접을 수 있는 다공성 나노 고체 나왔다... 비결은 ‘종이접기’

[헤럴드경제(울산)=임순택 기자] 울산과학기술원(UNIST) 화학과 최원영, 오현철 교수팀은 독일 드레스덴공대, 도르트문트공대, 이화여대 문회리 교수팀과 함께 접을 수 있는 새로운 금속 유기 골격체(MOF)를 개발했다고 23일 밝혔다.

이 MOF는 마치 종이접기처럼 특정 방향으로 접거나 펼 수 있는 독특한 구조를 갖고 있다.

1~2나노미터 크기의 아주 작은 분자 터널들이 3차원으로 연결된 이 MOF는 키리가미 패턴을 닮아 가로, 세로 방향으로 접을 수 있다는 점이 특징이다. 키리가미는 종이를 자르고 접어 3차원 구조를 만드는 예술 기법으로, 팝업북이나 입체 카드에서 흔히 볼 수 있다.

연구팀은 키리가미 패턴에 적합한 금속과 유기물을 선택해 MOF를 합성하고, X-Ray 회절 실험 등을 통해 그 구조를 분석했다. 그 결과 온도, 압력, 분자 등 외부 자극을 이용하면 키리가미 패턴처럼 연결된 분자 터널의 크기, 방향, 차원을 정밀하게 조절할 수 있다는 사실을 확인했다.

특히, 분자 터널을 접었다 펴는 방식으로 특정 방향의 유체 흐름을 막거나 열 수 있어, 마치 보일러 분배기나 상하수도관의 매니폴드와 같은 역할을 할 수 있다는 점을 발견했다. 또 매니폴드의 체크밸브와 같은 기능을 하는 분자 터널 영역도 찾아냈다.

연구팀은 이번 연구가 분자 수준에서 종이접기에서 영감을 받은 접힘 메커니즘을 구현한 것으로, 자연계에 존재하지 않는 특성을 가진 새로운 메타물질 설계에 도움을 줄 수 있다고 설명했다.

또 개발된 접이식 MOF는 스마트 흡착제, 에너지 저장, 분리 물질 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 화학 분야의 권위 있는 학술지인 앙게반테케미(Angewandte Chemie International Edition)에 11월 21일 온라인 게재됐다.