숭실대 김자헌 교수팀
획기적인 수소저장 신물질이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
4일 교육과학기술부에 따르면 숭실대 김자헌 교수팀은 유기분자와 금속 이온을 결합해 세계에서 가장 큰 표면적을 갖는 나노 다공성(多孔性) 하이브리드 화합물(MOF) 신물질 개발에 성공했다.
다공성물질의 표면적이란 정확하게는 랑뮤어(Langmuir) 표면적인데, 물질 표면에 기체가 흡착될 때 단분자층을 형성한다는 이론 모델을 통해 계산된 표면적을 가리킨다. 다공성물질은 내부에 1∼100㎚ 크기의 빈 공간을 갖는 물질로 특히 다공성 하이브리드 MOF는 규칙적으로 배열된 균일한 크기와 모양의 기공이 있어서 촉매나 기체 저장물질로 유용하다. 또 MOF는 금속 이온과 유기 분자가 연결돼 형성된 골격 구조의 결정성 물질을 말한다.
미국 캘리포니아주립대(UCLA)와 공동으로 이뤄진 이번 연구는 지난 1일 사이언스 인터넷판에 소개돼 우수성을 입증했다.
김 교수팀이 개발한 나노다공성 MOF는 1g이 1만㎡ 크기의 운동장을 덮을 수 있을 정도의 세계 최대 표면적을 갖는 기초원천소재다. 이 값은 기존 다공성물질보다 60% 향상된 것이며, 다공성 물질이 가질 수 있는 최고값에 근접한 것으로 추정된다.
표면적이 큰 물질은 많은 양의 기체를 저장할 수 있다는 점에서 이번에 개발된 물질을 사용하면 안전하게 많은 양의 수소를 저장할 수 있다는 분석이다. 또 향상된 물성을 활용해 이산화탄소를 매설하기 전에 지상에서 임시 보관하는 것도 가능하다.
김 교수는 “다량의 수소를 저장할 수 있는 새로운 재료의 필요성이 대두되는 시점에서 다공성 물질의 표면적 향상은 저장용량의 증대로 이어져 수소뿐 아니라 이산화탄소의 포획과 같은 생태학적 응용에도 새로운 지평을 열 것”이라고 밝혔다.
앞서 김 교수팀은 지난 2007년에도 세계 최대 수준의 4.7㎚ 크기의 공동(空洞)을 갖는 하이브리드 화합물을 합성하는 데 성공한 바 있다. 이번 연구에서 김 교수팀은 비슷한 공동 크기를 유지하면서도 훨씬 가벼운 소재를 사용해 적은 양으로 더 큰 표면적을 구현하는 합성 방법을 적용했다.
황태호기자 thhwang@etnews.co.kr
