온도 변화로 입자 겉과 속 다른 코어 셸 구조 등 합성하는 기술 개발
MOF 소재 기반 촉매·센서·기체 저장장치 등 개발에 응용 가능
입자 안에 여러 MOF(금속-유기물 골격체) 소재를 원하는 형태로 섞는 합성 기술이 개발됐다. 화학반응 목적에 따라 서로 다른 종류의 MOF를 골라 배치할 수 있어 차세대 촉매 개발이나 센서 성능 향상에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
UNIST 화학과 나명수·민승규 교수 공동연구팀이 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션에 새로운 MOF 합성 기술을 발표했다고 2일 밝혔다.
다공성 고체인 MOF는 기공 안에 기체를 가두거나 특정 기체만 잡아낼 수 있어 기체 저장장치, 센서, 촉매 재료로 주목받는 차세대 소재다. 기본 단위구조 여러 개가 이어진 형태로, 이 단위구조를 이루는 금속과 유기물의 조합이 바뀌면 단위구조의 모양이 바뀌거나 화학적 성질이 달라져 새로운 종류의 MOF가 된다.
연구팀의 기술은 온도를 변화시켜 기본 단위구조의 공간 분포를 조절할 수 있는 기술이다. 온도가 높으면 A조합 단위구조는 입자 바깥에서, B조합 단위구조 합성은 입자 안쪽에서만 일어나 코어 셸 구조가 된다. 반면 온도를 낮추면 A, B 단위구조가 골고루 섞인 형태가 된다. 코어 셸 구조 여러 개로 구성된 멀티 코어 셸 구조도 가능하다.
제1저자인 성준모 연구원은 “MOF 구조 사이로 교환체가 퍼져나가는 속도는 온도에 덜 민감한 반면, 기본구조의 유기물이 교환체로 대체되는 반응은 온도에 더 민감한 원리를 이용한 합성법” 이라며 “온도조절만으로 공간 분포 조절이 가능해 쉽게 응용할 수 있다”고 설명했다.
교환체 교환 속도와 확산 속도 차이에 따른 물질의 공간 분포를 시뮬레이션한 민승규 교수는 “이론과 실험적 결과가 일치하는 우수 연구 사례로 향후 다양한 합성 후 교환 방식을 개발하는 데 지침이 될 수 있을 것”이라고 말했다.
나명수 교수는 “단위 구조체의 공간 분포를 잘 조절하면 원하는 목적에 맞는 MOF 소재를 만들 수 있다”며 “다양한 MOF 기반 센서, 촉매, 기체 저장 장치를 개발하는데 쓸 수 있을 것”이라고 기대했다.
헬로티 이동재 기자 |
