국내 연구진이 공기나 용액 등이 자유롭게 드나들 수 있도록 나노 다공성 금속산화물*을 만들 수 있는 간단하고 저렴한 합성법을 개발해냈다.
* 나노 다공성 금속산화물 : 청동이나 철 등의 금속을 산소와 결합시킨 금속 화합물 입자 내부에 지름이 머리카락 굵기의 수 만분의 1인 미세한 구멍이 있는 물질
울산과기대(UNIST) 친환경에너지공학부 문회리 교수와 나노생명화학공학부 주상훈 교수 연구팀의 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 지원하는 일반연구자지원사업으로 수행되었고, 연구결과는 화학 분야 최고 권위지 중 하나인 미국화학회지(J. Am. Chem. Soc.) 온라인판 5월 7일자에 게재되었다.
– 한편 이 연구결과는 사이언스(Science)지 에디터스 초이스(Editor’s Choice)에도 6월 중 게재될 예정이다.
(논문명 : Nanoporous Metal Oxides with Tunable and Nanocrystalline Frameworks via Conversion of Metal−Organic Frameworks )
기존 계면활성제를 이용하여 기공을 만드는 방법은 고온의 공정이 필요하여, 고내열성인 실리카 이외의 금속에 적용하기에는 한계가 있었다.
연구팀은 금속이온과 유기 리간드*가 규칙적으로 결합된 물질에 열처리를 함으로써 직경 1.4nm부터 100nm에 이르기까지 다양한 크기의 기공을 갖는 금속 산화물을 합성해냈다.
합성된 다공성 마그네슘 산화물은 기공으로 인한 표면적 확대로 반응효율이 좋아져 기공이 없는 상용 마그네슘 산화물에 비해 이산화탄소 흡착능이 10배 높은 것으로 나타났다.
* 무기화합물 속에서 중심원자에 결합되어 있는 이온 또는 분자의 총칭
또한 연구팀은 기존에 쓰이던 방향족* 대신 지방족** 유기 리간드로 대체하여 공정온도를 낮춤으로써 고온으로 인한 입자 뭉침을 극복했다.
고리구조가 없는 지방족 유기 리간드의 경우 입자가 뭉쳐지기 전에 휘발되면서 기공을 만들게 되며, 또한 스스로가 기공 유도물질***로 작용하기 때문에 따로 계면활성제가 필요 없다.
* 방향족(aromatic) : 분자 속에 벤젠고리를 가진 유기화합물로 벤젠의 유도체
** 지방족(aliphatic) : 분자 속에 탄소원자가 고리구조를 갖지 않는 유기화합물
*** 기공 유도물질(porogen) : 기공을 형성하는 물질
한편 이 방법은 마그네슘이나 세륨, 망간 등 다양한 금속 산화물 합성에 응용될 수 있다는 것과 반응조건을 적절히 조절하면 원하는 크기의 기공을 얻을 수 있는 것도 장점이다.
문 교수는“이 연구는 저렴한 지방족 유기 리간드인 아디프산을 금속-유기 골격체에 도입하여 활용도가 높은 나노 다공성 금속산화물을 쉽게 합성할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것”이라고 밝혔다.
주 교수는“산업적으로도 응용성이 높은 금속산화물의 구조를 제어했다는 점에서, 다양한 금속을 이용한 후속 응용연구가 가능할 것으로 기대한다”고 덧붙였다.
