[이데일리 김응열 기자] 이화여대가 온도에 따라 기공 입구가 열리고 닫히면서 기체 방출을 조절하는 새로운 다공성 물질을 개발했다.

이화여대는 문회리 화학·나노과학전공 교수 연구팀이 금속 유기 골격체(Metal-organic framework·MOF)의 기공 입구에 달린 유연한 분자 사슬이 온도에 따라 열리고 닫히며 분자 밸브처럼 작동하는 다공성 물질을 개발했다고 19일 밝혔다. 이번 연구는 울산과학기술원(UNIST), 한국과학기술원(KAIST)과 공동으로 진행됐다.

금속-유기 골격체(MOF)와 같은 다공성 물질은 기체를 흡착·저장·분리하는 핵심 소재다. 그러나 지금까지는 기체의 방출 온도가 주로 흡착점의 결합 세기와 가열 조건에 의해 정해져 방출 온도 자체를 설계·조절하기는 어려웠다. 특히 ‘얼마나 담느냐(흡착)’에 비해 ‘언제 내보내느냐(방출)’를 제어하는 연구는 상대적으로 부족했다.

공동연구팀은 전체 골격 구조와 넓은 내부 공간은 그대로 유지하면서 기공 입구에만 유연한 알콕시 곁사슬을 도입한 물질을 설계했다. 이 곁사슬은 저온에서는 입구를 막아 기체를 가두고 온도가 오르면 사슬이 움직이며 입구를 열어 기체를 한꺼번에 방출한다. 탄소가 하나 적은 부톡시(C₄) 물질이 평범한 저온 방출을 보인 것과 달리 탄소 하나의 차이만으로 기체의 출입 특성이 크게 달라진 것이다.

연구팀은 기체를 가둔 온도를 바꾸는 것만으로 방출 온도를 연속적으로 조절할 수 있는 새로운 작동 원리도 규명했다. 이를 통해 연구팀은 온도로 여닫는 ‘분자 밸브’ 개념을 정립했고 분자동역학 시뮬레이션을 통해 온도에 따라 기공 입구 크기가 변하는 과정을 확인했다.

이번 연구 성과는 기체 저장·분리, 센서, 촉매 등 다양한 분야로 확장될 수 있을 것으로 기대된다. 문 교수는 “이번 연구는 수소 동위원소 분리를 비롯한 다양한 기체 응용으로 확장될 수 있다”고 설명했다.