인류 위한 새로운 분자 구조 설계한 3인, 노벨 화학상 수상

[이데일리 강민구 기자] 올해 노벨 화학상은 기체와 다른 화학 물질이 흐를 수 있는 넓은 공간을 가진 분자 구조를 설계하고, 합성한 연구자들에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 8일 금속·유기 골격체(MOF) 개발에 기여한 공로로 기타가와 스스무(일본 교토대)·리차드 롭슨(호주 멜버른대)·오마르 야기(미국 캘리포니아대 버클리캠퍼스)에게 노벨 화학상을 수여하기로 결정했다고 발표했다.

노벨위원회는 “금속·유기 골격은 사막 공기에서 물을 얻고, 이산화탄소를 포집하고, 유독 가스를 저장하고, 화학 반응을 촉진하는 데 사용될 수 있다”며 “이들은 화학을 위한 공간을 확보했다”며 선정 이유를 밝혔다.

올해 노벨 화학상 수상자들.(사진=노벨상 유튜브 중계 화면 갈무리)

이들은 다공성 결정 구조를 이루는 물질을 설계하고, 합성했다. 이 구조에서 금속 이온은 긴 유기 분자로 연결된 주춧돌 역할을 한다. 금속 이온과 분자는 결정을 형성하도록 설계돼 다공성 물질인 MOF가 된다. 화학자들은 MOF에 사용되는 구성 요소를 다양하게 변경해 특정 물질을 포집하고 저장하도록 설계할 수 있다. 또 화학 반응을 유도하거나 전기를 전도할 수도 있다.

하이너 린케 노벨위원회 화학 분야 위원장은 “금속·유기 골격은 엄청난 잠재력을 가지고 있다”며 “새로운 기능을 갖춘 맞춤형 소재에 대한 이전에는 예상치 못한 기회를 제공한다”고 설명했다.

노벨위원회에 따르면 MOF 관련 연구는 지난 1989년 리처드 롭슨이 원자의 고유한 특성을 새로운 방식으로 활용하는 실험을 시작하면서 시작됐다. 그는 금속 이온과 유기 분자가 결합한 3차원 결정 구조체인 MOF 구조를 설계해 맞춤형 물질 개발의 기초를 닦았다. 다만, 이 물질은 불안정하고 쉽게 붕괴되는 단점이 있었다.

기타가와 스스무와 오마르 야기가 이 구조 방식에 견고한 토대를 마련했다. 1992년에서 2003년 사이에 그들은 각자의 연구를 통해 기체가 구조 안팎으로 흐를 수 있다는 사실과 안정적으로 MOF를 만들어내거나 합리적인 설계를 통해 원하는 특성을 부여할수 있음을 보여줬다.

노벨상위원회는 “수상자들의 발견 이후 화학자들은 수만 개의 다양한 MOF를 개발했다”며 “이 중 일부는 인류가 직면한 과제 중 일부를 해결하는 데 기여할 수 있으며, 물에서 과불화화합물을 분리하거나 환경 속 미량 의약품 분해, 이산화탄소 포집, 사막 공기에서 물 획득 등 다양한 분야에 활용될 수 있다”고 밝혔다.