[사이언스21]하이브리드 나노세공체

　 기능성 재료는 표면적이 크면 클수록 기체나 액체를 흡착하거나 반응할 면적이 늘어나 더 큰 효과를 낼 수 있다. 이 때문에 ‘인공적으로 합성할 수 있는 물질 표면적의 한계’를 찾는 연구는 재료 분야 과학자들의 오랜 숙제였다. 자연계에서는 분자 크기의 규칙적인 동공구조를 한 제올라이트(Zeolite)가 가장 표면적이 높은데, 1g에 100∼300㎡, 즉 아파트 1채 정도의 표면적을 갖고 있다.

인공적으로는 물질 내부에 나노 크기의 수많은 동공이 있는 나노공동체가 가장 높은 표면적을 갖고 있다. 이 중 금속이온과 유기카르복시산이 3차원 구조로 합성된 결정성 하이브리드 나노세공체는 1g에 4000∼6500㎡, 즉 축구장 하나를 모두 덮을 수 있는 엄청난 표면적을 갖고 있다.

최근 한국화학연구원은 프랑스그룹과 공동으로 지구온난화의 주범인 이산화탄소나 수분 등을 흡착할 수 있는 초고표면적 결정성 하이브리드 나노세공체 개발에 성공했다. 이 물질은 100℃ 이하에서 다량의 표면탈수가 가능해 제습기나 건조기 등에 사용되는 기존의 수분흡착제보다 에너지 효율은 1.8배 이상, 흡착량은 4배 이상 높다.

기존 하이브리드 나노세공체는 수분에 대한 안정성이 취약한데다 값비싼 유기리간드 화합물을 사용하고 있어 대량 생산에 제약이 많았다. 하지만, 이번에 개발된 나노세공체는 물속에서 수열 합성법 또는 마이크로파 합성법에 의해 합성되기 때문에 수분안정성이 매우 높고, 폴리에스테르 고분자 모노머를 원료로 사용하기 때문에 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다.