 나노 입자의 정교한 조절과 분석 방법론을 제시한 것으로, 나노, 광학, 센서, 바이오 등의 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

본 연구는 한국연구재단의 지원(나노커넥트 사업)으로 수행되었으며, 화학 분야 최상위 학술지인 “Journal of the American Chemical Society” (Impact Factor: 15.419)에 표지 논문으로 선정돼 8.9(월) 온라인 게재되었다.

※ 논문명 : Au Nanorings with Intertwined Triple rings