'총알이 발사되듯' 0.1초 만에 유기물 다공성 물질 만든다

다공성 유기물 구조체 만드는 고체 반응 발견

0.1초만에 ‘다공성 유기물 재료’ 만든다

【울산=뉴시스】박일호 기자 = 국내 연구진이 총알이 발사되듯 순식간에 '다공성 유기물 재료'를 만들 수 있는 원리를 밝혀냈다.

UNIST(총장 정무영)는 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀이 고체 상태의 유기물 결정에 열을 가할 때 폭발적인 반응이 나타나고, '3차원 다공성 유기물 구조체'가 만들어진다는 것을 밝혀냈다고 20일 밝혔다.

이 내용은 지난 17일 자연과학 분야 세계적 권위지인 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)' 온라인판에 발표됐다.

3차원 다공성 물질은 표면적이 넓어 촉매의 지지체나 기체 저장 분야에서 많이 사용되는 물질이다. 대표적인 다공성 물질은 무기물인 제올라이트이다.

최근에는 내구성이 더 좋은 유기물로 다공성 물질을 만들려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 주로 기체나 액체 상태에서 화학반응을 유도해 3차원 다공성 유기물 구조체로 만드는 접근법이다.

기존의 접근법을 사용할 경우 후처리가 필요하고 반응결과물의 순도가 높지 않다.

반면 백 교수팀은 고체 상태의 유기물을 가열하는 간단한 공정으로 3차원 다공성 유기물 구조체를 합성하는 새로운 접근법을 제시했다.

일반적으로 고체 상태의 유기물에 열을 가하면 쉽게 녹아버리지만, 백 교수팀이 만든 '유기물 단결정(HEA)'은 열을 주면 폭발적인 화학반응을 일으키며 순식간에 3차원 다공성 물질로 변한다.

이 같이 고체 상태에서 반응을 유도하면 후처리 과정이 필요 없어 친환경적이고, 순도 높은 반응결과물을 얻을 수 있어 기체나 액체 상태에서 화학반응을 일으키는 것보다 장점이 많다고 백 교수팀은 설명했다.

HEA 단결정의 기본구조는 9개의 HEA 분자와 1개의 물 분자, 2개의 아세톤 분자로 이뤄지는데, 이 중 물과 아세톤의 끓는점이 낮기 때문에 폭발적인 반응이 일어난다는 게 연구진의 분석이다.

백종범 교수는 "이번 연구는 유기물 재료를 합성하는 새로운 방법을 제시할 뿐만 아니라 합성된 재료를 광범위하게 응용할 수 있는 가능성을 제시한다"며 "고체 상태 반응을 이용한 새로운 재료 합성법은 잠재적 응용가치가 커서 많은 분야에서 주목 받을 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구에는 UNIST 자연과학부 박노정·나명수 교수, 김동욱·신동빈 박사과정 연구원, 에너지 및 화학공학부 자비드 마무드·전인엽·정선민 박사, 신선희·김석진 박사과정 연구원 등이 참여했다.

piho@newsis.com

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