금속 유기 구조체 개량...공기청정기 응용 가능성 높여

[이데일리 강민구 기자] 공기청정기술, 에너지 저장, 센서, 약물 전달에 응용할 수 있는 기술이 나왔다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 박진희 신물질과학전공 교수팀이 금속 유기 구조체에 다양한 작용기를 도입하면서 구조체의 성질을 개선하는 이중 개량 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

이중 개량 기술을 이용한 작용기와 기공의 도입 과정, 주사 전자 현미경 사진과 기공 크기에 따른 요오드 흡착 실험.<자료=대구경북과학기술원>

금속 유기 구조체(MOFs)는 벌집 같은 다공성 기공구조를 갖췄다. 단 1g이 최대 축구장 크기의 넓은 표면적을 나타낸다. 물질의 흡착·분해가 쉬워 환경·에너지 문제를 해결할 새로운 소재로 주목받고 있다.

그동안 8만여 개가 넘는 다양한 구조의 금속 유기 구조체가 발견됐지만, 활용 연구가 제한되거나 기능화시킨 구조체의 구조 분석 연구가 미비했다. 기존 개량기술의 절차가 복잡해 연구에 어려움이 많았기 때문이다.

원하는 작용기를 도입하려면 구조체 내부에 미리 도입된 작용기와 추가 작용기를 도입해 서로 반응시켜야 했다. 여러 작용기를 도입하면서 최종 생성되는 구조체의 구조가 복잡해져 구조 분석을 어렵게 했다.

이에 박진희 교수팀은 금속 유기 구조체 내부에 의도한 작용기를 간편하게 도입해 구조체 구조를 변경하고, 성질 변화도 가능케 했다. 구조체 내부에 있던 수소·탄소 결합을 탄소·탄소 결합으로 치환하는 과정에 원하는 작용기를 바로 도입해 기존 기술보다 구조 안정성이 높고, 분석을 쉽게 하도록 했다.

기술을 이용하면 활용성이 높은 기공구조 제작도 가능하다. 박 교수팀은 작용기를 도입해 금속 유기 구조체 내부에 2나노미터에서 50나노미터 크기의 기공을 갖는 메조기공이 생성된 것을 관찰했다.

메조기공이 생성되면 기존 구조보다 요오드 흡착 속도가 3~6배 빠르고 이산화탄소와 수소를 흡착하는 능력이 뛰어나다.

박 교수는 “작용기 도입 과정이 복잡하고, 분석도 까다로웠던 기존 개량기술의 한계를 극복했다”며 “추가 연구를 통해 금속 유기 구조체의 실용화에 기여하겠다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)’에 지난달 27일 게재됐다.