UNIST, 새로운 금속-유기골격체구조 개발…"환경 살릴 신소재"

지르코늄 기반 구조 26종 발굴

새로운 금속-유기 골격체의 합성 모식도. (UNIST 제공)

(울산=뉴스1) 조민주 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 최원영 화학과 교수팀이 차세대 탄소중립 소재로 주목받는 금속-유기골격체를 더욱 효율적으로 발굴할 수 있는 설계전략을 개발했다고 10일 밝혔다. 기존 방식으로는 찾기 어려웠던 신소재를 빠르고 쉽게 발견할 수 있는 길을 열었다는 게 연구팀의 설명이다.

연구팀이 제안한 상-하향 접근법(Up-down approach)은 기존 두 가지 접근법을 결합해 새로운 소재구조를 효율적으로 발굴하는 방식이다.

상향식은 작은 단위부터 쌓아 올리며 설계하는 방법이고, 하향식은 목표구조를 먼저 설정하고 그에 맞는 재료를 찾아간다.

연구팀은 금속 클러스터라 불리는 작은 금속 조각을 이용해 설계 가능한 구조를 먼저 탐색했다. 이어 이를 연결하는 유기연결제인 리간드를 찾아 새로운 소재구조를 완성했다.

이로써 기존 신소재 개발방식 한계를 극복하고 더 정교하게 구조설계가 가능해졌다. 금속-유기골격체는 금속과 유기물이 결합된 다공성구조로, 이산화탄소 분리와 저장, 촉매반응 등 다양한 분야에서 우수한 성능을 보여왔다.

그러나 기존에는 사전 정의된 구성 요소 혹은 구조에 의해 제한돼 합성 가능한 구조들을 폭넓게 탐색하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 지르코늄을 사용해 26개의 새로운 구조를 발견했다. 그중 두 가지는 실제로 합성하는 데 성공했다. 리간드구조를 더 정밀하게 설계할 수 있는 '리본표현법'도 도입해 합성 정확성을 한층 높였다.

제1저자 김지연 연구원은 "이 접근법은 신소재를 신속하게 탐구하고 개발할 수 있는 강력한 도구이다"고 말했다.

공동 1저자 남동식 연구원은 "촉매, 가스저장, 환경정화 등 다양한 분야에서 혁신적 소재를 빠르게 발견하는 계기를 마련했다"고 설명했다.

최원영 교수는 "금속-유기 골격체의 화학적 다양성이 크게 확장되어 활용범위가 넓어질 것"이라며 "기능성 소재연구에 새로운 전환점을 제시하게 될 것"이라고 기대감을 나타냈다.

연구는 한국연구재단(NRF)과 UNIST 지원으로 진행됐으며, KAIST 김지한 교수팀이 공동 참여했다. 연구 결과는 네이처 자매지 '네이처 신테시스'(Nature Synthesis)에 9월 5일 게재됐다.

minjuman@news1.kr