DGIST, 금속 유기구조체의 새로운 개량기술 개발

DGIST 신물질과학전공 박진희 교수(우)와 이병찬 석박통합과정생. DGIST 제공

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양) 신물질과학전공 박진희 교수팀은 금속 유기 구조체에 다양한 작용기를 도입하고 동시에 구조체의 성질을 개선하는 새로운 이중 개량 기술을 개발했다.

이에 따라 탄소 화합물에서 독특한 성질을 갖는 원자단인 작용기의 도입과 새로운 기공 구조 생성이 동시에 가능해 향후 다양한 산업분야에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

벌집 같은 다공성(多孔性) 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 있다.

현재까지 8만여 개가 넘는 다양한 구조의 금속 유기 구조체가 발견됐지만, 활용 관련 연구가 제한적이거나, 기능화 시킨 구조체의 구조적 분석 연구가 미비했다.

이처럼 연구가 활발하지 않았던 이유는 기존의 개량기술의 절차가 매우 복잡해 연구에 어려움이 많았기 때문이다. 원하는 작용기를 도입시키기 위해서는 구조체 내부에 미리 도입된 작용기와 추가적으로 작용기를 도입시켜 서로 반응시켜야만했다.

하지만 박 교수팀이 개발한 개량기술은 금속 유기 구조체 내부에 의도한 작용기를 간편하게 도입시켜 구조체의 구조 변경과 동시에 성질 변화도 가능하게끔 한 기술이다. 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 갖는다.

박 교수팀은 작용기를 도입하고 이를 관찰한 결과, 금속 유기 구조체 내부에 메조 기공이 생성된 것을 발견했다. 2nm~50nm(나노미터) 크기의 기공을 의미하는 메조기공이 생성되면 기존의 구조보다 요오드 흡착 속도가 3~6배 빠르고 이산화탄소와 수소를 흡착하는 능력이 더 뛰어나다.

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 연구로 금속 유기 구조체의 실용화에 기여하고 싶다"고 말했다