금속 유기 구조체의 새로운 개량 기술
금속 유기 구조체의 새로운 개량 기술
  • 함예솔
  • 승인 2020.06.03 16:15
  • 조회수 552
  • 댓글 0
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금속 유기 구조체의 새로운 개량 기술이 개발됐습니다. DGIST 신물질과학전공 박진희 교수팀은 금속 유기 구조체에 다양한 작용기를 도입하고 동시에 구조체의 성질을 개선하는 새로운 이중 개량 기술을 개발했습니다. 탄소 화합물에서 독특한 성질을 갖는 원자단인 작용기의 도입과 새로운 기공 구조 생성이 동시에 가능해 향후 다양한 산업분야에 응용할 수 있을 것으로 기대됩니다. 해당 연구는 <Angewandte Chemie International Edition>에 게재됐습니다. 

 

금속 유기 구조체, 구조 분석 어려웠던 이유

 

벌집 같은 다공성 기공구조를 갖는 금속 유기 구조체(MOFs; Metal-Organic Frameworks)는 단 1g이 최대 축구장 크기의 넓은 표면적을 가지며 물질의 흡착·분해가 용이해 환경 및 에너지 문제를 해결할 신소재로 각광받고 있습니다. 현재까지 8만여 개가 넘는 다양한 구조의 금속 유기 구조체가 발견됐지만 활용 관련 연구가 제한적이거나, 기능화 시킨 구조체의 구조적 분석 연구가 미비했습니다. 

탄소나노소재의 활용도를 획기적으로 높이는 방법이 개발됐습니다. 출처: fotolia
다공성 기공구조 가지는 금속 유기구조체는 단 1g이 최대 축구장 크기의 넓은 표면적 가진다. 출처: fotolia

이처럼 연구가 활발하지 않았던 이유는 기존의 개량기술의 절차가 매우 복잡해 연구에 어려움이 많았기 때문입니다. 원하는 작용기를 도입시키기 위해서는 구조체 내부에 미리 도입된 작용기와 추가적인 작용기를 도입시켜 서로 반응시켜야만 했습니다. 이처럼 여러 작용기 도입으로 인해 최종적으로 생성되는 구조체의 구조가 매우 복잡해지는 문제점이 발생했으며 이는 구조 분석을 어렵게 했습니다. 

 

기존 구조보다 흡착 능력 뛰어난 금속 유기 구조체

이중 개량 기술을 이용한 작용기와 기공의 도입 과정 및 주사 전자 현미경 사진과 기공 크기에 따른 요오드 흡착 실험. 출처: DGIST
이중 개량 기술을 이용한 작용기와 기공의 도입 과정 및 주사 전자 현미경 사진과 기공 크기에 따른 요오드 흡착 실험. 출처: DGIST

하지만 박 교수팀이 개발한 개량기술은 금속 유기 구조체 내부에 의도한 작용기를 간편하게 도입시켜 구조체의 구조 변경과 동시에 성질 변화도 가능하게끔 한 기술입니다. 이 기술은 구조체 내부에 있던 수소-탄소 결합을 탄소-탄소 결합으로 치환하는 과정에 원하는 작용기를 바로 도입시켜 기존의 기술보다도 생성된 구조의 안정성이 높고, 그 분석이 매우 수월하다는 장점을 갖습니다.

 

그 외에도 이번 개량기술을 이용하면 활용성이 높은 기공구조 제작도 함께 가능합니다. 박 교수팀은 작용기를 도입하고 이를 관찰한 결과, 금속 유기 구조체 내부에 메조 기공이 생성된 것을 발견했습니다. 2nm~50nm(나노미터) 크기의 기공을 의미하는 메조기공이 생성되면 기존의 구조보다 요오드 흡착 속도가 3~6배 빠르고 이산화탄소와 수소를 흡착하는 능력이 더 뛰어납니다. 이는 향후 공기청정 같은 환경 관련 분야, 에너지 저장 분야 등 다양한 분야에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대됩니다. 

친환경을 위해 난 다시 태어나는 거야! 출처: AdobeStock
환경에 긍정적인 역할 기대된다. 출처: AdobeStock

DGIST 신물질과학전공 박진희 교수는 "기존 개량 기술은 작용기 도입 과정이 복잡하고, 분석도 까다로웠다"며 "이번에 개발한 기술은 그러한 문제점을 극복했고 더 나아가 소재의 성질과 구조를 쉽게 변경할 수 있어 향후 추가 연구를 진행해 금속 유기 구조체의 실용화에 기여하고자 한다"고 밝혔습니다.

관련사진1.DGIST 신물질과학전공 박진희 교수(우), 이병찬 석박통합과정생(좌). 출처: DGIST
DGIST 신물질과학전공 박진희 교수(우), 이병찬 석박통합과정생(좌). 출처: DGIST

 


##참고자료##

 


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