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 금속 유기 구 조체 의 새로운 개량 기술 개발 
 조회 . 453 
 등록 일 . 2020 . 05 . 27 
 DGIST 박진희 교수 팀 , 금속 유기 구 조체 에 작용기 와 메조 기공 을 동시 에 도입 하 는 새로운 이중 개량 기술 개발 
 손쉬운 특성 변경 과 기공 크기 조절 등 다양 한 분야 에서 의 활용 기대 돼 
 [ DGIST 신 물질 과학 전공 박진희 교수 ( 오른쪽 ) , 이병찬 석박 통합 과정 생 ( 왼쪽 ) ] 
 DGIST 신 물질 과학 전공 박진희 교수 팀 은 금속 유기 구 조체 에 다양 한 작용기 를 도입 하 고 동시 에 구조 체의 성질 을 개선 하 는 새로운 이중 개량 기술 을 개발 했 다 . 탄소 화합물 에서 독특 한 성질 을 갖 는 원자단 인 작용기 의 도입 과 새로운 기공 구조 생성 이 동시 에 가능 해 향후 다양 한 산업 분야 에 응용 할 수 있 을 것 으로 기대 된다 . 
 이 처럼 연구 가 활발 하 지 않 았 던 이유 는 기존 의 개량 기술 의 절차 가 매우 복잡 해 연구 에 어려움 이 많 았 기 때문 이 다 . 원 하 는 작용기 를 도입 시키 기 위해서 는 구조 체 내부 에 미리 도입 된 작용기 와 , 추가 적 으로 작용기 를 도입 시켜 서로 반응 시켜야만 했 다 . 이 처럼 여러 작용기 도입 으로 인해 최종 적 으로 생성 되 는 구조 체의 구조 가 매우 복잡 해 지 는 문제점 이 발생 했으며 이 는 구조 분석 을 어렵 게 했 다 . 
 하지만 박 교수 팀 이 개발 한 개량 기술 은 금속 유기 구조 체 내부 에 의도 한 작용기 를 간편 하 게 도입 시켜 구조 체의 구조 변경 과 동시 에 성질 변화 도 가능 하 게끔 한 기술 이 다 . 이 기술 은 구조 체 내부 에 있 던 수소 - 탄소 결합 을 탄소 - 탄소 결합 으로 치환 하 는 과정 에 원하 는 작용기 를 바로 도입 시켜 기존 의 기술 보다 도 생성 된 구조 의 안정 성 이 높 고 , 그 분석 이 매우 수월 하 다는 장점 을 갖 는다 . 
 그 외 에 도 이번 개량 기술 을 이용 하 면 활용 성 이 높 은 기공 구조 제작 도 함께 가능 하 다 . 박 교수 팀 은 작용기 를 도입 하 고 이 를 관찰 한 결과 , 금속 유기 구조 체 내부 에 메조 기공 이 생성 된 것 을 발견 했 다 . 2 nm ~ 50 nm ( 나노미터 ) 크기 의 기공 을 의미 하 는 메조 기공 이 생성 되 면 , 기존 의 구조 보다 요오드 흡착 속도 가 3 ~ 6 배 빠르 고 이산화 탄소 와 수소 를 흡착 하 는 능력 이 더 뛰어나 다 . 이 는 향후 공기 청정 같 은 환경 관련 분야 , 에너지 저장 분야 등 다양 한 분야 에 긍정 적 인 영향 을 줄 것 으로 기대 된다 . 
 DGIST 신 물질 과학 전공 박진희 교수 는 “ 기존 개량 기술 은 작용기 도입 과정 이 복잡 하 고 , 분석 도 까다로웠 다 ” 며 “ 이번 에 개발 한 기술 은 그러 한 문제점 을 극복 했 고 더 나아가 소재 의 성질 과 구조 를 쉽 게 변경 할 수 있 어 , 향후 추가 연구 를 진행 해 금속 유기 구조 체의 실용화 에 기여 하 고자 한다 ” 고 말 했 다 
 한편 , 이번 연구 결과 는 국제 학술지 ‘ 앙 게 반 테 케미 ( Angewandte Chemie International Edition ) ’ 에 4 월 27 일 ( 월 ) 게재 됐 다 . 본 연구 에 는 DGIST 신 물질 과학 전공 이병찬 석 · 박통 합 과정 생 이 제 1 저자 로 , 박진희 교수 가 교신 저자 로 참여 했 다 . 
 Microscopic and Mesoscopic Dual - Post - Synthetic Modifications of Metal - Organic Frameworks 
 yeongchan Lee , Dohyun Moon , and Jinhee Park 
 ( Angewandte Chemie International Edition , on - line published on 27 th April 2020 ) 
 금속 유기 구 조체 ( MOFs ) 의 합성 후 개량 방법 은 MOFs 의 구조 를 유지 하 면서 원 하 는 작용기 를 도입 할 수 있 는 유용 한 방법 이 다 . 본 연구 팀 은 C - H 결합 을 C - C 결합 으로 대체 하 며 작용기 를 도입 하 는 동시 에 계층 적 기공 구조 를 도입 하 는 새로운 이중 개량 기술 을 보 고 한다 . 알킬 할 라이드 와 포름알데히드 를 이용 하 여 친전 자성 방향 족 치환 반응 을 진행 하 였으며 , 이 는 단결정 간 구조 변환 ( single - crystal - to - single - crystal transformation ) 으로써 정밀 한 구조 분석 이 가능 하 였으며 , 치환 반응 의 메커니즘 을 규명 할 수 있 었 다 . 여기 서 , 도입 되 어 지 는 작용기 의 입체 장해 로 인해 결합 의 안정 성 이 감소 하 고 , 치환 으로 생성 되 어 지 는 하이드로 늄 과 할 라이드 로 인한 에칭 은 계층 적 기공 구조 의 형성 을 가능 하 게 하 였 다 . 도입 된 작용기 는 주 흡착 사이트 와 가깝 게 위치 하 기 때문 에 , 흡착 성질 에 큰 영향 을 끼치 게 된다 . 결과 적 으로 , 알킬 그룹 은 수분 흡착 을 상당히 감소 시킨 반면 에 , 하이드 록 실 그룹 이 도입 된 경우 에 는 낮 은 압력 구간 에서 의 수분 흡착 능력 이 굉장히 향상 되 었 다 . 또한 , 여러 MOFs 를 이용 한 요오드 흡착 실험 을 통해 , 작용기 와 메조 기공 의 도입 으로 인한 흡착 속도 의 변화 를 상세히 분석 하 였 다 . DOI : 10 . 1002 / anie . 202000278 
 일 반 적 으로 MOFs 기공 내 미리 도입 되 어 있 는 반응 성 이 높 은 작용기 를 통해 진행 되 는 기존 의 개량 방법 과 는 다르 게 , 본 연구 에서 는 탄소 - 수소 결합 을 안정 한 탄소 - 탄소 결합 으로 치환 하 는 반응 을 이용 하 였으며 , 단결정 X - 선 회절 분석 실험 을 통해 반응 원리 를 규명 하 였 다 . 또한 다양 한 작용기 뿐 만 아니 라 메조 기공 까지 도입 함 으로써 , 화학 적 특성 과 기공 크기 를 동시 에 조절 할 수 있 는 이중 개량 방법 을 제시 하 였 다 . 
 이번 연구 에 사용 된 반응 은 유사 한 구조 를 가진 물질 로 합성 되 어 진 MOFs 에 모두 적용 할 수 있 을 것 이 며 , 필요 한 특성 이 도입 된 MOFs 는 공기 청정 기술 , 에너지 저장 , 센서 , 약물 전달 등 다양 한 분야 에 응용 될 것 으로 생각 된다 . 
 본 연구 에 이용 한 유사 한 성질 의 유무 기 소재 에 대한 추가 적 인 연구 가 진행 되 고 , 이후 실제 응용 분야 에 적용 후 추가 적 인 분석 을 통해 실용화 에 기여 할 수 있 을 것 이 다 . 
 이전 연구 에서 진행 되 어 진 요오드 흡착 실험 을 통해 치환 반응 에 대한 단서 를 얻 었 으며 , 치환 반응 을 통한 화학 적 흡착 원리 를 세밀히 분석 함 으로써 MOFs 의 이중 개량 에 응용 하 는 연구 를 시작 하 게 되 었 다 . 이 원리 를 이용 하 여 손쉽 게 MOFs 에 원하 는 특성 을 도입 할 수 있 을 것 이 라고 생각 했으며 , 이 는 MOFs 의 다양 한 분야 로 의 응용 에 있 어서 필수 적 인 요소 라고 생각 하 였 다 . 
 기존 의 개량 법 과 는 다르 게 작용기 의 도입 뿐 만 아니 라 기공 크기 를 동시 에 조절 하 는 새로운 방법 으로써 , 두 방면 의 개량 과정 을 한 번 에 적용 시키 는 효율 적 인 방법 이 다 . 
 Q . 꼭 이루 고 싶 은 목표 는 ? 
 여러 장 점 들 에 도 불구 하 고 , MOFs 의 실용 화 는 이제 막 시작 된 단계 로써 , 기능 적 인 부분 이나 안정 성 에 있 어 여러 문제점 이 존재 하 며 , 이 를 해결 하 기 위해 더욱 많 은 연구 와 개선 방법 이 필요 하 다 . 이 를 위해 , MOFs 개량 방법 이 더욱 다양 화 된다면 이 는 MOFs 의 실용화 를 가속 화 할 것 이 며 , 이 를 통해 , 다양 한 분야 의 유망 한 핵심 소재 로서 역할 을 수행 할 수 있 도록 하 고자 한다 . 
 그림 설명 
 [ 그림 1 ] 이중 개량 기술 을 이용 한 작용기 와 기공 의 도입 과정 및 주사 전자 현미경 사진 과 기공 크기 에 따른 요오드 흡착 실험 
 ( 그림 설명 ) 
 작 은 기공 만 을 가진 기존 MOFs 에 작용기 와 메조 기공 의 도입 과정 을 나타내 는 그림 이 다 . 치환 과정 이후 세척 을 거쳐 이중 개량 된 MOFs 를 얻 을 수 있 으며 , 주사 전자 현미경 사진 에 나타난 것 과 같이 표면 의 균열 과 새로 형성 된 나노 입자 를 확인 할 수 있 다 . 이 와 같 은 변화 는 아래 그림 과 같이 MOFs 의 요오드 흡착 속도 와 흡착 량 을 향상 시키 는 결과 를 나타내 었 다 . 
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