신기술 소개
30 … NICE, 제38권 제1호, 2020
유기물과 무기물(금속)을 모두 포함한 다공체 (금속-유기 골격체, metal-organic frameworks, MOF) 는 다양한 구성 성분과 구조적 특징에 있어 두드러 진 차별성을 가지며 다양한 응용 가능성을 가진다.
일반적으로 금속과 유기물 간의 조립(배위 결합)으 로 MOF가 얻어지며, 비표면적이 크고 다공성이며, 기공의 크기 조절이 가능해 가스저장(gas storage),
촉매(catalyst), 이온교환체(ion exchange), 약물전달 (drug delivery), 이온전도(ionic conduction), 화학센싱 (chemical sensing) 등 다양한 분야에 연구가 진행되고 있다.
특히 최근에는 MOF구조체를 고온에서 탄화하여 탄화 MOF구조체를 합성하여 리튬이차전지(Li-ion batteries) 및 슈퍼커패시터(supercapacitor) 등 에너지 저장(energy storage) 장치의 전극 소재로 응용하는 연 구가 진행되고 있다.
실제 탄화 후 MOF가 고 비표면적을 유지한다면 전극 소재 응용에 매우 흥미로울 것으로 예상되었지 만, 지금까지 보고된 탄화 MOF는, 탄화 후MOF 초 기의 조밀한 탄소 구조체를 보존하였다.
J. Am. Chem. Soc.에 발표된 본 논문에서는 이러 한 MOF 구조체에 금속염 게스트를 첨가하여 고온 에서 탄화 시킴으로써, 삼차원 구조(3D) 다단계 계 층의 섬유(fiber) 및 웹(web) 등 다양한 형태의 나노 탄소 구조체를 합성할 수 있었다. 합성된 탄화 MOF 구조체는 이온전도도 및 전기전도도를 효율적으로 확보하여 고성능(고출력/고에너지밀도) 리튬이차전 지 음극 소재로 응용 가능함을 입증하였다. 이러한 탄소 구조체는 수소 저장 및 전기 촉매와 같은 에너
Metal-organic frameworks (MOF)- guest polyhedra 를 이용한 고성능 리튬이차전지
전극 소재 합성 기술
출처: J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6130-6136
그림 1. 기존 탄화 MOF 구조체 및 본 연구에서 개발한 탄화 MOF 구조체.
신기술 소개
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 38, No. 1, 2020 … 31 지 저장 및 변환분야로의 응용 확대 가능성이 예상
된다.
특히 간단한 화학 경로를 통해 다단계 계층 탄소
구조체를 만드는 것은 매우 어려운 일이며, 이러한 소재가 산업에 대량으로 제조되는 경우 매우 유용할 것으로 생각된다.
그림 2. 탄화 MOF 구조체 및 리튬이차전지 성능 특성 평가 결과.
