과학과 세라믹,그리고 Ferrite

[사이언스 타임즈] 다공성 나노 신물질

FERRIMAN 2010. 8. 18. 09:54

Next-generation, New Porous Nano-material Discovered 1 gram of new porous nano-material can expand to cover entire soccer field 2010년 07월 23일(금)
<사이언스타임즈>는 KISTI와 공동으로 한국의 과학기술 관련 정보를 해외에 널리 알리기 위해 기사번역 서비스를 제공하고 있습니다. <사이언스타임즈>는 전문번역원을 통해 영문화된 기사를 한 달에 3∼5회 독자분들에게 소개하고자 합니다. 영문기사는 홈페이지 www.koreascience.kr에서도 확인할 수 있습니다. [편집자 註]

영어로 읽는 과학기사 The Ministry of Education, Science and Technology(Ahn Byung-man, Minister), said on July 2 that a research team involving Prof. Kim Ja-heon of Soongsil University's department of chemistry had successfully developed the Metal-Organic Framework(MOF), a porous hybrid nano-compound that boasts the world's biggest surface area of its kind, working jointly with Prof. Omar M Yaghi of the University of California, Los Angeles in the U.S.

Kim's team developed the new material, a mere gram of which can cover an entire soccer field, by integrating organic molecules and metallic ions, with support from the Hydrogen Energy R&D Center(Kim Jong-won, director) under the 21st Century Frontier Program. The study was published on July 1 in the online edition of Science, demonstrating its excellence worldwide.

A porous hybrid is essential for separating, recovering and reusing hydrogen and greenhouse gases in an environmentally friendly and economical fashion, and advanced nations are scrambling to develop related technology. Amid this situation, scientists have developed a new material, a task that has been the biggest challenge in the industry, and are thus set to gain an edge in the next-generation fuel cell market.

Porous material is a material that contains empty spaces measuring 1 to 100 nanometers in size. Notably, the porous hybrid Metal-Organic Framework retains pores, which are regularly patterned and consistent in size and shape, and thus can be very useful as a catalyst or gas storage substance.

1 gram of MOF can cover entire soccer field

The newly developed porous hybrid MOF is a basic fundamental material with the world's largest surface area of its kind, able to cover a soccer field measuring 10,000 sq. meters (100m x 100m). This figure represents a nearly 60% expansion from conventional porous materials, and is estimated to reach the maximum possible value obtainable by a porous material.

One gram of the new material can store as much as 2.9 grams of carbon dioxide under 50 atm at room temperature. It can also contain the same volume of hydrogen as that currently stored in the high pressure containers of 700 atm that are commonly used to contain hydrogen, at a temperature of -196degree, and a low pressure of 1/7 of the container, making it possible to store a large volume of hydrogen safely and efficiently.

Thus, the material is expected to be highly useful in the development of a hydrogen storage material and storage technology, which are essential to the operation of hydrogen-powered vehicles, and fuel cells for households.

Director Kim Jong-won of the center predicts that "the expansion of the surface area of a porous material, at a time when there is a growing need for a new material that can store a large volume of hydrogen, will result in the expansion of storage volumes, and thus open up a new horizon in its ecological applications, including the capture of carbon dioxide and hydrogen."

[한글 기사 보기]

Lee Ji-yeon | ljypop@kofac.or.kr

저작권자 2010.07.23 ⓒ ScienceTimes
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차세대 나노다공성 신물질 찾았다! 1그램으로 축구장 덮을 수 있는 나노다공성 신물질 개발 2010년 07월 03일(토)

교육과학기술부(장관 안병만)는 숭실대 화학과 김자현 교수팀이 미국 캘리포니아대(UCLA) Yaghi(야기) 교수팀과 공동으로 세계에서 가장 큰 표면적을 갖는 나노다공성 하이브리드 화합물인 ‘MOF(Metal-Organic Framework)’ 신물질 개발에 성공했다고 지난 2일 밝혔다.

▲ 연구책임자 김자현 교수 
김 교수팀은 「21세기 프론티어사업」 고효율 수소에너지 제조·저장·이용기술개발사업단(단장 김종원)의 지원을 받아 유기분자와 금속이온을 결합시켜 1그램만으로 축구장 크기의 운동장을 덮을 수 있는 신물질을 개발해냈다. 이번 연구성과는 사이언스지 7월 1일 인터넷판에 소개돼 세계적으로도 그 우수성이 입증됐다.

다공성 하이브리드는 수소 및 온실 가스 등을 친환경적이며 경제적으로 분리, 회수, 재사용하는데 꼭 필요해 선진국 사이에서 개발 경쟁이 치열하다. 이러한 가운데 관련 업계 최대 기술 난제였던 신물질이 개발돼 차세대 연료전지 시장에서 우위를 차지하게 됐다.

다공성물질이란 내부에 1~100나노미터 크기의 빈 공간을 갖는 물질이다. 특히 다공성 하이브리드 MOF는 매우 규칙적으로 배열된 균일한 크기와 모양의 기공을 가지고 있어 촉매나 기체저장물질로 유용하게 이용될 수 있다.

1그램만으로 축구장 덮어

▲ MOF의 결정구조 그림 
이번에 개발된 나노다공성 MOF는 1그램이 1만 제곱미터(100미터×100미터) 크기의 운동장을 덮을 수 있는 세계 최대의 표면적을 갖는 기초원천소재이다. 이 값은 기존의 다공성물질보다 무려 60%나 증가된 것이며, 다공성 물질이 가질 수 있는 최고값에 근사한 것으로 추정되고 있다.

신물질 1그램은 이산화탄소를 상온, 50기압에서 2.9그램이나 저장할 수 있다. 현재 수소저장을 위해 사용 중인 700기압 고압용기에 저장하는 양의 수소를 -196℃에서 1/7의 낮은 압력으로 저장할 수 있어 안전하게 많은 양의 수소를 저장할 수 있다.

이로서 수소 연료 자동차나 가정용 연료전지의 작동에 필수적인 수소 저장 물질 개발과 이산화탄소 저장 기술에 큰 도움이 될 것으로 보인다.

프론티어 수소사업단 김종원 단장은 “다량의 수소를 저장할 수 있는 새로운 재료의 필요성이 대두되는 시점에서 다공성 물질의 표면적 향상은 저장용량의 증대로 이어져 수소뿐만 아니라 이산화탄소의 포획과 같은 생태학적 응용에도 새로운 지평을 열 것”이라고 전망했다.

이지연 기자 | ljypop@kofac.or.kr

저작권자 2010.07.03 ⓒ ScienceTimes
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