국내연구팀이 흡착제, 이온 교환제, 석유화학 촉매 등으로 널리 사용되는 대표적인 나노다공성 재료인 제올라이트 촉매의 결정화 과정을 실험적으로 규명했다. 제올라이트는 모래의 주성분 실리카와 알루미늄으로 이뤄진 결정성 광물이다. 포스텍 화학공학과 홍석봉 교수와 박사과정 박민범 씨가 참여한 이번 연구는 미국화학회지(JACS) 최신호 표지논문으로 소개됐다.
제올라이트는 뛰어난 촉매활성으로 인해 석유화학 공정은 물론 합성세제와 농약, 냉매의 흡착제 등으로 널리 사용된다. 제올라이트의 결정화과정을 핵자기공명법을 이용해 실험적으로 명확히 입증한 경우는 이번이 처음이다.
연구팀은 전하밀도 비대칭 합성법을 통해 제올라이트를 구성하는 개별 구성단위의 분자수준에서의 결정화 순서를 알아냄으로써 제올라이트 구조형성 메커니즘을 규명했다. 연구에는 가장 잘 알려진 제올라이트 중의 하나인 제올라이트 A(LTA)의 일종인 제올라이트 UZM-9를 이용했다.
합성시 사용한 유기 구조유도물질과 제올라이트 기본구성단위들과의 상호작용 차이를 탄소 고체 핵자기공명 분광법과 적외선 분광법 등을 통해 관찰함으로써 결정화 과정에 따른 기본구조를 구별할 수 있었다. 또 핵형성 및 결정 성장 단계에서의 각 구조유도 물질들의 개별적 역할에 대해 명확한 근거를 제시할 수 있었다. 홍 교수는 “상업적으로 중요한 다른 제올라이트 촉매들의 구조형성을 이해하는 중요한 단서 제공과 새로운 물성을 갖는 맞춤형 소재를 디자인하기 위한 선행연구에 중요한 결과”라고 연구의의를 밝혔다.
홍기범기자 kbhong@etnews.com