• 금속-유기 골격체(Metal-Organic Frameworks)는 넓은 표면적, 조절 가능한 다공성, 그리고 용이한 기능화 등으로 인해 다양한 산업 분야에서 응용 가능성이 매우 큽니다.
• MOFs는 이산화탄소 포집, 촉매, 약물 전달 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 특히 이산화탄소 흡착에 대한 선택적 흡착을 보입니다.
• MOFs는 음극과 양극 모두에 적용될 수 있는 리튬 이온 전지 전극 소재로 주목받고 있으며, 구조적 안정성과 높은 용량을 구현하는 데 기여합니다.
• MOFs는 유해한 유기물을 흡착 제거하는 기술에 활용될 수 있으며, 흡착질과 흡착제 간의 상호작용 메커니즘을 이해하는 것이 중요합니다.

기술적 배경

• 금속-유기 골격체(MOFs)는 금속 이온 또는 금속 이온으로 이루어진 2차 합성단위(SBU) 노드 사이를 배위결합을 통해 유기 리간드 링커가 연결하는 구조의 다공성 유기 무기 하이브리드 나노결정화합물입니다.
• MOFs는 넓은 표면적, 조절 가능한 기공 크기, 금속산화물보다 향상된 활성도 등의 장점을 가지고 있습니다.
• MOFs는 다양한 형태의 구조를 가질 수 있으며, 합성 방법, 표면 개질, 성능 개선 등을 통해 특성을 조절할 수 있습니다.

핵심 응용

이산화탄소 포집

• MOFs는 이산화탄소 저장/흡착능을 평가하여 이산화탄소 포집 기술에 활용될 수 있습니다.
• 특정 MOF는 이산화탄소에 대한 선택적 흡착을 보이며, 이는 효율적인 이산화탄소 분리에 기여할 수 있습니다.

촉매

• MOFs는 촉매로 활용될 수 있으며, 특히 인공광합성 기술의 핵심인 ‘집광-전하분리-촉매’ 기능을 수행할 수 있습니다.
• MOF 내 담지용 유기금속착물 촉매 후보군을 활용하여 효율적인 사전 Screening을 수행할 수 있습니다.
• MOFs는 다양한 금속/리간드 조합을 통해 전하 분리를 용이하게 할 수 있습니다.

에너지 저장 (리튬 이온 전지)

• MOFs는 음극과 양극 모두에 적용될 수 있는 리튬 이온 전지 전극 소재로 활용될 수 있습니다.
• MOF 유래 다공성 나노구조는 충/방전 과정에서의 부피 팽창을 완화하고 높은 용량을 구현하여 장기 사이클 성능에 기여합니다.
• MOFs는 전도성 탄소와의 복합화, 헤테로원자 도핑, 전도성 2차원 MOF 합성 등을 통해 성능을 향상시킬 수 있습니다.