연구성과

홍석봉 교수팀, 새로운 결정성 유․무기 혼합분자체 발견

2015-08-11241
“제올라이트” 닮은 유무기 하이브리드 분자체 발견


홍석봉 교수, 박사과정 이준규씨
 
흔히 가솔린을 만들어 내는 등 석유화학산업에서 널리 이용되는 촉매 ‘제올라이트’와 유사하지만 전혀 새로운 혼합 분자체가 POSTECH 연구팀에 의해 발견됐다.
 
환경공학부 홍석봉 교수, 박사과정 이준규씨 팀은 유기구조유도물질*1이 무기골격에 공유결합되어 있는 새로운 결정성 유무기 혼합 분자체를 발견, 이 물질의 결정화 메커니즘을 규명해내 세계적 화학지 안게반테케미(Angewandte Chemie)지 온라인판을 통해 발표했다.
 
무기 혼합 분자체는 구멍이 많은 무기골격에 유기물이 결합된 물질로, 이 물질의 합성은 새로운 촉매나 흡착제로 활용하기 위해 그 효율이나 기능성을 조절할 수 있는 방법으로 이목을 끄는 연구다.
 
연구팀은 하이드록실기(OH)를 포함하는 트리스하이드록시에틸메틸암모늄(Tris (2-hydroxyethyl) methylammonium), 비스하이드록시에틸다이메틸암모늄(Bis (2-hydroxyethyl) dimethylammonium))을 유기구조유도물질로 사용해 합성할 수 있는 실리코알루미노포스페이트*2 분자체라고 알려진 ECR-40의 구조를 포항가속기연구소의 X-선 회절 데이터를 이용해 규명했다.

연구관련 이미지
 
그 결과 ECR-40의 경우, 유기구조유도물질을 무기원소들과 따로 합성 혼합물에 넣어주었는데도, 이들이 무기 골격 내 알루미늄과 직접적인 공유결합을 이루고 있는, 지금까지 알려진 바 없는 새로운 분자체임을 확인하였다. 또, 연구팀은 추가적으로 새로운 물질들을 적용, 다양한 분자체의 합성에도 성공했다.
연구팀은 이 부류를 FOMS(Framework-bound Organic Structure-Directing Agent-Containing Molecular Sieve)라고 이름 붙이고, 이들이 합성용액 내에서 복합체가 미리 생성되어 결정화된다는 메커니즘도 새롭게 밝혀냈다. 기존의 다공성 물질과는 전혀 다른 결과다.
 
이번에 밝혀낸 물질들은 세공이 균일하며, 유기분자와 무기골격이 강하게 결합되어 있어 특정분자에 대한 분리제나 흡착제, 촉매로 유용할 것으로 기대를 모으고 있다. 특히 이 연구를 통해 보다 큰 세공(細孔)을 갖는 유무기 분자체 합성이 이루어진다면 새로운 응용분야 개척도 가능할 것으로 연구팀은 전망했다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부 기초연구사업(리더연구자지원)의 지원을 받아 진행됐다.



1. 유기구조유도물질
제올라이트의 구조적 특징에 따라 발생되는 음전하를 보상해주기 위해 합성과정에서 첨가하는 유기 양이온. 최종 합성된 분자체 내에서 무기골격과 직접적인 공유결합이 아닌, 단순히 세공을 채우며 갇혀있는 형태로 존재함.

2. 실리코알루미노포스페이트
작은 분자들이 드나들 수 있는 직경 1나노미터 이하의 나노구멍들이 규칙적으로 뚫려 있어 가솔린 생산 및 각종 석유화학산업에서 널리 이용되는 촉매인 제올라이트의 유사 물질. 골격이 알루미늄(Al), 인(P), 실리콘(Si)으로 구성되어 있으며 분리제, 흡착제, 촉매 또는 촉매 지지체로 이용.