23일 '노벨상 족집게'로 불리는 글로벌 정보서비스 기업 클래리베이트 애널리틱스는 올해 물리, 화학, 생리의학, 경제학 분야에서 노벨상 수상이 유력한 전 세계 연구자 24명을 선정해 발표했다.

여기에 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 단장인 현택환 서울대 석좌교수가 올해 노벨상 수상 유력 후보로 이름을 올렸다.

이 회사는 연구 논문의 피인용 빈도가 상위 0.01% 이내이며 해당 분야에 혁신적 공헌을 해온 연구자들을 매년 노벨상 수상 유력 후보자로 선정하고 있다. 2002년부터 2019년까지 선정된 연구자들 중 54명이 실제로 노벨상을 받았고 이중 29명은 2년 내 노벨상을 수상했다.

현 교수는 20년 넘게 나노과학 분야를 연구해온 세계적 석학이다. 지금까지 발표한 400편 이상의 선도적 논문들이 관련 연구자들에게 귀감이 되고 있고 이중 7편의 논문은 1,000회 이상 인용됐다. 화학 분야에서 1,000회 이상 인용된 논문의 수는 전체 논문의 약 0.025%에 불과하다.

이번 선정에는 '나노입자를 균일하게 합성할 수 있는 표준 합성법 개발' 관련 성과가 중요한 근거가 됐다.

연구 논문의 피인용 빈도가 상위 0.01% 이내이며 해당 분야에 혁신적 공헌을 해 온 연구자들이 매년 선정된다. 2002년부터 2019년까지 선정된 연구자 중 54명이 실제로 노벨상을 받았으며, 이중 29명은 2년 내 노벨상을 수상했다. 한국인이 명단에 이름을 올린 건 이번이 세 번째다.

앞서 지난 1월, 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 현택환 단장(서울대 석좌교수) 연구팀은 미국 버클리캘리포니아대(UC버클리) 폴 알리비사토스 부총장 연구팀과 공동 연구를 통해 보도블록처럼 결정이 규칙적으로 배열돼 성능이 대폭 향상한 나노 다결정 소재를 합성하는데 성공했다.

다결정 소재란 수많은 작은 결정 알갱이들이 엉겨 붙어 만들어진다. 가격이 저렴하고, 손쉽게 만들 수 있어 태양전지 원료 폴리실리콘, 배터리의 흑연 전극 등 산업에 많이 사용된다.

공동 연구팀은 다결정 소재의 결정 알갱이를 규칙적으로 배열해 경계 결함을 균일하게 만들고, 더 나아가 원하는 대로 경계 결함 밀도와 구조를 제어해 소재의 물성을 조절하는 데 성공했다.

과학기술정보통신부와 IBS는 세계 최고 권위의 학술지 네이처(Nature, IF 43.070) 16일 표지 논문으로 게재됐다고 밝혔다.

연구진은 벽돌 여러 장이 규칙적으로 배열된 보도블록이 균일한 틈을 가진 것처럼, 나노 결정 알갱이를 규칙적으로 배열해 균일한 패턴의 경계 결함을 갖는 나노 입자를 합성했다.

이 합성법으로 결정 알갱이 개수를 조절하면 경계 결함의 밀도와 구조를 조절해 소재 성능을 개선할 수 있다. 제작한 나노 다결정을 수소 연료 전지 촉매로 사용해 본 결과 촉매 활성이 증가하며 전지 성능이 향상함을 확인했다.

더 나아가 연구진은 이 합성법을 금속과 세라믹 포함 다양한 결정 재료에 적용할 수 있음을 증명했다. 향후 반도체·배터리 등 첨단 기능성 소재의 성능 향상에 광범위하게 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구는 산업에 유용한 물성을 가진, 새로운 기능성 재료를 합성할 수 있는 산업적 의의와 함께 그간 복잡한 구조로 인해 연구가 어려웠던 경계 결함과 결정 재료의 물성 사이의 상관관계를 체계적으로 연구할 플랫폼을 제공했다는 데 학문적 의미가 있다고 과기정통부는 평가했다.

현택환 교수는 이날 "서울대 교수로 임용될 당시 미국 박사과정에서 연구해왔던 분야가 아닌 새로운 분야에 도전해보자는 결심을 했고, 그 당시에 떠오르던 나노과학 분야 연구에 뛰어들게 됐다"고 말했다.

한편 이번 선정에는 '나노입자를 균일하게 합성할 수 있는 표준 합성법 개발' 관련 성과가 중요한 근거가 됐다. 그는 완전히 새로운 접근으로 원하는 크기의 균일한 나노입자를 만들어낼 방법을 고안해냈다. 기존 방식으로 나노물질을 합성하면, 입자의 크기가 저마다 다르게 생산돼 필요한 크기의 입자만 골라 사용해야 했다.

현 교수는 다양한 시도 끝에 실온에서 서서히 가열하는 승온법으로 바로 균일한 나노입자 합성에 성공했다. 이 연구는 2001년 미국화학회지(JACS)에 게재됐으며, 현재까지 1,660회 인용됐다. 이후 균일한 나노입자의 대량 합성 방법을 개발해 2004년 12월 '네이처 머터리얼스(3,000회 인용)'에 발표했다.

현 교수는 2012년 기초과학연구원(IBS)에 합류해 나노입자 연구단을 이끌고 있다. 특히, 올해는 그의 연구 인생에 있어 '기적의 해'로 평가될 만큼 네이처와 사이언스 등 주요 학술지에 우수한 연구성과들을 연달아 발표하며 국제 과학계에서 다시금 주목받고 있다.

현 교수는 "묵묵히 함께 연구를 해 온 제자들과 공동연구를 수행했던 동료과학자들의 도움, 그리고 장기간 한 분야에서 꾸준히 연구할 수 있었던 상황 덕분에 이 같은 영예를 얻을 수 있었다"며 "연구자를 믿고 중장기적 관점에서 지원해준 과학기술정보통신부, 서울대, 기초과학연구원에 진심으로 감사한다"고 말했다.

한편, IBS 소속으로는 현택환 단장을 포함해 지금까지 세 명의 연구자가 노벨상 수상 유력 후보로 선정됐다. 2014년 유룡 IBS 나노물질 및 화학반응 연구단장(KAIST 교수)은 기능성 메조다공성물질 설계 관련 연구로, 2018년 로드니 루오프 IBS 다차원 탄소재료 연구단장(UNIST 교수)은 탄소 소재 기반 슈퍼커패시터 연구로 명단에 이름을 올렸다.