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연세소식

[연구 프론티어] 오문현 교수팀, 배위고분자 물질의 구조 추론 Vol. 604

 
오문현 교수팀, 배위고분자 물질의 구조 추론
 
 
‘미국화학회지’에 논문 게재
 
화학과 오문현 교수 연구팀(최소라, 김태호, 지호연, 이희정)의 연구 성과가 화학분야 국제 최상위 학술지인 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society. JACS)’ 11월호에 게재됐다.
 
금속 이온과 유기 분자들의 규칙적인 배열로 이루어진 배위고분자 물질(Metal-Organic Framework, 이하 MOF)은 물질 내부에 잘 발달된 기공과 넓은 표면적을 이용하여 가스 저장, 가스 분리, 촉매반응, 센싱 등 다양한 분야에 활발히 이용되고 있다.
 
이러한 배위고분자 입자를 템플레이트로 사용하고, 그 위에 다른 특성을 갖는 배위고분자 물질을 질서 있게 성장시켜 혼성 배위고분자 입자를 생성하게 되면 여러 가지 기능을 동시에 지니는 복합 특성의 소재를 합성할 수 있다. 그러나 템플레이트로 사용된 배위고분자 입자 위에 전혀 다른 구조를 가지는 배위고분자 물질의 성장에 관한 연구 및 이와 관련한 메커니즘에 대한 연구는 거의 진행되지 않았다.
 
본 연구에서는 배위고분자 입자를 템플레이트로 사용하고 그 위에 템플레이트와 다른 성분이나 구조를 지니는 배위고분자를 마이크로 크기 수준으로 성장시켰다. 결과적으로 한 입자 내에 각기 다른 성분과 구조의 배위고분자 물질이 동시에 존재하는 혼성 배위고분자 입자를 균일하고 효과적으로 형성할 수 있었다.
 
연구팀은 새로운 배위고분자를 성장시키기 위해 사용하는 유기 리간드에 따라 템플레이트 위의 모든 방향에서 배위고분자가 성장(등방 성장)하기도 하고 특정 방향에서 성장(비등방 성장)하기도 하는 흥미로운 현상을 발견했다. 이러한 원인을 규명하는 과정에서 배위고분자 입자의 내부 구조는 외부 모양으로 반영된다는 점과 템플레이트로 사용한 육각기둥 모양의 배위고분자 입자의 옆면에서만 2차 배위고분자가 성장하는 점으로부터 2차로 성장한 배위고분자의 셀 파라미터를 유추할 수 있었다.
 
위와 같은 유추는 다양한 데이터를 통해 증명됐다. 일반적으로 매크로 크기의 단결정이 아니고서는 배위고분자 물질의 내부 구조를 분석하기 어려웠지만, 본 연구에서는 배위고분자의 성장 양상과 모양으로부터 배위고분자의 내부 구조를 유추해 낼 수 있었다. 나아가 배위고분자 물질이 등방/비등방 성장하는 메커니즘을 효과적으로 설명하는 것이 가능해짐에 따라 다양한 종류의 복합 소재의 합성이 가능해질 것으로 평가된다.
 

2017.01.02

vol. 604
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