소수성 작용기 도입을 통한 금속-유기 하이브리드 소재 기반 이산화탄소 저감재의 물 저항성 증진 > 논문 검색첫페이지로 이동

본 연구에서는 금속-유기 골조(Metal-Organic Framework, MOF)의 고질적인 문제인 물에 대한 취약함을 소수성 곁가지를 도입함
으로써 해결하려 한다. 소수성 곁가지를 도입한 벤젠다이카복실산에서 유도된 단량체 리간드를 사용해 기존에 보고된 벌집 골조와 동일
한 골격을 가지는 MOF를 합성하였다. 이를 통해 물에 대한 저항성을 극적으로 향상시킬 수 있었다. 기존의 골조의 경우 대기 중 습기에
노출시켰을 경우 수 시간 내로 붕괴하였으나 새로이 합성한 골조의 경우 7일 이상 안정하였으며 더 나아가 물과 혼합하여도 24시간 이상
골조를 유지하였다. 이때 기체흡착의 선택성도 유지되었으나, 알킬 사슬이 골조 내부의 공간을 차지하여 흡착량이 감소하는 문제가 있었
다. 이를 개선하기 위하여, 마이크로파 합성법을 사용하여 골조 내부 결함 증가에 의한 공간 증대를 유도하였으며 bipyridyl linker의 길
이를 증가시키고 리간드를 혼합해서 사용하는 등 다양한 시도를 진행하였다. 이때 마이크로파 합성법을 통해 시간효율적인 합성을 할 수
있었으며 혼합 리간드를 사용한 경우 흡착능 감소의 문제를 개선할 수 있었다. 궁극적으로는 bdc기반 MOF들에 적용할 수 있는 물 저항
성 개선 전략을 찾아내고자 하며, 이를 위해 대표적인 bdc 기반 MOF인 MOF-5에도 성공적으로 적용시켜 보았다.

In this research, we aim to solve the problem of water instability of traditional MOFs via introducing hydrophobic alkoxy
functionalities onto the monomeric ligands. By using 1,4-benzenedicarboxylic acid derivatives with alkoxy chains, we were able to
synthesize an analogous structure that was isoreticular to a previously reported honeycomb-like MOF. It was found to have exceptional
water stability towards both atmospheric moisture as well as liquid water. The new structural analogue was stable for more than 7 days in
a moisture-saturated atmosphere, and remained stable for more than 24 hours when mixed with liquid water. On the contrary, the original
structure had been degraded completely and had transformed to another unknown structure within hours when subjected to water-rich atmospheres. While the selectivity of gas adsorption was retained in the structural analogue, the amount was decreased noticeably
due to the bulky alkyl chains blocking the pores. In order to improve this, various methods such as using microwave-assisted synthesis
to facilitate the formation of defects in which gas can be adsorbed, and increasing the length of the bipyridyl linkers, and mixing bdc
with the Cn-acids were tried. In particular, mixing bdc helped improve the problem of adsorption capacity, while microwave-assisted
synthesis dramatically shortened reaction time. The same strategy of water stability improvement was tested on another structure, MOF-
5. Ultimately, this strategy of increasing water stability will be tested for its applicability, efficacy, and universality on other various bdc-based MOFs.