경북대학교는 김웅 환경공학과 교수팀이 독성 유기용매를 대체할 친환경 용매인 심층 공융용매(DES)를 활용한 차세대 기능성 소재인 'DES-MOF'의 설계 원리와 제조 메커니즘, 미래 응용 가능성을 체계적으로 정리한 리뷰논문을 발표했다고 27일 밝혔다.
이번 연구는 기존 소재의 독성과 구조적 불안정성 한계를 극복하고, 온실가스 포집·오염물질 제거·센서·에너지 등 다양한 산업 분야에 적용 가능한 친환경 소재 정밀 설계의 학문적·기술적 토대를 제시했다.
금속-유기 골격체(MOFs)는 금속 이온과 탄소 기반 유기 연결체를 결합해 만든 나노 수준의 입체 구조체다. 넓은 내부 표면적과 조절 가능한 기공 구조를 갖춰 온실가스 포집이나 오염물질 흡착용 기능성 소재로 주목받아 왔다.
그러나 기존 제조 공정에서는 독성이 강한 유기용매가 다량 사용되며, 수분이나 화학적 환경에 대한 안정성이 낮을 뿐만 아니라 높은 생산 비용이 상용화의 한계로 지적돼 왔다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 생분해성이 우수하고 제조가 간단하며 독성이 낮은 '심층 공융용매(DES)'를 활용한 DES-MOF 기술에 주목했다. DES는 MOF의 구조적 안정성과 기능성을 향상시킬 수 있는 친환경 용매로 평가된다.
이번 연구에서 연구팀은 지난 10년간 발표된 DES-MOF 관련 연구를 체계적으로 분석해 친환경 합성, 결정 및 기공 구조 제어, 표면 기능화, 흡착·센서 및 환경·에너지 분야의 응용 기술 등을 종합 정리했다. 아울러 DES가 MOF의 결정 성장과 활성점 형성, 구조적 결함 및 표면 특성 제어에 미치는 작용 메커니즘을 종합적으로 제시했다.
이를 바탕으로 DES-MOF가 이산화탄소 등 온실가스 선택적 포집, 휘발성 유기화합물(VOCs) 제거, 중금속 및 난분해성 오염물질 제거, 의약품·식품 유해물질 검출용 고감도 센서, 차세대 에너지 저장 및 촉매 소재 등 다양한 분야에 적용될 수 있음을 제시했다.
김웅 교수는 “이번 연구는 친환경성과 기능성을 동시에 확보할 수 있는 DES-MOF 기술의 미래 발전 방향을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 향후 탄소중립 사회 구현을 위한 환경·에너지 소재 개발뿐만 아니라 바이오 및 반도체 소재 분야까지 활용 범위를 확대할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 최근 화학공학 분야 세계적 국제학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 게재됐다. 제1저자는 경북대 대학원 건설환경에너지공학부 비슈와짓 차브다 박사후연구원, 교신저자는 김웅 환경공학과 교수다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
