울산과학기술원(UNIST) 연구진이 신소재 설계 전략으로 26개의 지르코늄 기반 금속-유기 골격체 구조를 밝혀내는 데 성공했다. 10일 UNIST에 따르면 화학과 최원영 교수팀은 차세대 탄소중립 소재로 주목받는 금속-유기 골격체를 더 효과적으로 발굴할 수 있는 설계 전략을 개발했다. 연구팀은 이 전략을 통해 기존 방식으로 찾기 어려웠던 신소재를 빠르고 쉽게 발견할 수 있다고 설명했다.

연구팀이 제안한 '상-하향 접근법'은 기존 두 가지 접근법을 결합해 새로운 소재 구조를 효율적으로 발굴하는 방식이다. 상향식은 작은 단위부터 쌓아 올리며 설계하고, 하향식은 먼저 설정한 목표 구조에 맞는 재료를 찾아간다.

연구팀은 '금속 클러스터'라 불리는 작은 금속 조각을 이용해 설계 가능한 구조를 먼저 탐색한 후 유기 연결제인 '리간드'를 찾아 새로운 소재 구조를 완성했다. 금속-유기 골격체는 금속과 유기물이 결합한 다공성 구조로 이산화탄소 분리·저장, 촉매 반응 등 분야에서 우수한 성능을 보인다. 그러나 합성 가능한 구조를 폭넓게 탐색하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 개발한 접근법으로 지르코늄 기반 26개의 새로운 구조를 발견하고, 두 가지를 실제로 합성하는 데 성공했다. 리간드 구조를 더 정밀하게 설계할 수 있는 '리본 표현법'도 도입해 합성 정확성을 높였다.

최원영 교수는 "금속-유기 골격체의 화학적 다양성이 크게 확장돼 활용 범위가 넓어지고 있다"며 "기능성 소재 연구에 새로운 전환점을 제시할 것으로 기대한다"고 말했다.

연구 결과는 과학 저널 '네이처'(Nature)의 자매지인 '네이처 신테시스'(Nature Synthesis)에 지난 5일 게재됐다.

연구는 한국연구재단과 UNIST의 지원을 받았다.