[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 일상생활 속 초미세먼지를 효과적으로 걸러줄 금속유기 분자체를 생성하는 새로운 방법을 개발했다. 향후 공기청정 분야에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

디지스트(DGIST·대구경북과학기술원) 신물질과학 전공 정낙천 교수 연구팀은 금속유기 분자체의 수분 안정성을 향상시키는 '배위화학적 환원법(Coordinative Reduction)'을 개발했다고 12일 밝혔다.

수분 안정성이 향상된 유기 분자체에 대한 모식도 2019.06.12. [자료=UNIST]

이번 연구는 환원과정과 수분 안정성 향상에 관한 메커니즘도 함께 제시하며 완성도 높은 연구결과를 도출했다는 평가를 받았다. 향후 공기청정 필터소재로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

배위화학(Coordination Chemistry)이란 금속 이온과 다른 분자나 이온의 결합에 의해 생기는 배위 화합물에 관한 화학을 말한다. 환원(Reduction)은 산소와 결합해 생성된 산화물에서 산소를 제거하고 원소로 되돌리는 과정이다.

‘금속유기 분자체’(MOF·Metal-Organic Framework)는 분자 내부에 빈 공간을 갖는 다공성 물질이다. 특히 그 빈 공간을 이용, 기체 흡착과 분리 등 공기청정과 관련된 응용이 가능해 현대 사회의 공기오염 문제를 해결할 수 있는 물질로 기대 받고 있다. 하지만 금속유기 분자체 결합구조상 수분에 취약해 관련 기술개발에 어려움을 겪어왔다.

배위화학적으로 환원된 금속유기 분자체의 단결정 구조 2019.06.12. [자료=UNIST]

이에 정낙천 교수팀은 금속유기 분자체의 수분 안정성을 위해 ‘하이드로퀴논(Hydroquinone)’을 이용했다. 피부표백제 성분으로 활용되기도 하는 하이드로퀴논을 이용해 환원시킨 금속유기 분자체는 물속에서 몇 주간 머물러도 분자 구조가 붕괴되지 않을 정도로 높은 수분 안정성을 지녔다.

높은 수분 안정성의 원인은 바로 하이드로퀴논이 금속이온을 수분에 강한 특정 금속유기 분자체로의 선택적 환원을 가능케 했기 때문이다. 일반적인 환원법으로는 불가능했지만, 하이드로퀴논이 개입한 배위화학적 환원 과정은 수분에 강한 특정 금속유기 분자체로의 선택적 환원을 실현시켰다.

이번에 배위화학적 환원법을 통해 환원된 금속유기 분자체는 1~2나노미터(nm·1nm는 10억분의 1m) 크기의 작은 구멍을 가진다. 이는 수십에서 수백나노미터 크기의 초미세먼지보다도 작고, 공기 중 수분의 영향에도 안정적이어서 향후 공기청정 분야를 포함 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

정낙천 교수는 “상상하던 환원법을 실험으로 진행해본 것이 이번 연구의 시작이었다”며 “금속유기 분자체의 수분 안정성은 연구 도중 발견한 아주 값진 성과로 향후 실질적인 활용을 위해 추가적인 연구를 진행하고자 한다”고 말했다.

연구결과는 저명한 화학분야 저널인 ‘저널 오브 더 아메리칸 케미컬 소사이어티(JACS·Journal of the American Chemical Society)’ 5월호 후면표지(Supplementary cover)로 게재됐다.

kimys@newspim.com