한국해양대 윤지호 교수 연구팀, 고체재료의 가스저장 메카니즘 규명
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한국해양대 윤지호 교수 연구팀, 고체재료의 가스저장 메카니즘 규명
  • 대학지성 In & Out 기자
  • 승인 2021.06.10 02:46
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윤지호 교수

한국해양대학교는 윤지호 에너지자원공학과 교수 연구팀이 공주대학교·연세대학교·일본 산업기술종합연구소(AIST)·스페인 비고대학교(University of Vigo)와 공동 진행한 연구논문이 미국화학회(ACS)에서 발간하는 국제학술지인 「ACS Sustainable Chemistry & Engineering」에 7일자로 게재됐으며, 연구결과의 중요성을 인정받아 표지논문으로 선정됐다고 밝혔다.

이번 논문은 ‘Extremely slow diffusion of argon atoms in clathrate cages: Implications for gas storage in solid materials(클래스레이트 동공에서 알곤 원자의 매우 느린 확산: 고체 재료의 가스 저장에 대한 시사점)’이란 제목으로 게재됐다. 연구팀은 고체 유기포접화합물인 하이드로퀴논 클래스레이트 내에서 알곤 원자의 매우 느린 확산을 발견했고, 이때의 메커니즘을 실험 및 이론 화학적 계산을 통해 규명했다.

클래스레이트 포접화합물은 그 형성특성을 이용해 가스의 저장·분리·운반 소재로 활용가능하며 수소·메탄 등 에너지 가스의 저장체·이산화탄소와 같은 온실가스 분리 및 저장체 등으로 이용될 수 있다. 특히 한국정부의 2050 탄소중립 정책과 더불어 미국의 Net-zero 정책 등 온실가스감축의 세계적인 트렌드에 따라 클래스레이트 기반 온실가스 분리(CBGS: Clathrate-Based Greenhouse Gas Separation)기술로서 최근 관심도가 더욱 높아지고 있다.

클래스레이트 골격구조에서 게스트분자의 확산 거동은 클래스레이트를 가스 포접재료로서 이용하는 데 매우 중요한 정보지만 장기간의 실험 데이터 및 관련 이론연구가 부족한 실정이다. 이에 연구팀은 호스트인 하이드로퀴논 골격구조와 화학적인 상호작용을 최소화할 수 있는 게스트분자로 불활성이며 거의 구형에 가까운 알곤을 선택해 클래스레이트 화합물의 장기 안정성을 평가하고 이때의 확산 거동에 대해 규명하고자 했다.

이번 연구에서 밝혀낸 클래스레이트 내 알곤분자의 Fickian diffusion 거동 및 그 결과의 해석에 있어 다양한 이론적 접근에 대한 지식들은 작은 게스트 분자를 포함한 포접화합물 및 나노 구조 물질의 안정성과 이동특성에 대한 정보를 제공하며, 가스저장 매체의 개발과 관련해 고체 포접화합물 재료의 유용한 모델로서 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 원자력연구개발사업과 한국원자력연구원의 방사성 동위원소 생산 및 응용기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며 윤 교수의 주도하에 연구가 진행됐다. 또한 지난 3월 윤지호 교수 연구팀의 ‘상온에서 혼합가스로부터 아산화질소를 선택적으로 분리·회수하는 기술’에 관한 연구결과가 국제 학술지 「Environmental Science & Technology」의 표지논문으로 선정된 바 있다.

국제학술지 「ACS Sustainable Chemistry & Engineering」 표지논문 커버 이미지
알곤-하이드로퀴논 클래스레이트의 1D 동공 나노채널에서 알곤원자의 확산 거동에 대한 개념이미지

 


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