대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 박진희 신물질과학전공 교수팀이 금속 유기 구조체에 다양한 작용기를 도입하고, 동시에 구조체 성질을 개선하는 새로운 이중 개량기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
탄소 화합물에서 독특한 성질을 갖는 원자단인 작용기의 도입과 새로운 기공 구조 생성이 동시에 가능해 향후 다양한 산업 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
벌집 같은 다공성 기공구조를 갖는 금속 유기 구조체(MOFs)는 단 1g이 최대 축구장 크기 표면적을 가지며 물질의 흡착·분해가 용이해 환경과 에너지 문제를 해결할 신소재로 각광받고 있다. 현재까지 8만여개가 넘는 다양한 구조의 금속 유기 구조체가 발견됐지만, 관련 연구가 제한적이거나 구조적 분석 연구가 미비했다. 이는 기존 개량기술 절차가 매우 복잡해 연구에 어려움이 많았기 때문이다.
원하는 작용기를 도입시키기 위해서는 구조체 내부에 미리 도입된 작용기와 추가 작용기를 도입시켜 서로 반응시켜야만 했다. 이처럼 여러 작용기 도입으로 인해 최종적으로 생성되는 구조체의 구조가 매우 복잡해지는 문제점이 발생하면서 구조 분석을 어렵게 했다.
박 교수팀이 개발한 개량기술은 금속 유기 구조체 내부에 의도한 작용기를 간편하게 도입시켜 구조체의 구조 변경과 동시에 성질 변화도 가능한 기술이다. 구조체 내부에 있던 수소-탄소 결합을 탄소-탄소 결합으로 치환하는 과정에 원하는 작용기를 바로 도입, 기존 기술보다 생성된 구조의 안정성이 높고 분석도 쉬워졌다.
이번 개량기술을 이용하면 활용성이 높은 기공구조 제작도 가능하다. 작용기를 도입하고 이를 관찰한 결과, 금속 유기 구조체 내부에 메조 기공이 생성된 것을 발견했다. 2~50나노미터(㎚) 크기 기공을 의미하는 메조기공이 생성되면, 기존 구조보다 요오드 흡착 속도가 3~6배 빠르고 이산화탄소와 수소를 흡착하는 능력이 더 뛰어나다. 향후 공기청정과 같은 환경이나 에너지 저장 등 다양한 분야에 활용 가능하다.
박진희 교수는 “기존 개량기술은 작용기 도입 과정이 복잡하고 분석도 까다로웠다”면서 “이번에 개발한 기술은 소재의 성질과 구조를 쉽게 변경할 수 있어 향후 추가 연구를 통해 금속 유기 구조체 실용화를 앞당길 것”이라고 말했다
DGIST 신물질과학전공 이병찬 석·박통합과정생이 제1저자로, 박진희 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구결과는 최근 국제학술지 '앙게반테 케미'에 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
