| 초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 단순한 조성과 손쉬운 합성, 대칭성이 높은 골격구조, 뛰어난 수열 안정성 등의 특징을 가져 화학 및 재료과학 분야에서 광범위하게 활용될 수 있는 새로운 MOF 프로토타입 및 유도체들을 체계적으로 합성하고, 기체나 수증기 저장 분야로의 응용 가능성을 모색하고자 하였다. 특히, 여러 금속들이 연결되어 분자 상태로 존재하는 거대 클러스터 기반 분자고체, 그리고 많은 천연소재의 골격을 이루는 산화규소의 부분구조를 MOF의 빌딩블록으로 활용하기 위한 탐색합성을 집중적으로 시도하였다. 또한, 본 연구에서 합성한 다공성 결정을 이용하여 대기 중 수증기 포집이 가능한지 살펴보고 상용 소재와의 비교평가를 수행하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 *목표: 클러스터 기반 분자고체를 이용한 수증기 포집 결과: 동일한 클러스터 분자에 기반한 3종의 분자고체를 합성하고 결정구조를 규명하였음. 결정상태와 비정질 상태에서 일어나는 수증기 흡탈착 특성을 비교하여, 분자 고체의 경우 격자구조가 아닌 분자 자체의 고유 특성임을 밝혔음. 이를 바탕으로 클러스터 기반 분자고체의 대기 중 수증기 포집능력을 규명하였으며, 상용 제올라이트 대비 우수성을 입증하였음. 또한 흡착하여 내포된 수증기 양에 따라 초이온 전도체 수준으로 전도도가 매우 크게 높아진다는 사실을 발견하여 습도 센서로의 응용 가능성을 확인하였음. *목표: 클러스터 기반 MOF를 활용한 알칼리 이온 포집 및 결정구조 규명 음이온성 골격을 갖는 지르코늄 클러스터 기반 MOF를 활용하여 수용액에 용해된 알칼리 이온을 선택적으로 포집할 수 있음을 보였고, 골격체 내에 정렬된 결정구조를 규명함으로써 알칼리 이온이 골격체에 포집되는 작동 메커니즘을 제시하였음. 하나의 MOF 골격체를 이용해 5종류의 알칼리 이온을 모두 포집하여 결정구조를 규명한 최초의 연구로 평가됨. * 목표: 규산염 부분구조를 조립단위로 이용한 새로운 개념의 MOF 합성 제올라이트의 기본 단위인 규산염 블럭이 MOF의 조립단위로 도입될 수 있도록 다양한 실리콘 전구체를 활용한 용매열 합성 경로를 탐색하고 새로운 실라놀-MOF 다수를 합성함. 용액중에서 젤을 거쳐 비정질 상태로 머무르는 실리콘 전구체를 결정성 고체에 체계적으로 도입할 수 있는 접근법이 본 연구에서 확립됨에 따라 매우 다양한 종류의 새로운 MOF가 지속적으로 합성될 수 있을 것으로 판단됨. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 화학적 성질이 극명하게 차이나는 실리콘과 전이금속은 각각 제올라이트와 MOF를 대표하는 성분들이며 화학적으로 별개의 구조체로 여겨져왔다. 본 연구를 통해 실라놀-MOF가 최초로 합성되었으며 그 과정에서 확립한 용매열 합성법과 실리콘 전구체의 특징은 다공성 결정 연구의 새로운 분야로 성장할 가능성을 지니고 있다. 소재의 활용 관점에서, 본 연구는 기존의 3차원 골격체가 아닌 클러스터 기반 분자 고체가 대기 중 수증기 포집 같은 분야에 장점을 갖는다는 사실을 규명하였다. 이를 통해 상변화 과정에서 큰 에너지 변화를 수반하는 수증기를 효율적으로 포집하기 위한 소재 개발에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
