국내 연구진이 흡착제로 많이 쓰이는 '제올라이트'의 개별 구성단위 형성 순서를 실험을 통해 규명했다.

교육과학기술부와 한국연구재단은 홍석봉 포스텍(POSTECH) 교수팀이 제올라이트 촉매 형성과정을 분자 수준에서 관찰한 결과, 큰 구성단위인 'lta-cage'부터 크기 순으로 형성된다는 사실을 확인했다고 19일 밝혔다.

이는 가장 작은 구성단위인 'd4r-cage'의 자기조립으로 LTA 구조를 가진 제올라이트가 형성된다는 기존 가설과는 다른 연구결과다.

제올라이트는 모래 주성분인 실리카와 알루미늄으로 이뤄진 결정형 광물이다. 결정 내부에 작은 분자들이 드나들 수 있는 지름 1나노미터(㎚·10억분의 1ｍ)이하 크기의 수많은 구멍이 존재해 '분자체(분자를 거르는 체)' 역할을 한다.

선택적 흡착력과 이온교환 성질을 지니고 있어 냉매 흡착제, 이온교환제 등으로 널리 쓰인다.

홍 교수팀은 유기와 무기 구조유도물질을 동시에 사용하는 '전하밀도 비대칭 합성법'을 통해 제올라이트 구조 형성과정을 밝혀냈다.

LTA 구조를 가진 제올라이트를 관찰한 결과 3가지 기본구성단위인 lta-cage, sod-cage, d4r-cage 가운데 가장 큰 lta가 먼저 형성되며 크기가 작은 d4r이 마지막에 만들어지는 것으로 나타났다.

고체 핵자기공명 분광법을 이용해 구조유도물질의 역할도 규명했다.

홍 교수는 "지금까지 밝혀진 적 없는 제올라이트의 형성 순서를 분자수준에서 규명했다"며 "'닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐'는 논쟁도 학술적으로 큰 의의가 있는 것처럼 제올라이트의 3가지 구성단위가 어떤 순서로 형성되는지 명확히 밝히는 것도 중요하다"고 설명했다.

그는 "상업적으로는 제올라이트를 원하는 대로 디자인하고 합성해 맞춤형 소재를 만드는 기반을 제공할 수 있을 것"이라고 기대했다.

이 연구결과는 미국화학회지(JACS·Journal of the American Chemical Society) 최신호 표지논문으로 실렸다.