울산대학교 화학산업종합연구소(소장: 이영일 교수)는 울산지역 주력산업인 화학산업의 지속적인 성장과 발전을 위해 울산대학교 학제융합팀과 지역 화학산업체로 구성된 산학융합랩을 운영하며 산학융합기반 신산업 창출형 나노화학소재 연구개발을 수행함으로써, 학제융합/산학융합형 화학산업 글로벌 지역거점 연구 센터로 발전하는것을 목표로한다. 본연구소는 “지역과 함께 세계로 발전하는 산학협력 선도대학”이라는 울산 대학교의 비전을 바탕으로, 국내 화학산업의 중심지인 울산지역에서 신산업 창출형 나노화학소재 개발 분야의 원천기술 확보를 위해 신규 촉매 소재, 정밀화학 소재, 스마트 에너지 소재 연구를 지역화학산업체와 함께 유기적으로 수행할 뿐만 아니라, 산업도시 울산발전에 기여할 전문인력을 양성하며 울산지역 화학산업의 종합적인 성장을 선도하고자 한다.
Project 1. 연구소의 구성
본 연구소는 울산대학교 나노에너지화학과교수 4인(이영일, 이형일, 이승구, 김범진 교수), 화학공학부 교수 1인(최원묵 교수), 연구교수 3인(이영훈, 트란반탐, 자레이모하마드 연구교수),박사 후 연구원 6인, 그리고 참여 대학원생으로 구성되어 있다(2023년 3월 현재). 위 구성원들은 현재 울산 화학산업의 강점을 활용하여, 미래 화학 산업시장의 변화를 예비하고 선도하고자 아래와 같은 세부 연구주제를 수행하고 있다.
• [제1세부] 신규 촉매 소재 : 석유정밀화학 고도화를 위한 차세대 정밀화학, 환경에너지 촉매 개발
• [제2세부] 정밀화학 소재 : 차세대 디스플레이 및 환경 유해 물질 센서 제조를 위한 정밀화학 소재 개발
• [제3세부] 스마트에너지소재 : 스마트에너지소재개발, 고도화및최적화연구
Project 2. 연구소의 최근 연구성과
본 연구소의 최근 대표 연구성과는 다음과 같다. 첫째, 수계 아연전지의 전해질 첨가제를 이용해 전극 표면의 덴드라이트(dendrite) 형성을 억제하여 전지 수명을 크게 증가시키는 연구 결과와 그 메커니즘을 규명하였다. 현재 대표적인 에너지 저장장치인 리튬 이차전지는 리튬 원료의 제한된 매장량과 높은 가격, 유기 전해액과 리튬계 소재의 폭발 위험성이 문제에 대한 대안으로 물 기반 전해질을 사용해 폭발 및 화재 위험성이 적고, 풍부한 매장량으로 수계아연 이차전지가 차세대 에너지저장장치로 각광을 받고 있다. 하지만 수계아연 이차전지도 물 기반 전해질 특성상 아연 전극의 부식과 함께 전극 표면에 불균일한 결정인 덴드라이트가 형성돼 전지 수명이 떨어지는 한계점이 있었다. 이에 연구진은 황산아연 수계 전해질에 산업용 용매인 감마부티로락톤(gamma-butyrolactone, GBL)을 첨가하여, 감마부티로락톤이 아연 전극에 균일하게 흡착해 ‘아연이온-물분자-황산이온-감마부티로락톤’형태의 결합을 이루어 전극 표면의 덴드라이트 형성을 억제하는 것을 확인하였다. 그 결과 향상된 전지용량과 탁원할 사이클 특성을 확보하는 연구결과를 얻었다. [Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2202419]
둘째, 자성에 응답하여 형태가 변화하는 3차원 마이크로 장벽표면을 개발해 인간과 60%의 유전 유사성을 가지는 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis Elegans, C. elegans)의 행동을 외부구조체 변화만으로 제어하고 이를 신경 연구 시스템으로 활용하였다. 예쁜꼬마선충은 알츠하이머나 파킨슨병과 같이 노화 질병의 치료제를 시험해보는 마이크로 크기의 생체 모델로 질병 관련 신경이 망가진 돌연변이(mutant) 모델에 특정 치료제를 투여한 후, 정상(wild) 모델이 가지는 머리와 몸의 다양한 신경들로 주변의 구조체를 감지하는 기계감 지능력(mechanosensing ability)이 유효한지를 관찰해 치료제를 시험할 수 있다. 정상 예쁜꼬마선충은 마이크로 장벽들의 3차원 형태 변화 시 우회 운동과 등반 운동이 모두 가능하지만, 머리 및 꼬리 신경 돌연변이 (trp-4) 예쁜꼬마선충은 우회 운동이 불가하며 몸체 신경 돌연변이(mec-4) 예쁜꼬마선충은 등반 운동이 불가하다는 연구 결과를 바탕으로 노화 질병 치료제 연구 개발을 위한 새로운 신경 연구 시스템으로써 생물 및 의료계의 활용 가능성을 입증하였다.『어드밴스드 사이언스(Advanced Science)』(IF=17.521)의 표지논문으로 게재되었고, 와일리(Wiley)학술지 전문채널인‘어드밴스드 사이언스 뉴스(AdvancedScience News)’ 와 생물학연구정보센터(BRIC)『한국을 빛내는 사람들』(한빛사)의 우수 논문에도 소개되었다. [Adv. Sci. 2022, 9, 2203396]
셋째, 금 이온만 선택적으로 추출 가능한 고분자 박막 필름을 제조하여 전자폐기물로부터 초고순도(23.97K이상)의 금 회수기술방법을 개발했다. 전자폐기물을 녹인 용액에는 다양한 금속(니켈,구리,철,망간,아연등)이온들이 존재하는데 이 중에 금만 회수하는 연구는 최근에 많이 진행되어 왔다. 하지만, 다양한 금속 이온들로부터 금 이온만 선택적으로 분리하는 기술은 개발에 어려움이 있어서 초고순도의 금을 회수하는 데는 한계가 있었다. 이번 연구에서 금 이온만 선택적으로 추출하는 화합물을 합성하고 이를 포함한 고분자를 이용하여 얇은 박막 형태의 필름을 제조하였다. 이 고분자 필름은 금 이온에만 감응하여 색깔이 바뀌는 특성이 있어 복잡한 성분분석을 거치지 않고서도 전자 폐기물 용액에서 금 이온 존재 여부를 알 수 있다. 또한 필름을 전자폐기물 용액에 잠시 담갔다가 꺼내면 금 이온이 필름에 붙어서 추출되는 방식이기에 금 회수 방식 또한 간단하다. 본 논문에서는 5회까지만 고분자필름이 재사용가능함을 보여 줬지만, 필름이 손상되지만 않는다면 이론적으로는 무한대의 재사용이 가능하기에 높은 경제성을 보여 준다. 이번 연구 결과는 전자폐기물로부터 이처럼 초고순도 (23.97K이상)의 금 회수를 성공한 첫 사례이며 향후 백금, 코발트등의 다양한 고가의 금속에 대해서도 전자 폐기물로부터 초고순도의 회수가 가능할 것으로 기대된다. [Chem.Eng.J.2023,451,138506]
Project 3. 연구소의 산학협력 활동
본 연구소는 울산지역의 산업체와의 산학협력을 통해 국내선도 지역거점 산학융합 연구센터로의 입지 확보를 발판으로 아시아 나아가 글로벌 산학융합 연구센터를 목표로 하고 있다. 이를 위해 울산지역 화학산업의 고도화, 산업 현장에서의 애로기술 해결 등을 위한 산학협력 연구를 지속적으로 추진할 수 있는 산학일체화 랩을 운영하고 있으며, 가족회사, 기술교류회 그리고 산학연관 협의체의 정기적인 운영을 통해 지역 연구 주체 간의 산학연 네트워크 활성화에 노력하고 있다. 또한 액티프컨페서 제도를 도입하여 울산지역 화학 소재 산업체의 기술자문을 연간 약 40건을 수행하고 있으며, 이를 바탕으로 울산지역 정밀화학소재 산업체 와의공동연구과제 수주 및 기술이전 수행의 성과를 보였다. 이외에도 정기적인 국내, 외 전문가 초청 세미나 및 심포지엄과 산학연관 심포지엄을 개최함으로써 지역 거점 산학융합 연구센터 기반을 구축하고 있다. 올해에는 본 연구소의 중기 목표인 아시아 거점 산학융합형 연구센터 구축을 위해 인도네시아대학 그리고 인도네시아 정부출연연구소인 BRIN과 업무협약을 체결하였으며, 후쿠오카대학 그리고 상해공정기술대학과 매해 국제심포지엄도 공동으로 개최하고 있다.
울산대학교 화학산업종합연구소
이영일 연구책임자
울산대학교 나노에너지화학과교수
본 연구소의 소장인 이영일교수는 고체상 핵자기공명분광학을 전공으로 1994년 미국 루이지애나주립 대에서 박사학위를 수여받은 후 동부한농화학 중앙분석센터, 포항가속기연구소를 거쳐 2005년에 울산대학교 화학과에 부임한 이래로 다양한 학연산 공동연구를 비롯하여 다수 국책연구과제를 주도적으로 수행하였다. 이영일 교수는 산업체와 연구소의 현장 경험을 바탕으로 핵자기공명분광학 기반의 이차전지 에너지관련 분야 연구를 수행하여현재까지 100여 편의 SCI(E) 논문을 게재하였으며, 6건의 국내 특허를 등록하였다. BK21 Four 사업팀장, 공동기기센터장, 자연과학대학 학장 등의 교내 연구 및 행정에서 중심적인 역할을 함과 동시에, 최근에는 화학산업종합연구소장으로서 2022년 교육부 기초과학 연구역량 강화 사업(핵심연구지원센터 조성 사업)에 선정되는 성과를 거두었다. 더불어 대한화학회등재이사, 한국연구재단 전문위원, BKCS 편집위원, ISCPFM 국제학술회의 자문위원 등 활발한 국내외 학술활동을 수행하였다.
Comments