금속유기 분자체로 초미세먼지 효과적으로 걸러낸다

2019.06.12 17:38
정낙천 DGIST 신물질과학전공 교수(뒷줄 오른쪽)와 연구진. DGIST 제공.
정낙천 DGIST 신물질과학전공 교수(뒷줄 오른쪽)와 연구진. DGIST 제공.

지름이 2.5마이크로미터(㎛, 100만분의 1미터)보다 작은 초미세먼지(PM2.5)를 효과적으로 걸러낼 수 있는 금속유기 분자체 생성 기술이 개발됐다. 

 

정낙천 대구경북과학기술원(DGIST) 신물질과학전공 교수 연구팀은 금속유기 분자체의 수분 안정성을 향상시키는 ‘배위화학적 환원법’을 개발했다고 12일 밝혔다. 배위화학은 금속 이온과 다른 분자 및 이온의 결합에 의해 생기는 화합물을 의미한다. 

 

금속유기 분자체(MOF)는 분자 내부에 빈 공간을 갖는 다공성 물질이다. 빈 공간을 활용하면 기체를 흡착시키거나 분리할 수 있어 산업뿐만 아니라 공기청정 등 다양한 분야에 응용할 수 있다. 금속유기 분자체 결합구조는 수분에 취약한 특성이 있다. 

 

연구팀은 금속유기 분자체의 수분 안정성을 위해 미백 성분으로 활용되기도 하는 물질 ‘하이드로퀴논(Hydroquinone)’을 이용했다. 하이드로퀴논으로 환원시킨 금속유기 분자체는 물속에서 몇주 동안 머물러도 분자 구조가 붕괴되지 않을 정도로 수분 안정성이 높다. 

 

하이드로퀴논으로 환원시킨 금속유기 분자체가 수분 안정성이 높은 이뉴는 하이드로퀴논이 금속이온을 수분에 강한 특정 금속유기 분자체로 선택적 환원을 유도하기 때문이다. 하이드로퀴논이 개입한 배위화학적 환원 과정으로 수분에 강한 특정 금속유기 분자체로 선택적 환원이 가능해졌다. 

 

연구팀은 이같은 배위화학 환원법을 통해 1~2나노미터(㎚, 10억분의 1미터) 크기의 작은 구멍을 지니는 금속유기 분자체를 생성시켰다. 수십에서 수백나노미터 크기의 초미세먼지보다 작고 공기 중 수분 영향에도 안정적이어서 공기청정 분야를 포함한 다양한 분야에 활용될 것으로 예상된다. 

 

정낙천 교수는 “금속유기 분자체의 수분 안정성을 확보하는 과정을 발견한 것이 큰 성과”라며 “향후 실질적으로 활용하기 위해 추가 연구를 진행할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 포항가속기연구소와 연세대 연구팀과의 공동연구로 진행됐다. 연구결과는 화학분야 국제학술지인 ‘저널 오브 더 아메리칸 케미커 소사이어티(JACS)’ 5월호에 실렸다. 

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