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(서울=연합뉴스) 조승한 기자 = 올해 노벨 화학상 수상자로 선정된 기타가와 스스무, 리처드 롭슨, 오마르 야기는 분자가 드나들 수 있는 큰 구멍을 가진 금속유기골격체(MOF) 개발을 통해 화학을 위한 새로운 공간을 분자 속에 창출해냈다.
MOF는 금속 이온과 금속 이온과 결합해 복합체를 형성하는 분자인 유기 리간드가 결합해 형성된 다공성 물질이다.
화학자들은 MOF에 쓰이는 구성 요소를 다양하게 바꿔 특정 물질을 포집하고 저장하도록 설계할 수 있고, MOF 자체가 화학 반응을 유도하거나 전기를 흘리는 데도 쓸 수 있다.
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특히 내부에 미세한 구멍이 가득해 표면적이 넓어 반응성이 크고, 다양한 물질을 담을 수 있어 활용도가 무궁무진해 '21세기의 소재'가 될 것으로 전망되고 있다.
주상훈 서울대 교수는 "흡착제로 쓰이는 숯을 현미경으로 확대해보면 엄청나게 많은 구멍이 있고, 표면적이 엄청나게 넓은 물질이 된다"며 "MOF도 1g 물질이 표면적한일화학 주식
이 축구장 하나가 들어가는 특징으로 기후변화의 원인이 되는 이산화탄소를 포집하거나 물을 흡착하는 용도로도 쓰이는 등 무궁무진한 물질"이라고 말했다.
롭슨은 탄소 원자가 다른 네 개의 탄소 원자와 결합해 피라미드 구조체를 만드는 다이아몬드의 구조에 착안해 구리 이온을 네 개의 팔을 가진 분자와 결합해 질서정연하고 넓은 결정체를 만들어내는 데빛샘전자 주식
성공해 1989년 MOF의 존재를 처음 알렸다.
이 물질은 상당히 불안정한 구조 탓에 처음에는 화학자들의 관심을 끌지 못했지만, 물질을 안정화하고 특성들을 찾아낸 기타가와와 야기의 발견에 의해 그 잠재력을 입증했다.
기타가와는 구리 이온을 주춧돌로 쓴 구조로 열린 채널들이 교차하는 MOF를 만들어 기체가 구조 안팎으로 인터넷게임사이트
흐를 수 있음을 보였다.
또 무기 다공성 물질인 제올라이트와 달리 MOF는 유연하게 만들 수 있을 것으로 예측했다.
야기는 300도까지 가열해도 붕괴하지 않는 매우 안정적인, MOF의 정석 격인 'MOF-5'를 만들어냈다. MOF라는 용어도 처음 사용했다.
이 물질은 1g 물질 속에 축구장만큼 넓은 면적산타랠리
을 가지고 있어 엄청난 기체를 흡수할 수 있었고 야기는 막대한 메탄가스를 저장하거나 공기 중 수증기를 포집하는 데 응용할 수 있음도 보였다.
야기의 연구실에서 박사후연구원을 지낸 김자헌 숭실대 교수는 "롭슨은 마치 특허와 같은 논문을 냈다"며 "내부가 진공을 견딜 수 있어야 하는데 10년간 성공을 못 했는데, 기타가와와 야기는 안정적 화학 구조를 만들어내 '콜럼버스의 계란' 같은 효과를 냈다"고 설명했다.



수증기 포집, 항생제 분해 등 다양한 분야에 쓰이는 MOF 구조 [노벨위원회 제공. 재판매 및 DB 금지]


이들의 발견 이후 화학자들이 만들어낸 MOF만 수만 개에 이르며 일부는 이미 상용화돼 쓰이고 있다.
김 교수는 "야기와 기타가와는 고체화합물 물질 설계할 수 있는 규칙을 계속해서 정립해왔다"며 "고체화합물 연구자들이 상당히 의도하는 대로 디자인 합성할 수 있다는 것"이라고 말했다.
현재 MOF는 물에서 과불화화합물(PFAS)을 분리하고 미량의 의약품을 분해하는 데 쓰이며 이산화탄소를 포집하고, 사막 공기에서 물을 얻어내는 등 무궁무진한 분야에 활용되고 있다.
마찬가지로 야기 연구실에서 박사후연구원을 지낸 최경민 숙명여대 교수는 MOF를 분자로 만든 빌딩에 빗대며 "1인 가족 대상이냐, 대가족 대상이냐에 따라 평수를 조정하기도 하고 내부 구조 바꾸기도 한다"며 "이런 기술이 MOF에도 그대로 적용된다. 입주시키고자 하는 대상이 기체나 약물 같은 분자인 것"이라고 설명했다.
국내에서도 LG전자가 최근 공기청정기 필터에 MOF를 도입하는 등 실제 산업 분야에도 응용 범위가 넓어지고 있다.
아직 제조 비용 문제 등으로 전방위적인 상용화가 일어나고 있지는 않지만, 최근 MOF가 이산화탄소 포집 등에서 성과를 내며 기후변화 극복 가능성을 어느 정도 입증하면서 합성 분야 선구자인 이들에게 노벨상이 주어졌다는 평가가 나온다.
shjo@yna.co.kr
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