울산과학기술원(UNIST)은 화학과 최원영 교수 연구팀이 금속-유기물 다공성 고체의 한 종류인 제올라이트(Zeolite) 모방 다공성 고체(ZIF)의 구조를 예측하는 데 성공했다고 2일 밝혔다. UNIST에 따르면 제올라이트는 산업에서 중요한 다공성 고체로, 기체 분리, 저장 및 촉매 작용 등 여러 분야에서 사용된다.
하지만 기공의 크기가 크지 않고 화학적 환경을 분자 수준에서 조절하는 것이 쉽지 않다.
ZIF는 화학 작용기를 통한 기공의 화학적 환경 조절과 제올라이트의 구조적 특성을 모두 잡을 수 있는 소재다. 연구팀은 200만 가지 이상의 제올라이트 구조 중에서 ZIF로 구현할 수 있는 구조를 살폈다.
먼저 기존에 합성된 ZIF 구조를 심층 분석해 보편적인 공통점을 찾아냈다.
연구팀은 찾아낸 세 가지의 인자들을 구조 기술자(structural descriptors)로 정의하고, 새로운 ZIF 제안 알고리즘에 적용했다. 이를 통해 200만개가 넘는 제올라이트 구조로부터 합성될 가능성이 높은 207개의 ZIF 구조들을 제시했다.
연구팀은 밀도범함수 이론을 이용해 최종 207개 ZIF 후보군의 가상 결정 구조와 안정화된 구조의 에너지를 계산했다.
또 이 ZIF 구조의 다공성에 주목해 고성능 수소 저장체로서의 사용 가능성을 확인했다. 최원영 교수는 "이번 연구는 합성화학자에게 기존의 시행착오 접근법에 기반한 합성 전략을 넘어 다공성 물질 설계에 청사진을 제공할 것"이라며 "새로운 다공성 소재 발견 시기를 빠르게 앞당길 것으로 전망된다"고 말했다.
연구 결과는 나노화학 및 재료 분야 학술지인 '스몰'(Small)에 9일 자로 온라인 게재됐다.
연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 선도연구센터지원사업, 미래수소원천기술개발사업, UNIST 탄소중립융합원연구사업의 지원을 받아 이뤄졌다.