컴퓨터로 다공성 복합재료 설계…실제 합성 첫 성공

KAIST·UNIST 연구팀 성과…"촉매·센서 등에 활용 기대"

국내 연구진이 컴퓨터 설계를 바탕으로 새로운 방식의 다공성 복합재료 합성 기술을 개발했다.

26일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 김지한 생명화학공학과 교수 연구팀은 울산과학기술원(UNIST) 문회리 화학과 교수팀과 함께 새 금속 유기 구조체 합성 과정을 학계에 보고했다.

금속 유기 구조체는 다양한 금속 이온 집합체와 유기 리간드로 구성된 화합물이다.

리간드는 중심원자에 결합한 이온이나 분자를 말한다.

금속 유기 구조체 복합재료가 경계면에서 서로 어떻게 결합하는지는 아직 정확히 알 수 없었다.

8만여개 금속 유기 구조체 중 표면에서 서로 결합할 수 있는 조합을 일일이 눈으로 찾아내는 것 자체에 많은 시간이 필요하기 때문이다.

김지한 교수의 시뮬레이션팀은 직접 개발한 컴퓨터 알고리즘을 활용해 기존에 발표된 8만여개 데이터를 분석했다.

이를 바탕으로 특정 구조체의 결정면과 상호 연결될 수 있는 결정면을 가진 금속 유기 구조체 쌍을 얻었다.

양자역학 시뮬레이션으로 두 금속 유기 구조체 경계면의 안정적인 구조도 예측했다.

문회리 교수팀은 시뮬레이션 결과를 바탕으로 여섯 종류의 새로운 금속 유기 구조체 복합 재료를 성공적으로 합성했다.

김지한 교수는 "세계 최초로 나노 다공성 복합물질을 이론적으로 디자인해 합성한 사례"라며 "새로운 복합재료 개발을 위해 필요한 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 것"이라고 말했다.

연구팀은 금속 유기 구조체 결정면 위에 다른 구조체가 하나의 구조로 자라나는 원리를 함께 규명하기도 했다.

문회리 교수는 "실험과 컴퓨터 시뮬레이션 협력 연구를 통해 그간 합성이 어려웠던 다기능 다공성 복합재료를 설계하고 합성한 것"이라고 설명했다.

이번 기술은 촉매나 바이오 센서 등 발전에 파급 효과를 가져올 수 있을 것으로 연구팀은 기대했다.

연구는 삼성전자 미래기술육성센터 지원을 받아 수행했다.

KAIST 권오민 박사과정과 UNIST 김진영 박사가 공동 1 저자인 논문은 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature communications) 9일 자 온라인판에 실렸다.

/연합뉴스