UNIST, 중수소 골라내는 '고엔트로피 MOF' 개발

최원영·오현철 화학과 교수팀

최원영·오현철 UNIST 화학과 교수팀(앞줄 오른쪽부터 시계방향으로 최 교수, 남주한 연구원, 오 교수, 정민지 연구원, 조창현 연구원, 정성엽 연구원)
최원영·오현철 UNIST 화학과 교수팀(앞줄 오른쪽부터 시계방향으로 최 교수, 남주한 연구원, 오 교수, 정민지 연구원, 조창현 연구원, 정성엽 연구원)

울산과학기술원(UNIST)은 최원영·오현철 화학과 교수팀(이하 최 교수팀)이 핵융합 원료인 중수소를 효율적으로 분리할 수 있는 다공성 신소재를 개발했다고 23일 밝혔다.

최 교수팀이 개발한 다공성 신소재는 '고엔트로피 금속유기골격체(Metal-Organic Framework, MOF)'다.

MOF는 금속 이온과 유기물 리간드의 화학결합으로 내부에 기공을 형성한다. 이 기공을 좁쌀과 쌀을 분리하는 체처럼 활용하면 수소에서 중수소만 골라낼 수 있다.

최 교수팀은 MOF에 엔트로피 기반 구조 설계전략을 적용했다. 여러 유기물 리간드를 '칵테일'처럼 섞어서 '무질서도'인 엔트로피를 올렸다. 고엔트로피 상태의 MOF는 양자체 효과를 높여 수소와 중수소를 고효율로 분리할 수 있다.

엔트로피 기반 다공성 물질 설계 이미지
엔트로피 기반 다공성 물질 설계 이미지

양자체(Quantum Sieving)는 좁은 공간을 통과할 때 나타나는 확산 속도차를 이용해 물질을 분리하는 기법이다. 엔트로피가 올라갈수록 MOF 내 좁은 기공의 비율도 증가해 양자체 효율이 좋아진다. 최 교수팀은 X선 회절 분석과 수소 동위원소 파과(Dynamic Breakthrough) 실험으로 이 같은 사실을 확인했다.

고엔트로피 MOF는 기존 극저온 중수소 분리 온도(-253.15°C)보다 상대적으로 높은 온도(-162.15°C)에서 중수소 분리가 가능하다.

최원영 교수 “고엔트로피 다공성 물질을 기체 흡착과 분리에 응용한 첫 사례로 엔트로피 기반 물질 설계의 잠재력을 확인했다”며 “청정 자원 활용과 미래 에너지 기술 발전에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com