교육과학기술부(장관 안병만)는 숭실대 김자헌 교수팀이 미국 캘리포니아대(UCLA) 야기(Yaghi)교수팀과 공동으로 유기분자와 금속 이온을 결합시켜 세계에서 가장 큰 표면적을 갖는 신물질을 개발했다고 5일 밝혔다.
이 신물질은 나노다공성 하이브리드 화합물 MOF(Metal-Organic Framework)로, 1g이 1만㎡(100m×100m) 크기의 운동장을 덮을 수 있을 정도의 세계 최대의 표면적을 갖는 기초원천소재다.
이는 기존의 다공성물질 보다 무려 60%나 표면적이 증가한 것이며 다공성 물질이 가질 수 있는 최고값에 근사한 것으로 추정된다.
'다공성물질'이란 내부에 1~100nm 크기의 빈 공간을 갖는 물질인데, 특히 다공성 하이브리드 MOF는 매우 규칙적으로 배열된 균일한 크기와 모양의 기공을 가지고 있어 촉매나 기체 저장물질로 유용하다.
또 수소나 온실 가스 등을 친환경적이며, 경제적으로 분리.회수.재사용하는데 활용되 미국과 영국 등 선진국에서 활발한 연구가 진행되고 있다.
신물질은 특히 수소 연료 자동차나 가정용 연료전지의 작동에 필수적인 수소 저장 물질 개발과 CO2 저장 기술에 유용할 것으로 보인다.
표면적이 큰 물질은 많은 양의 기체를 저장할 수 있기 때문. 신물질은 수소를 -196°C, 80기압에서 15중량 퍼센트까지 저장할 수 있어, 기존 최대 다공성물질 보다 50% 증가된 저장량을 갖는다.
또 현재 수소저장을 위해 사용 중인 700기압의 고압용기 대신 80기압을 사용함에 따라 보다 안전하게 많은 양의 수소를 저장할 수 있고 이산화탄소를 지중 매설하기 전에 지상에서 임시 보관하는 데도 유용하다.
이번 연구에서 김 교수팀은 비슷한 기공 크기를 유지하면서도 훨씬 가벼운 소재를 사용, 적은 양으로 매우 큰 표면적을 구현할 수 있는 합성 방법을 신물질 개발에 적용했다.
숭실대 김자헌 교수는 “다공성 물질의 표면적 향상은 저장용량의 증대로 이어져 수소뿐만 아니라 이산화탄소의 포획과 같은 생태학적 응용에도 새로운 지평을 열 것”이라고 기대했다.
이번 연구 결과는 <사이언스(Science)> 7월 1일자 인터넷판에 소개됐다. 김 교수팀은 2007년에도 세계 최대 수준의 4.7nm 크기의 공동을 갖는 하이브리드 화합물(MOF)을 합성하는데 성공한 바 있다.
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