심층 분석 통해 찾아낸 공통점으로 ZIF 구조 변환 알고리즘 설계
고성능 수소 저장체로 사용 가능할 것
(서울=내외방송) 세탁 세제 등 주로 흡착제로 사용되는 '제올라이트'의 단점을 보완한 새로운 물질이 출현할 전망이다.
UNIST(울산과학기술원)는 3월 2일 "최원영 화학과 교수 연구팀이 금속-유기물 다공성 고체(구멍이 많이 뚫린 고체, 이하 MOFs)의 한 종류인 '제올라이트 모방 다공성 고체(이하 ZIF)'의 구조를 예측하는 데 성공했다"고 밝혔다.
제올라이트는 다공성 고체로 기체 분리와 저장, 촉매 작용 등 산업의 여러 분야에서 쓰인다.
하지만 기공의 크기가 크지 않고, 화학적 환경을 조절하는 것이 쉽지 않아 대체 물질의 필요성이 제기되고 있다.
연구팀은 화학 작용기(분자 내에서 비슷한 성질을 띠는 원자 그룹을 묶어서 분류)를 통해 기공의 화학적 환경 조절과 제올라이트의 구조적 특성을 모두 잡을 수 있는 ZIF에 주목했다.
200만개가 넘는 제올라이트 구조 중에서 ZIF로 구현이 가능한 구조를 살펴본 결과 이들의 공통점이 발견됐다.
발견된 세 가지 공통점을 구조 기술자(분류)로 정의하고, 207개의 ZIF 구조로 변환하는 알고리즘이 짜여졌다.
연구팀은 207개 후보군의 밀도범함수이론(공간적으로 분포돼 있는 전자의 밀도를 다룸)을 활용해 가상의 결정구조와 안정화된 구조의 에너지를 계산했다.
뿐만 아니라 ZIF 구조의 다공성에 주목해 미래 에너지 자원으로 촉망받는 고성능 수소 저장체로서 사용할 수 있다는 것도 확인했다.
최원영 교수는 "이번 연구는 다공성 물질 설계에 청사진을 제공할 것"이라며, "새로운 다공성 소재의 발견 시기를 빠르게 앞당길 것으로 기대된다"고 말했다.
이수찬 연구원이 제1저자로 참여한 이 연구는 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '스몰(Small)'에 최근 온라인 게재됐다(논문명: Unveiling Hidden Zeolitic Imidazolate Frameworks Guided by Intuition-Based Geometrical Factors).
