[대전=뉴스핌] 최태영 기자 = 카이스트(KAIST)는 9일 EEWS대학원 강정구 교수 연구팀이 금속유기골격체(metal organic framework, MOF)의 각 세부 기공에서 분자의 흡착 거동을 실시간 분석할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

강정구 교수 [사진=KAIST]

현재 직면한 에너지와 환경문제를 극복하기 위해서는 온실가스인 이산화탄소, 고용량 에너지 전달체인 메탄, 수소 분자 등을 고용량으로 저장할 수 있는 새로운 기공구조의 개발이 필수적이라는 게 과학계 중론이다.

이에 따라 기체 분자들의 흡착 거동을 실시간 분석해 새로운 소재를 개발하는 방식이 주목받고 있다.

그러나 기존 기술로는 소재 내에서 흡착된 기체 분자의 양만 파악할 수 있어 흡착 거동을 직접 관찰할 수 없다는 문제점이 있다. 또 소재를 구성하는 기공별 가스의 흡착 거동을 분석할 수 없는 실정이다.

강 교수 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 구조적 정보를 얻을 수 있는 X-선 회절 측정 장비와 기체흡착 측정 장비를 결합한 실시간 기체흡착 X-선 회절 시스템을 개발했다.

연구팀은 이 시스템이 넓은 비표면적을 갖고 있어 이산화탄소, 수소, 메탄 등의 저장에 매우 용이한 신규소재인 MOF의 흡착과정을 실시간 관찰할 수 있다고 설명했다.

특히 단일기공구조가 아닌, 여러 기공이 존재하는 MOF의 흡착 거동에 대해 분석할 수 있다고 전했다.

연구팀은 MOF 분자들의 흡착 거동을 기공별로 분리해 관찰 및 측정함으로써 기존에 분석할 수 없었던 분자들의 순차적 흡착과정을 확인했다고 강조했다.

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 예정이다”라고 말했다.

이번 연구는 네이처 케미스트리 5월 13일자 온라인판에 게재됐다. 

실시간 기체흡착 X-선 회절 시스템 도식. 시료가 있는 공간의 압력은 기체흡착 측정장치에 의해 조절된다. X-선 발생장치에서 주사된 X-선이 시료를 통과한 뒤 산란된 X-선 신호를 검출기에서 받아서 구조 정보를 측정한다. [자료=KAIST]

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