[진주=뉴스핌] 이경구 기자 = 경남과학기술대학교 에너지공학과 오현철 교수팀은 '플렉시블 금속-유기 골격체'에서 중수소에 의해서만 기공이 열리는 흡착 현상을 세계 최초로 발견해 학계 주목을 받고 있다.

사진왼쪽부터 오현철 교수, 문회리 교수, 오인환 박사[사진=경남과기대]2020.07.22 lkk02@newspim.com

오현철 교수팀은 UNIST 문회리 교수, 한국원자력연구원 오인환 박사가 공동으로 진행했으며 울산대 강성구 교수, FRM-II 박지태 박사가 참여했다.

이 내용은 미국화학회지(JACS) 온라인 속보로 공개됐으며 그 중요성을 인정받아 표지 논문으로 선정됐다.

수소의 동위원소인 '중수소'는 미래의 에너지라 불리는 인공태양을 만드는 핵심 에너지원이다. 미래 에너지원으로 꼽히는 핵융합 발전의 핵심원료이자, 원자력 발전과 연구용 장비 등에 쓰이는 대체 불가능한 자원이다.

그러나 지구상에 존재하는 중수소는 전체 수소 중 0.016%로 극히 미미하고 수소 혼합물에서 중수소를 분리하기도 어려워 고가에 거래되고 있다.

플렉시블 금속-유기 골격체는 외부의 자극에 대해 반응하여 구조가 바뀌면서 기공 크기가 변하는 독특한 성질의 다공성 물질이다.

기체의 종류나 압력에 의해 선택적으로 기공이 팽창할 수 있기 때문에 복잡한 설계 없이 '크기가 다른' 기체를 분리하는 데 활용할 수 있다.

그러나 크기나 모양이 같은 동위원소의 경우 기존의 플렉시블 금속-유기 골격체로부터 이러한 선택적 반응을 기대하기 어려워 이를 통한 분리가 거의 불가능하거나 매우 정밀한 (온도 및 압력) 설계가 필요했다.

오현철 교수팀은 대표적인 플렉시블 금속-유기 골격체인 'MIL-53'에서 특정 온도 및 압력 하에서는 중수소에 의해서만 기공이 열리는 호흡 현상이 존재한다는 사실을 처음 발견했다.

플렉시블한 다공성 물질이 특정 동위원소에 의해서만 기공이 열리는 현상을 처음 보고한 연구라 학계에서 더욱 주목받고 있다.

이를 바탕으로 수소 동위원소 기체를 만날 때 기공 구조가 바뀌는 'MIL-53(Al)'을 선택해 중수소 흡착에 의해서만 구조 변화가 일어날 수 있는 조건을 찾는 데 성공했다.

이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 중견연구자지원사업, 원자력기초연구사업 등의 지원으로 수행됐다.

오현철 교수는 "이번 연구는 플렉시블 금속-유기 골격체의 기공 크기가 특정 동위원소에만 선택적으로 반응해 구조가 변하는 새로운 흡착 현상을 세계 최초로 발견한 데 큰 의의가 있는 것"이라며 "이를 활용하면 복잡하게 분리 시스템을 설계하고 가공하지 않아도 경제적인 동위원소 분리 및 중수소 농축이 가능하다"고 설명했다.

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