UNIST 백종범 교수팀 개발
UNIST 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀은 고체 상태의 유기물 결정에 열을 가할 때 폭발적인 반응이 나타나고, 이때 3차원 다공성 유기물 구조체가 만들어진다는 사실을 규명해 자연과학 분야 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션'에 발표했다고 20일 밝혔다.
3차원 다공성 물질은 표면적이 넓어 촉매의 지지체나 기체 저장 분야에서 많이 사용된다. 대표적인 다공성 물질은 무기물인 '제올라이트'로, 최근에는 이보다 내구성이 더 좋은 유기물로 다공성 물질을 만들려는 연구가 활발하다. 주로 기체나 액체 상태에서 화학반응을 유도해 3차원 다공성 유기물 구조체를 만드는 접근법을 따르고 있지만, 이 경우 후처리가 필요하고 반응결과물의 순도도 높지 않다는 한계가 있었다.
백 교수팀은 고체 상태의 유기물을 가열하는 간단한 공정으로 3차원 다공성 유기물 구조체를 합성하는 새로운 접근법을 제시했다. 일반적으로 고체 상태의 유기물에 열을 가하면 쉽게 녹아버리지만, 연구팀에서 만든 '유기물 단결정'(HEA)은 열을 주면 폭발적인 화학반응을 일으키며 순식간에 3차원 다공성 물질로 변한다.
이번 논문의 제1저자인 배서윤 박사는 "고체 상태에서는 반응을 유도하면 후처리 과정이 필요 없어 친환경적이다"며 "순도 높은 반응결과물을 얻을 수 있어 기체나 액체 상태에서 화학반응을 일으키는 것보다 장점이 많다"고 설명했다.
이번에 사용된 유기물 단결정(HEA)은 아세칠틸렌기가 6개가 붙어 있고, 결정구조 안에 물과 아세톤 분자가 일정량 규칙적으로 포함돼 있다. 연구진이 HEA 단결정에 열을 가하자 짧은 시간에 폭발적인 반응이 일어나며 3차원 다공성 유기물 구조체로 변했다. 이때 HEA 단결정은 마치 총알이 발사되는 과정과 유사한 경로를 거쳐 변하게 된다.
백종범 교수는 "이번 연구는 유기물 재료를 합성하는 새로운 방법을 제시했을 뿐 아니라 합성된 재료를 광범위하게 응용할 수 있는 가능성을 제시했다"며 "고체 상태 반응을 이용한 새로운 재료 합성법은 학술적 가치가 높은 뿐 아니라 잠재적 응용가치도 커서 많은 분야에서 곧바로 주목 받을 것"이라고 말했다.
남도영기자 namdo0@
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