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핵융합을 나타낸 이미지. 게티이미지뱅크
‘인공태양’으로 불리는 핵융합의 원료인 중수소를 효율으로 분리할 수 있는 다공성 신소재가 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 최원영?오현철 교수팀이 수소와 수소의 동위원소인 중수소를 분리해낼 수 있는 금속 유기 골격체(MOF)를 개발했다고 23일 밝혔다.
금속 유기 골격체는 금속 이온과 유기물 리간드(큰 분자에 특이적으로 결합하는 물질)가 화학결합을 이뤄 내부에 기공을 형성한다. 기공이 좁쌀과 쌀을 분리하는 체처럼 작용해 중수소만을 골라내는 원리다.?
개발된 금속 유기 골격체는 액화천연가스(LNG)에서 상대적으로 높은 온도 환경에서도 수소에서 중수소를
균등분할 분리해낼 수 있다. 일반적으로 중수소 분리는 극저온에서 이뤄진다.?
개발된 금속 유기 골격체는 엔트로피 기반 구조 설계전략이 적용됐다. 여러 가지 유기물 리간드를 ‘칵테일’처럼 섞어?‘무질서도’인 엔트로피를 올린 것이다. 고엔트로피 상태에서는 수소와 중수소를 분리하는 양자체 효과가 극대화된다.?
양자체는 좁은 기공을 통과
한국산업단지공단 할 때 수소와 중수소 간의 확산 속도 차이를 이용해 둘을 분리하는 기법이다. 엔트로피가 올라갈수록 골격체 내 좁은 기공의 비율이 증가하면서 양자체의 효율이 좋아진다. 연구팀은 X선 회절 분석과 수소 동위원소 파과?실험을 통해 이 같은 사실을 확인했다.?파과는 특정 물질이 다공성 매체를 통해 완전히 제거되지 않고 일부가 배출되기 시작하는 시점을 의미한다.
1년거치 연구를 이끈 최원영 교수는?“이번 연구는 고엔트로피 다공성 물질을 기체 흡착과 분리에 응용한 첫 사례로?엔트로피 기반 설계의 잠재력을 확인했다”며 “이 기술이 청정 자원 활용과 미래 에너지 기술 발전에 기여할 수 있기를 기대한다”고 전했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘앙게반테 케미’에 지난달 12일 온라인 공개됐으며?정신출판을 앞두고 있다.
학비 <참고 자료> - doi.org/10.1002/anie.202420379
[박정연 기자 hesse@donga.com]
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