국내 연구진이 현재까지 알려진 합성 화합물 가운데 가장 큰 ‘공동’을 갖는 결정성 하이브리드 화합물(MOF)를 개발했다. ‘공동’은 분자나 물질 내부의 빈 공간으로, 여기에 다른 분자를 저장하거나 다시 빼낼 수 있다.

과학기술부는 김자헌 숭실대 교수팀(화학과)이 21세기 프로티어 개발사업의 일환인 고효율수소에너지 제조·저장·이용기술개발사업단의 지원을 받아 유기 분자와 금속 이온을 결합시켜 내부 지름이 최대 4.7㎚에 달하는 MOF를 합성하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.

MOF는 유기분자와 금속 이온이 교차적으로 연결돼 합성되는 과정에서 내부에 빈 공간이 있는 결정을 형성하는 물질로, 기존 물질의 공동 지름은 최대 3㎚ 이하였다. 공동이 더 커지면 구조가 불안해지기 때문에 만들기 어려운 것으로 알려져 있다.

이처럼 내부에 많은 공동을 가지고 있는 다공성 물질은 촉매나 센서 기체의 분리와 저장 등 다양한 용도로 사용될 수 있으며 특히 최근에는 수소연료 자동차 연구가 활발해지면서 수소연료 저장용 물질로 주목받고 있다.

김 교수팀이 개발한 MOF는 현재까지 알려진 모든 합성된 화합물 가운데 가장 큰 것으로 공동이 갖는 부피 또한 기존의 유사물질보다 열배 이상 크다. 때문에 수소, 메탄, 이산화탄소 등의 연료가스나 온실가스 등 다양한 분자들을 훨씬 더 많이 저장할 수 있다. 금속 이온의 형광 특성과 공동에 도입되는 외부 분자와의 광학성질이 결합하면 광학 센서로도 사용할 수 있다.

과기부는 “이러한 연구 결과는 관련 분야에 큰 기술적 파급효과를 가질 것으로 예상된다”며 “앞으로 수소를 연료로 사용하는 자동차에 필수적인 수소 저장 물질의 개발에도 많은 기여를 할 수 있을 것”으로 기대했다.

이번 연구 결과는 세계적인 화학저널인 ‘안게반테 케미(Angewandte Chemie)’ 11월호 표지 논문으로 선정됐으며, 미국화학회의 ‘케미칼 앤드 엔지니어링 뉴스(C&EN)’와 영국 화학공학회의 ‘케미스트리 앤드 인더스트리(Chemistry&Industry)’ 등에 잇달아 소개되며 세계적인 주목을 받고 있다.