| 초록 |
□ 연구목표_국문 고분자 소재의 개발은 현대인들 삶의 패러다임을 바꿔놓은 혁명적 재료이다. 하지만 이 고분자는 단순한 구조, 통계에 근거한 random 서열화, 불규칙적인 구조의 한계를 가지고 있어 물품의 단순 외장재, 지지대 외에 고차원적인 역할을 하지 못하고 있다. 그 이유로는 중합 단계에서 오는 한계점으로 현 합성법으로는 고분자 분자구조의 단순함과 순서 조절의 어려움 등을 극복하기 어렵기 때문이다. 본 연구단 제안서는 세 가지 그룹으로 나누어서 1) 신개념 복잡계 고분자 합성법과 2) 다양한 순서 조절 가능한 새로운 고분자 중합법, 3) 획기적인 자기조립법 개발을 제안하여 복잡계 거대분자 합성 연구단의 출범으로 고분자화학의 장을 넓히고자 한다. □ 연구개발 내용 본 연구에서는 고효율 고선택성의 촉매 반응을 이용하여 새로운 고분자 중합법을 개발하고자 한다. 특히 정밀 중합을 통해서 복잡계의 거대분자 합성과 순서 조절이 가능한 고분자 합성법 개발 및 이를 생체고분자처럼 고차원 구조로 응용을 제안한다. 이를 위해 먼저 multi-component polymerization, C-H activation에 의한 step-growth C-N amidation polymerization, tandem/cascade polymerization으로 복잡계 고분자 합성을 추진하고자 한다. 또 Ru 촉매와 Pd, Ni 촉매 반응을 이용하여 다양한 living polymerization, selective polymerization을 구현하고자 한다. 이 결과들을 바탕으로 sequence-controlled polymerization으로 확대 개발하여 궁극적으로 정교하고 복잡한 구조 합성을 목표로 한다. 순차/순서 조절된 고분자 합성법은 매우 도전적인 과제이나 본 연구실의 그 동안 축적한 노-하우 즉 단량체의 novel design, 유기금속 촉매 반응의 메커니즘 이해 등의 장점을 바탕으로 세 가지 촉매 중합법(Iridium 촉매를 이용한 선택적 C-H activation), Ruthenium 촉매를 이용한 tandem/cascade olefin metathesis 중합법, 그리고 구리 촉매를 이용한 multicomponent coupling 반응의 iterative 중합법을 핵심기술로 한다. 마지막으로 이 합성법을 바탕으로 고차원적 구조/나노구조체 형성을 위한 homopolymer의 간단 합성만으로 다양한 나노구조체를 얻을 수 있는 one-shot 자기조립법과 block copolymer를 이용한 크기 제어 방법을 제안한다. 이를 통해서 1D, 2D 등 다양한 전도성 나노구조체를 매우 효율적으로 합성 가능한 획기적인 합성법을 연구할 예정이다. □ 연구개발 성과 1단계 연구 결과는 크게 세 부분이다. 먼저 Ru 촉매로 고효율/고선택성으로 다양한 신규 고분자 및 전도성 고분자를 합성하였다. 또한 Ru 촉매로 연쇄 중합법의 개념을 확장하여 다양한 고분자 재료를 합성할 뿐 아니라 기본 메커니즘 연구를 통해 더 높은 선택성과 효율을 얻어낼 수 있었다. 둘째로는 Pd, Ni, Ir 촉매로 매우 선택적인 반응을 통해서 다양한 전도성, 비전도성 고분자를 개발하였고 다양한 발광체도 발표하였다. 특히 C-H activation을 이용한 Ir 촉매 중합법은 본 연구실의 독창적 연구의 성과이다, 위의 두 합성법 연구 부분에서 리빙 중합법으로 확장시킬 수 있었던 Ru, Ni, Pd 합성법으로 다양한 복잡계 블록공중합체를 성공적으로 합성할 수 있었다. 마지막으로는 새로운 자기조립법으로 빛을 이용한 CDSA 합성법으로 1D 막대의 길이를 자유자제로 조절할 수 있는 나노구조체 형성법과 cyclopolymerization을 이용한 모양 조절 가능한 2D 나노판상 제어법 개발, 그리고 TNT 검출 가능한 1D 나노막대 형성법 개발 등을 성공적으로 발표하였다. 그리하여 1단계에 교신저자로 총 22편의 SCI 논문을 발표하였고 이중 JCR 상위 10% 논문을 20편 발표하였고 이 중 11편이 JACS, 각각 한 편의 Angew. Chemie.와 Chem. Sci., Acc. Chem. Res.에 발표되어 매우 성과가 높은 1단계 성과였다. □ 활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함) 본 연구의 과학적 기대효과로 먼저 단순 고분자를 넘어 기존에 존재하지 않았던 고차원적 복잡계/정교한 순서조절 고분자 합성이 가능해진다. 이는 복잡한 자연계를 모방 재료 뿐 아니라 새로운 촉매를 개발할 수 있는 가능성을 제시한다. 특히 간단 전도성 나노구조체 합성은 기존에 대량생산이 어려웠던 이 나노재료들에게 상용화의 가능성을 매우 높일 수 있다. 본 과제의 성과물인 독창적인 합성법 개발 결과는 다수의 해외 유수저널에 게재되어 우리나라의 과학 기술력의 저변을 넓힐 수있다. 사회적으로는 이 프로젝트에 참여한 학생들이 훌륭한 연구자로 성장하여 소재 합성의 전문가로 산학계 R&D에서 왕성한 과학/경제 활동을 할 것이다. 특히 80~90년 대 왕성했던 한국의 고분자 합성 분야가 2000년대 이후부터 응용 연구 위주로 초점이 옮겨간 후에 매우 위축되었고 축소되었으나 이런 연구단 지원으로 다시 한 번 고분자 합성에 큰 부흥시킬 수 있는 의미를 지닌다. (출처 : 국문요약문 4p) |
