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연세소식

[연구 프론티어] 지구온난화의 주범을 잡는 히어로들

연세대학교 홍보팀 / news@yonsei.ac.kr
2017-12-28

지구온난화의 주범을 잡는 히어로들

 

유·무기 복합 다공체 융합 연구실

 

 

우리 대학교 대학원과 미래융합연구원은 다양한 전공의 대학원생들이 모임과 협력을 통해 창의적인 역량을 배양할 수 있도록 ‘Junior 융합 연구그룹’을 모집해 융·복합 사고 역량 강화를 위한 도전적인 연구에의 관심을 지원하고 있다. 본 프로그램을 통해 다양한 전공의 학생들이 함께 연구함으로써 융합연구 문화의 기반을 조성할 수 있을 것으로 기대된다.

 

<연세소식>에서는 지원 대상자로 선발된 대학원생 연구팀을 만나 학생들의 연구 아이디어를 직접 들어보는 시간을 마련했다. 이번 호에서는 ‘유·무기 복합 다공체’를 연구하고 있는 김민범(화공생명·석박통합 9학기), 정수용(화학·석사 4학기), 이승준(화공생명·석박통합 9학기), 김서율(화공생명·석박통합 6학기), 김영헌(화학·석박통합 2학기), 이진욱(화학·석사 2학기) 씨를 만나 연구 이야기를 들어봤다.

 

 

1. 팀 소개 부탁드립니다.

 

 A. 김민범) 저희는 화학과 화공생명학을 융합해 유·무기 복합 다공체(Metal organic framework) 연구를 진행하고 있는 팀입니다. 저희 팀은 저와 수용 씨를 중심으로 꾸려졌고, 저희 둘이 2016년에 과제 제안서를 준비하면서 인연을 맺은 게 여기까지 오게 됐어요. 한 가지 목표를 내기 위해서 6명의 사람이 모여 함께 연구하고 있습니다.

 

2. 각 학문은 팀에서 어떤 역할을 하고 있나요?

 

 A. 정수용) 화학과에서는 화학을 기반으로 새로운 물질을 만들거나 규명하는 연구를 많이 하고 있어요. 그래서 주로 물질 간의 합성과, 합성 이후 물질에 대한 분석을 하고 있죠. 합성 이후에 물질을 분석하는 것을 특성규명이라고 해요. 특성규명에는 여러 가지 방법이 있는데, 저희는 주로 단결정 구조분석이라고, 화합물의 구조를 3차원으로 보는 분석 방법을 이용하고 있어요. 이 방법을 통해서라면 원자와 원자 간 거리나, 어떤 각도로 모델이 형성 돼 있는지를 알 수 있죠. 그래서 화공생명학과에서 필요하다고 이야기 하는 구조를 합성해요.

 

김민범) 화공생명학과에서는 주로 실생활이나 산업에 적용하는 것을 목표로 해요. 그래서 실제 적용을 하기 위해서 화학과의 도움을 받고 있습니다.

 

3. 연구 주제는 무엇인가요?

 

 A. 저희는 유·무기 복합 다공체를 이용해서 ‘지구 온난화’의 진행속도를 늦추는 방법을 찾고 있어요. 이번 겨울 유난히 춥잖아요. 저도 이번에 공부를 해서 알게 된 건데(웃음) 북극에서 찬 공기를 감싸고 있던 제트기류가 무너져서 찬 공기가 우리나라에까지 내려오게 되는 거라고 하더라고요. 지구 온난화가 여전히 심각한 문제임을 알려주는 신호라고 볼 수 있죠.

 

유·무기 복합 다공체는 금속과 유기 화합물로 이뤄진 물질이에요. 금속이 꼭짓점으로, 유기 화합물들은 뼈대가 돼 이뤄져 있는 거죠. 정육면체 모양을 떠올리면 이해하기가 쉬워요. 유기 화합물과 금속이 결합하게 되면 특정한 화학적 특성을 갖기도 하고, ‘기공’, 즉 빈 공간이 만들어져요. 그리고 이 공간은 다양한 방법으로 이용되고 있어요. 촉매가 되기도 하고 흡착을 가능하게 하기도 하죠. 유·무기 복합 다공체의 장점은 유기물과 금속 종류를 바꿔서 다양한 활용이가능하다는 거에요. 이를테면 유기물의 길이를 길게 들이면 기공의 크기를 키울 수 있고, 짧게 줄이면 기공의 크기를 줄일 수 있죠. 탄소 등으로 만든 기존 다공체보다 사용자가 원하는 대로 바꿀 수 있는 장점이 있어요.

 

이런 유·무기 복합 다공체의 기공을 이용해서 지구온난화를 가속화시키는 특정 가스를 공정 등의 과정 속에서 잡아내, 배출되지 못하게 한다면 지구온난화의 속도를 늦출 수 있다고 생각했어요. 현재 상황보다 더 이상 심각해지지 않게끔 말이에요. 대부분 지구온난화 가스 6가지 중에 가장 많은 영향을 미치는 가스를 이산화탄소(CO₂)라고 알고 있지만, 이산화탄소는 지구온난화를 야기시킬 수는 있어도 촉진시킬 수는 없어요. 지구온난화를 촉진시키는 가스로는 SF₆나 CF₄가 대표적이에요. 그래서 저희가 만든 유·무기 복합 다공체를 통해서 가스 흡착 시스템을 만든다면, 공정과정 내에서 나오는 가스 배출을 막아 지구온난화가 더 심각해지지 않을 수 있다고 생각해요. 그래서 저희는 우선 ‘유·무기 복합 다공체’를 만드는 걸 연구의 핵심으로 해요.

 

4. 연구의 진행상황은 어떤가요?

 

A. 초창기에는 특정 가스들을 대기 중에서 잡아낼 수 있는 모델들을 대상으로 스크리닝 기법을 통해 후보군을 설정했어요. 후보군을 변형시켜가면서 성능을 평가하고 있고, 지금은 최종적으로 3가지 정도 후보군을 추렸어요.

 

그리고 후보군을 보완하는 작업도 함께하고 있어요. 이런 물질로 제품을 만들 때에는 특정 가스를 선택해 흡착할 수 있는 선택성과 더불어 ‘안정성’을 바탕으로 한 재현성이 필요해요. 선택성의 경우 이 물질이 의미를 가지려면 가장 필요한 특징이기 때문에 높이는 데에 최선을 다하고 있어요. 이게 되게 어렵거든요(웃음). 그리고 안정성의 경우, 이 물질이 처음에는 특정한 가스를 잡아낼지 몰라도 과정을 계속 반복하다보면 효율이 떨어지게 돼요. 이 물질이 효율이 떨어지지 않게끔 구조를 유지하고 기존의 특성을 유지해야 산업에서 사용할 수 있잖아요. 그래서 안정성을 높이는 게 중요해요. 지금은 여러 가지 변형을 통해서 연구를 진행하고 있는 상황입니다. 최종적으로는 논문화도 하고 싶어요.

 

5. Junior 융합 연구 프로그램을 선택한 이유는 무엇인가요?

 

A. 우선 화학과와 화공생명학과는 각각 한계점이 있는 것 같아요. 화학과의 경우는 실제에 적용하는 것은 하지 않고 화공생명학과의 경우 화학과에서 물질을 만들고 분석하는 것보다는 전문성이 떨어질 수밖에 없고요. 그래서 융합이 필요하다고 생각했고, 이 프로그램을 선택하게 됐어요. 융합 연구를 통해서 커다란 문제를 해결할 수 있을 것만 같았고요. 본래 저희는 왕래하고 있었지만 체계적인 융합연구는 하지 못했어요. 그래서 체계를 갖춘 프로그램 하에서 회의하고 이야기 하면서 서로 성장하고 싶었어요.

 

6. Junior 연구 프로그램을 통해 얻은 게 있다면 무엇인가요?

 

A. 김민범) 서로 부족한 것을 채울 수 있는 게 좋았어요. 제가 갖고 있지 못한 화학과의 지식을 공유하는 과정에서 배우는 게 참 많아요.

 

정수용) 자연과학을 하는 입장에서 공학과 연계를 하다 보니 막연한 목표가 아니라 ‘뚜렷한 목표’가 생겨서 좋아요. 구체적인 목표가 생기면 도달하기 위해 더 많은 노력을 하게 되잖아요. 결과도 좋고. 지금 이 프로그램을 통해 응용력을 갖춰서 제 지식을 온전하게 갖추는 중입니다.

(취재 : 오지혜 학생기자)

 

vol. 614
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