홍석봉 포스텍 환경공학부 교수와 신지호 연구원(박사후 연구원)은 고효율 석유화학 공업 핵심소재 제올라이트의 새로운 구조를 직접 설계, 합성하는데 성공했다고 15일 밝혔다.
이번 연구에는 샤오동 쩌우 스웨덴 스톡홀름대 교수팀과 폴라이트 영국 세이트앤드류스대 교수팀이 공동으로 수행했다. 연구결과는 세계 최고 권위 과학학술지 ‘네이처(Nature)’ 온라인판 16일자에 게재됐다.
전 세계적으로 석유화학과 천연가스 등 에너지 자원생산 효율을 높이기 위해 이산화탄소 분리 및 회수에 대한 관심이 커지고 있다. 이 때문에 이산화탄소 흡착제로 쓰이는 제올라이트가 최근 에너지와 환경산업의 핵심소재로 떠올랐다. 하지만 국내에서는 제올라이트 원천기술이 전무하다.
연구팀은 기존 제올라이트 구조를 분석, 특정 단위의 기본 구조체들이 일정한 규칙을 갖고 더해지면서 구조가 점점 확장될 수 있는 원리를 발견했다. 이 같은 규칙을 활용하면 지금보다 확장된 구조체를 만들 수 있다는 점에 착안했다.
연구팀은 제올라이트를 합성할 때 사용되는 기존 물질에다 특정 구조체 형성에 도움을 주는 무기 양이온을 추가해 한 단계 큰 제올라이트 구조체를 만드는데 성공했다.
세계 최초로 설계에 의해 제올라이트 ‘PST-20’, ‘PST-25’ 합성에 성공했다. 두 제올라이트는 현재까지 알려진 모든 무기 소재 중 가장 크고 복잡한 구조로 학계의 관심을 모으고 있다. 특히 ‘PST-20’ 제올라이트는 기존 제올라이트보다 이산화탄소를 더 많이, 더 빨리 흡·탈착한다는 것을 실험을 통해 확인했다.
홍석봉 교수는 “현재 제약분야에서 분자 설계를 통해 신약을 개발하는 것처럼 특정 용도에 필요한 제올라이트 구조를 예측한 후 설계를 통한 ‘타깃’ 제올라이트 합성이 가능하다는 것을 보여준 성과”라며 “나노다공성 재료분야에 새로운 패러다임을 제시했다”고 말했다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
