금속 유기 골격체

금속 유기 골격체(金屬有機骨格體, metal-organic framework, MOF)는 금속 이온이나 금속을 포함한 뭉치가 유기 리간드로 연결된 다공성 물질로 배위 고분자의 일종이다. 비유적 표현인 분자 레고로도 알려져 있으며 유사한 물질로 리간드가 무기물인 금속 무기 골격체(金屬無機骨格體, metal-inorganic framework, MIF)도 존재한다.

MIL-101 MOF 합성
각 녹색 팔면체는 중앙에 Cr 원자 하나와 모서리에 산소 원자 여섯 개(빨간색 공)로 구성되어 있다.

MIL-101 결정의 초사면체를 보여주는 주사 투과 전자 현미경 사진

3차원 구조를 형성하여 다공성을 지니는 동시에 강한 결합을 유지한다는 점에서, 가스 저장, 촉매, 약물 전달, 화학 센서 등 다양한 기능을 수행할 수 있는 특성을 갖는다. 전통적인 MOF의 합성은 주로 용매열 합성(solvothermal synthesis) 환경에서 이루어진다.

MOF의 공극(pore)은 내부의 손님 분자(대개 용매)를 제거한 이후에도 구조적 안정성을 유지하며, 그 공간을 다른 화합물로 다시 채울 수 있다. 이러한 성질로 인해 MOF는 수소 및 이산화탄소와 같은 기체의 저장소로 주목받고 있으며, 이 밖에도 기체 정제, 기체 분리, 수질 정화, 촉매, 전도성 고체, 슈퍼커패시터 등 다양한 응용 가능성을 지닌다.

MOF의 합성과 물성에 관한 연구는 망상 화학(reticular chemistry)의 핵심 주제에 해당한다. ‘Reticular’이라는 용어는 라틴어 reticulum(작은 그물)에서 유래한 것으로, 이러한 명칭은 MOF의 규칙적이고 그물망과 같은 구조적 특성을 반영한다. 한편, 공유 유기 골격체(Covalent Organic Framework, COF)는 수소, 붕소, 탄소, 질소, 산소 등과 같은 경원소(light elements)만으로 이루어진 확장 구조의 화합물로, MOF와 구별된다.

기타가와 스스무, 리처드 롭슨, 오마르 M. 야기는 MOF 연구에 대한 공로로 2025년 노벨 화학상을 공동 수상하였다.

같이 보기

• 저온물리학
• 수소경제
• 수소
• 액체수소
• 거대분자 집합체
• 금속무기골격체
• 유기금속화학
• 기타가와 스스무
• 미국 에너지부