한양대학교  응용화학과  분자고체 연구실

Laboratory of Molecular Solids

Department of Applied Chemistry, Hanyang University ERICA

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         공간을 만드는 더 나은 방법

 

공간을 차지하는 어떤 것을 만드는 행위에는 공간의 활용에 대한 의지가 담겨 있다.  
아파트
, 공장, 빌딩, 도로, 항만, 공항 · · ·
따라서
, 과학자들, 특히 화학자들이 0.000000001 미터에 지나지 않는 크기의 어떤 공간을 만드는데 열을 올린다 해서 그리 놀랄 필요는 없다. 행위에는 나노 공간 (nano space) 활용하고자 하는 그들의 의지가 담겨 있으니까.

금속 이온과 유기 리간드가 자기 조립 (self-assembly)하여 삼차원 골격구조를 형성한다는 사실이 알려진 이후, 나노 미터 크기의 공간이 규칙적으로 발달해 있는 다공성 결정물질을 합성하는 것에 많은 화학자들이 노력을 집중하고 있다.


세 종류의 다면체가 모여 오른쪽에 보인 다공성 3차원 골격구조를 이룬다.


최근
연구실에서는 단순한 조합의 간단한 출발물질만으로 대칭성이 매우 높은 다면체 형태의 골격구조를 합성할 있다는 것을 보고하였다. 다면체를 구성 단위로 하는 다공성 물질은 지름이 매우 구형 (spherical) 공간과 좁은 통로가 함께 존재하기 때문에 내포된 손님 분자가 쉽게 빠져나가지 않고 기공 내부에 오래 머물 있다. 또한, 기본 구조 단위에 해당하는 다면체의 종류가 많기 때문에 이로부터 대칭성이 높은 다공성 골격구조를 매우 다양한 형태로 얻을 있다. 하지만, 골격구조의 예측이 쉽지 않고, 구체적인 합성 기작 (mechanism) 알려져 있지 않아 연구에 어려움이 있는 분야이다.


(a) Zn2+ 이온과 두 종류의 리간드로 이루어진 기본 단위체.
(b) 전체 구조를 (a)의 방식에 따라 단순화한 모습. 세 종류의 다면체가 각각 다른 색으로 표현되어 있다.
(c) 세 종류 다면체의 세부 구조와 그 내부에 존재하는 기공. 파란색 구는 내부의 빈 공간이며, 왼쪽부터 10, 18, 9
Å의 지름을 갖는다.


화학
분야 최고 권위의 학술지 Journal of the American Chemical Society (미국 화학회지) 속보로 게재된 이번 연구에서는 Zn2+ 이온과 종류의 간단한 리간드를 사용하였고, 환경이 다른 나노미터 크기의 기공 종류가 서로 연결되어 있는 3차원 골격구조를 합성하고 결정구조를 규명하였다. 위상 기하학적 구조를 보면, 특이하게도 종류의 Archimedean 다면체 (cubooctahedron, truncated tetrahedron, truncated octahedron) 삼각형, 사각형, 혹은 육각형 면을 공유하여 전체적으로 면심 입방 대칭성을 가진다. 물질에 내포되어 있는 합성 용매는 다른 용매로 치환하거나 제거할 있으며, 그렇게 얻어진 다공성 골격과 기공의 3차원 구조는 최소한 180 °C 까지 안정하게 유지된다.

   

 


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