초록 ▼

숯, 스펀지, 방습제. 주변에서 흔히 볼 수 있는 이 기능성 소재들은 ‘다공성 (porous)’ 물질이라는 공통점을 가지고 있다. 말 그대로, 빈 공간이 많이 있다는 뜻이다. 스펀지가 다량의 물을 흡수 할 수 있는 것은 소재 자체의 특성이라기보다 무수히 많이 뚫려 있는 작은 구멍에 물이 내포되기 때문이다. 식탁용 김에 방습제로 들어 있는 실리카겔의 경우 물에 대한 친화력이 우수하기도 하지만, 눈에 보이지 않는 작은 구멍에 물 분자가 흡착한다는 점에는 차이가 없다. 예로부터 의약품으로 혹은 각종 정화제로 사용되던 숯 역시 특정 물질,

숯, 스펀지, 방습제. 주변에서 흔히 볼 수 있는 이 기능성 소재들은 ‘다공성 (porous)’ 물질이라는 공통점을 가지고 있다. 말 그대로, 빈 공간이 많이 있다는 뜻이다. 스펀지가 다량의 물을 흡수 할 수 있는 것은 소재 자체의 특성이라기보다 무수히 많이 뚫려 있는 작은 구멍에 물이 내포되기 때문이다. 식탁용 김에 방습제로 들어 있는 실리카겔의 경우 물에 대한 친화력이 우수하기도 하지만, 눈에 보이지 않는 작은 구멍에 물 분자가 흡착한다는 점에는 차이가 없다. 예로부터 의약품으로 혹은 각종 정화제로 사용되던 숯 역시 특정 물질, 예컨대, 중금속, 단백질 찌꺼기, 농약 잔류물 등을 흡착할 수 있는 미세한 공간을 많이 가지고 있다. 석유화학 산업에서는 제올라이트 계열의 다공성 물질이 매우 중요한 역할을 한다. 대략 나노미터 크기의 세공을 갖는 이들은 끓는점이 높은 중질유를 분해하여 휘발유, 엘피지, 경유 등을 제조하는 이른바 ‘크래킹 (cracking)’ 공정에 촉매 활성을 보이기 때문에 천문학적 수치에 가까운 경제적 가치를 지니고 있다.[1] 또한, 공동의 제한된 크기를 이용하여 혼합물을 분리하는 분자체 (molecular sieve)로 사용할 수도 있고, 내포된 양이온을 은이온으로 치환하여 항균 및 살균제로 제품화하기도 한다.
한편, 제올라이트와는 전혀 다른 화학적 조성을 가지면서도 촉매, 분리, 이온교환, 기체저장 등 기존의 물질이 갖는 응용성을 가질 수 있는 것으로 보고된 새로운 종류의 다공성 결정물질이 알려져 있다. 금속-유기 골격구조(metal-organic frameworks)라고도 부르는 배위고분자 (coordination polymers) 형태의 이 결정성 물질은 전이금속 이온이 유기리간드에 의해 일차원, 이차원 혹은 삼차원으로 무한히 연결된 구조를 갖는다.[2] 이 물질은 조성의 특성으로 인해 합성과 구조의 변형이 용이하고, 초기조건의 변화를 통해 손쉽게 결정물질로 유도해낼 수 있다는 장점을 지니고 있다. 결정성을 갖는다는 것은 분자수준에서의 구조 규명을 위한 엑스선 회절실험이 가능할뿐 아니라 시료의 물리적 성질이 일관되며 재현성 있게 나타난다는 것을 의미하기 때문에 재료분야의 연구에서 매우 큰 장점이라 할 수 있다. 1990년대 초반 소수의 연구자에 의해 본격화된 이 분야의 연구는 열적으로 안정한 다공성 3차원 골격구조와 키랄 촉매활성을 갖는 2차원 층상구조 등이 학계 최고 권위의 학술지에 발표되면서 폭 넓은 관심을 얻게 되었고,[3] 현재는 전 세계적으로 매년 1,000 편 이상의 논문이 국제저명학술지에 등재될 정도로 중요한 연구 분야가 되었다.[2f] 이와 같은 폭발적인 증가는 이 분야의 초기연구에서 제기되었던 낙관적인 응용가능성에 대한 자연스러운 검증으로 이어졌고, 그 결과 현재는 천연가스 (LNG), 액화석유가스 (LPG)및 수소와 같이 산업적으로 유용한 기체를 효율적으로 저장하기위한 연구로 관심이 모아지고 있다.[4] 최근에는 5,900 $m^{2}$/g이라는 전례 없이 높은 비표면적을 갖는 다공성 배위고분자의 합성이 학계에 보고되기도 하였다.

목차 Contents

• 결과보고서 ...1
• 차례 ...2
• I. 연구목적 및 방법 ...3
• 1. 당초 연구의 목적, 필요성 및 연구목표 ...3
• 2. 당초 연구 내용, 범위 및 방법 ...5
• II. 연구수행 내용 및 결과 ...9
• 1. 1년차 연구수행 내용 ...9
• 2. 2년차 연구수행 내용 ...15
• 3. 3년차 연구수행 내용 ...18
• III. 연구성과 및 활용계획 ...23
• IV. 참고문헌 ...25