나노기술 및 정책 정보

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● 일본 홋카이도대학교 종합화학원의 카토 마사키 연구원 연구팀이 교호증착법(交互蒸着法)이라는 새로운 증착법을 이용하여 나노미터(nm) 수준에서 두께를 제어한 ‘공유결합성 유기 구조체(Covalent Organic Framework, COF) 막’을 합성하는 데 성공

● 전구체가 되는 2개 분자의 비율을 정밀하게 제어, 증착하면 기계적 강도가 높은 COF 막을 제작할 수 있으며, 기판으로부터 쉽게 박리할 수 있어 자립막으로 이용할 수 있음

● 특히, 제작한 COF 막은 나노 크기의 미세 기공이 많아 이 성질을 이용하면 혼합가스를 분리 가능

● 연구진은 합성된 COF 막을 이산화탄소(CO2)와 질소(N2)의 분리에 응용한 결과, CO2의 투과량이 N2의 4배 이상 높은 선택성을 갖는다는 것을 확인하는 한편, CO2가 효과적으로 분리됨을 규명

● 본 선택성은 게이트 효과가 아닌, COF 막의 미세 기공 부분에 존재하는 카르보닐기와 CO2 사이에 작용하는 분자간 힘에 의한 것임을 양자 화학 계산을 통해 규명

● 본 연구를 통해 개발된 COF 막을 사용하면 압력 차이를 이용하는 것만으로 대기 중에서 CO2를 선택적으로 회수할 수 있어 지구 온난화 방지에 기여할 것으로 기대

※ 용어설명

- 공유결합성 유기 구조체(Covalent Organic Framework, COF): 유기 분자가 공유결합을 이룬 다공성 물질

- 선택성(selectivity): 화학 반응에서 어떤 물질이 여러 물질 중에서 특정의 물질만을 선택하여 반응하는 경향

※ ACS Applied Nano Materials 게재(2022.02.01.), “Free-Standing Nanometer-Thick Covalent Organic Framework Films for Separating CO2 and N2”