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[IT뉴스]노벨상 받은 다공성물질에 자유분방한 기체 분자 줄세웠다

온카뱅크관리자

2026-08-11 11:17:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 김지한 KAIST 교수팀 "이산화탄소나 수소, 효율적 저장 소재 설계에 활용" 
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 <img alt="왼쪽부터 김지한 KAIST 생명화학공학과 교수, 김영훈·김도훈 박사과정생. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/11/dongascience/20260811111138787wulh.jpg" data-org-width="520" dmcf-mid="HGGFolSriM" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/11/dongascience/20260811111138787wulh.jpg" width="658">
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 왼쪽부터 김지한 KAIST 생명화학공학과 교수, 김영훈·김도훈 박사과정생. KAIST 제공
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 흩어지기 쉬운 기체 분자를 고체 결정처럼 규칙적으로 배열시키는 소재 기술이 개발됐다. 향후 지구온난화의 주요 원인인 대기 중 이산화탄소를 선택적으로 포집하거나 청정에너지원인 수소를 효율적으로 저장하는 데 기여할 것으로 기대된다.
 KAIST는 김지한 생명화학공학과 교수팀이 다공성 물질 내에서 기체 분자를 결정처럼 원하는 배열로 정렬시키는 소재 설계 기술을 개발했다고 11일 밝혔다. 연구결과는 6월 23일(현지시간) 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 공개됐다.
 연구팀은 지난해 노벨화학상을 받은 분야인 '금속-유기 골격체(MOF)'에 주목했다. MOF는 금속 이온과 유기 분자를 결합해 형성한 다공성 결정 구조로 크기가 작지만 표면적이 매우 큰 물질이다. MOF는 스펀지가 물을 머금듯 미세한 구멍에 기체를 담을 수 있다.
 연구팀은 다양한 MOF 구조를 탐색해 기체가 흩어지지 않고 규칙적으로 배열되는 '가스 격자(Gas Lattice)' 현상을 찾아냈다. 이후 인공지능(AI)을 기반으로 원하는 기체 배열을 만들어낼 수 있는 새로운 다공성 구조를 직접 설계하는 데도 성공했다.
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 <img alt="기존 흡착제 중심 설계와 가스 격자를 포함한 가스 격자 디자인 비교. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/11/dongascience/20260811111140041vyeo.png" data-org-width="680" dmcf-mid="ZkFzkGHlMQ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/11/dongascience/20260811111140041vyeo.png" width="658">
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 기존 흡착제 중심 설계와 가스 격자를 포함한 가스 격자 디자인 비교. KAIST 제공
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 다공성 소재 연구에서는 기체가 얼마나 많이 흡착되는지가 주요 관심사였지만 연구팀은 기체가 소재 내에 자리 잡는 위치와 배열까지 조절할 수 있다는 가능성에 주목했다. 특정 코발트 기반 다공성 물질(Co-CAU-36) 안에서 제논(Xe) 기체가 규칙적인 격자를 이루는 현상이 발견됐다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 제논은 체심 입방 격자(BCC)라는 결정 형태로 정렬됐다. 
 서로 다른 기체를 섞었을 때는 분리 현상도 나타났다. 제논과 크립톤(Kr)을 함께 넣자 제논이 먼저 규칙적인 껍질 형태의 격자를 만들고 크립톤은 중심부에 자리 잡았다. 제논과 크립톤의 분리 기술은 산업적으로도 가치가 높다.
 연구팀은 원하는 기체 배열을 먼저 정하고 AI가 이에 적합한 다공성 구조를 거꾸로 찾아가는 역설계 방식 AI 알고리즘을 개발했다. 체심 입방(BCC) 외에 면심 입방(FCC) 형태로 기체를 배열할 수 있는 새로운 다공성 구조를 설계하는 데 성공했다.
 개발된 기술이 이산화탄소와 수소 등 다른 기체까지 확장되면 필요한 기체를 선택적으로 포집·분리하거나 효율적으로 저장하는 소재 설계에 응용될 것으로 기대된다. 분자의 위치와 배열에 따라 화학반응이 달라지는 촉매 분야에서도 원하는 반응을 유도하는 소재 개발에 활용될 수 있다.
 김 교수는 "기체를 다공성 물질 안에서 결정처럼 줄 세운 첫 사례"라며 "기체를 얼마나 많이 담을지만 고민하던 데서 나아, 원하는 배열까지 설계할 가능성을 열었다"고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1038/s41467-026-74776-5
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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