★ 8월 2일(목) 조간부터 보도하여 주시기 바랍니다.

보도자료 2012. 8. 1(수)	함께하는 공정사회 더 큰 희망 대한민국 교육과학기술부 Ministry of Education, Science and Technology
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새로운 개념의 수소저장 물질 개발 - 화학분야 세계적 권위지‘안게반트 케미’중요논문 선정 -

□ 교육과학기술부(장관 이주호)는 ‘21세기 프론티어 수소사업단’의 숭실대학교 김자헌(48) 교수팀이 분자 골격간의 변환을 자유롭게 조절할 수 있는 새로운 개념의 수소저장 물질을 개발했다고 밝혔다.

□ 수소는 미래 에너지 문제를 궁극적으로 해결할 수 있는 청정에너지원으로 한국을 비롯해 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다.

○ 특히 각국 연구진은 수소를 수소연료자동차 등에 이용하기 위해 충분한 양의 수소를 작고 가벼운 저장물질에 담을 수 있는 기술을 연구해왔다.

○ 현재 수소를 고압으로 압축하여 저장하는 방식이 주류를 이루고 있는데, 저장용기의 부피를 줄이는 동시에 낮은 압력에서도 안전하고도 효율적으로 수소를 저장하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.

□ 이러한 낮은 압력 저장방법의 하나로 현재 주목받고 있는 방식은 MOF*와 같은 나노다공성 물질에 수소를 저장하는 것이다.

* MOF(Metal-Organic Framework) : 금속 이온과 유기 분자가 연결되어 형성된 골격구조를 갖는 결정성 물질로서 골격표면과 나노기공에 수소 저장 가능

○ MOF는 금속 이온과 유기 분자들의 규칙적인 배열로 이루어져 있으며 결정 내에 다양한 크기의 기공을 갖고 있어 수소 저장에 유리하다.

□ 김자헌 교수팀은 MOF 이중 골격을 제작하여 수소가 흡착할 수 있는 표면적을 증가시키고, 불필요한 기공 부피를 줄여 저장 효율을 증가시키는 연구를 중점 수행해왔다.

□ 이번 연구에서 김 교수팀은 단일골격의 MOF를 섭씨 300도에서 가열하여 두개의 단일 골격이 서로 엮여 있는 이중골격 구조를 만들었는데,

○ 가열하는 온도와 용매의 공급 조절에 따라 금속이온과 용매분자의 결합구조가 변화하여 다양한 형태의 구조체가 형성되었고,

○ 각각의 구조체는 고유한 기체 흡착 특성을 지니고 있어 이 성질을 이용하면 한 가지 MOF에서 다양한 종류의 기체저장 물질을 생성할 수 있음을 보여주었다.

□ 김교수는 “이번 연구를 통해 수소와의 상호작용력을 조절할 수 있는 새로운 형태의 MOF의 개발이 가능하며, 수소를 포함한 여러 기체 저장 및 분리에 광범위하게 응용할 수 있다” 고 연구의 의의를 밝혔다.

□ 이번 연구결과는 화학분야의 세계적인 권위지인 독일화학회의 ‘안게반트 케미’(Angewandte Chemie)에 7월 17일 게재 되었으며 중요논문으로 선정되었다.

붙임 1. 연구결과 개요 / 2. 용어설명 / 3. 그림설명

연 구 결 과 개 요

Reversible Interpenetration in a Metal-Organic Framework Triggered by Ligand Removal and Addition

(Angew. Chem. Int. Ed.  - 2012. 7. 17. 게재)

나노다공성 물질에 수소를 저장하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 금속 이온과 유기 분자들의 규칙적인 배열로 이루어진 MOF는 결정 내에 다양한 환경의 나노기공을 가져서 수소 저장에 유리하다. 특히 금속이온과 유기분자의 구조와 작용기를 조절하거나 골격의 구조를 조절하여 수소와의 상호작용력 증진 시킬 수 있는 여지가 많기 때문이다. 그 중 하나는 골격의 상호관통을 유도하여 수소가 흡착할 수 있는 표면적을 증가시키고, 동시에 불필요한 기공 부피를 줄이는 MOF의 개발이다.

MOF는 금속과 유기분자에 의해 다양한 네트워크 구조들이 형성되며, 단일 네트워크 구조나 둘 이상의 네트워크가 서로 엮여 있는 구조가 만들어 질 수 있다. 이런 MOF의 구조는 반응 시 생성되는 안정한 구조로 한번 형성되면 다른 구조로 쉽게 변할 수 없다.

본 연구팀에서 개발한 물질은 삼차원 네트워크 구조가 변하며 이에 따라 기체를 저장할 수 있는 기공의 부피도 변화하는 특성을 보인다. 이 변화는 온도에 의해 조절 가능하며, 금속 이온에 붙어있던 용매분자가 제거되면서 주위의 화학결합이 부분적으로 끊어지면서 새로운 안정한 구조로 변하고 반대로 용매분자를 충분히 공급하면 다시 초기 구조로 변하게 된다.

특히, 변환 도중에 여러 중간 단계 구조들이 만들어지고 각각의 구조는 고유한 기체 흡착 특성을 지니고 있어, 이 성질을 이용하면 한 가지 MOF에서 많은 종류의 기체저장 특성을 갖는 물질들을 유도해 낼 수 있어서 수소를 포함한 여러 기체 저장 및 분리에 광범위하게 응용할 수 있다.

본 연구결과는 일반적인 예상을 뛰어넘는 것으로, 결정성 화합물의 삼차원 네트워크 구조가 연속적으로 그리고 가역적으로 변화되는 물질을 합성하고 그 조절 가능성을 증명한 것이다.

이번 연구결과는 수소와의 상호작용력을 조절할 수 있는 새로운 형태의 MOF 개발이 가능하다는 것을 보여준다. 김자헌 교수팀은 이러한 원리를 이용하여 수소저장량과 상호작용이 동시에 증가될 수 있는 새로운 MOF 개발에 박차를 가하고 있다.

용  어  설  명

□ 결정

분자가 규칙적으로 배열되며 생성되는 고체. 소금, 다이아몬드, 실리콘     등이 결정성 화합물이다.

□ 공동 또는 기공

분자나 물질 내부의 빈 공간이며 영어로는 pore 또는 cavity이다. 이 공간에 다른 분자를 저장할 수 있고, 다시 빼 낼 수도 있다.

□ 다공성 물질

Porous material. 내부에 공동을 갖는 물질로 공동의 크기에 따라서 미세         (micro) 다공성, 메조(meso) 다공성 물질 등으로 나뉜다.

□ MOF

Metal-Organic Framework의 첫 글자를 따서 만든 약어. 금속 이온과      유기 분자가 연결되어 형성된 골격(framework) 구조를 갖는 결정성 물     질 군을 나타낸다.

그 림 설 명

<그림 1> MOF 결정구조와 그 변환.

파란색 다면체로 표현된 아연 금속이온들을 유기물 리간드가 연결하여 분자

골격을 이루고 있으며, 분홍색으로 표시된 배위 용매가 떨어지면서 녹색으로

표시된 골격과 파란색으로 표시된 단일골격이 이중골격 구조로 바뀌게 된다.