세 가지 다른 세부기공을 갖는 금속유기골격체에서의 분자의 흡착 거동
[대전=일요신문] 육군영 기자 = KAIST EEWS대학원 강정구 교수 연구팀이 온실가스인 이산화탄소, 고용량 에너지 전달체인 메탄, 수소 분자 등을 고용량으로 저장할 수 있는 새로운 기공구조를 개발했다.
연구팀은 금속 유기골격체 분자들의 흡착 거동을 기공별로 분리해 관찰 및 측정함으로써 기존에 이번 연구는 ‘네이처 케미스트리(Nature Chemistry)’ 5월 13일자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Isotherms of Individual Pores by Gas Adsorption Crystallography)
온실가스가 일으키는 각종 환경문제를 극복하기 위해서는 고용량 에너지 전달체인 메탄, 수소 분자 등을 저장 할 수 있는 새로운 기공구조가 필수적이지만 기존 기술로는 소재 내에서 흡착된 기체 분자의 양만 파악할 수 있어 흡착 거동을 직접 관찰할 수 없다는 단점이 있다.
또 소재를 구성하는 기공별 가스의 흡착 거동을 분석할 수 없다는 문제점도 있었다.
강정구 교수 연구팀은 문제 해결을 위해 구조적 정보를 얻을 수 있는 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 측정 장비와 기체흡착 측정 장비를 결합한 실시간 기체흡착 X-선 회절 시스템을 개발했다.
이 시스템은 넓은 비표면적을 갖고 있어 이산화탄소, 수소나 메탄 등의 저장에 매우 용이한 신규소재인 금속 유기골격체의 흡착과정을 실시간 관찰할 수 있다.
특히 단일기공구조가 아닌 여러 기공이 존재하는 금속 유기골격체의 흡착 거동에 대해 분석하며 기존에 분석할 수 없었던 분자들이 순차적으로 흡착되는 과정을 확인했다.
연구팀은 이번 연구를 활용해 기공의 구조 및 흡착 분자의 종류가 흡착 거동에 어떤 영향이 있는지 체계적, 정량적으로 분석했다.
그 결과과 각각의 흡착에 어떤 구조의 금속 유기골격체가 저장 소재로 가장 적합한지에 대한 방안도 함께 제시할 수 있었다.
KAIST EEWS대학원 강정구 교수
강 교수는 “각 기공 분자의 실시간 흡착 거동을 정량적으로 분석해 기공의 화학적 성질과 구조적 특성이 흡착 거동에 미치는 영향을 밝혔다”며 “분자의 실시간 흡착 거동을 물질 전체가 아닌 물질을 구성하는 세부 기공 수준에서 이해함으로써 새 고용량 저장 물질을 세밀하게 개발하는 데 활용할 예정”이라고 말했다.
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