지각에서 가장 중요한 광물인 규산화물 구조의 합성적 모델로 간주할 수 있는 실록세인을 빌딩블럭으로 사용하여 실리콘 화합물의 화학적 안정성과 소수성을 갖는 다공성 금속-유기 골격체 SiMOF를 체계적으로 합성하고 선택적 기체흡착 특성을 연구하고자 한다. 실록세인 기반 SiMOF의 골격 요소를 여러 종류의 전이금속과 리간드로 확장하여 다양한 기하구조의 meta...

유기규산염-전이금속 ([RSiO3-M]) 빌딩블럭에 기반해 전례없는 조성과 향상된 안정성을 갖는 다공성 MOF의 새로운 계열을 만들고자 한다. 유기규산염은 제올라이트를 비롯한 많은 기능성 무기소재의 1차 조립단위 ([SiO4])와 유사한 특성을 갖기 때문에 다양한 형태의 사슬이나 고리형 규산염에 기반한 MOF는 무기소재가 갖는 뛰어난 안정성을 일부 승계할 ...

카르복실 리간드가 포함되지 않은 황산염 계열 지르코늄 클러스터를 조립단위로 갖는 MOF 시리즈를 합성하고자 한다. 지르코늄(IV) 이온이 수산화이온 및 황산 이온에 의해 지지되어 있는 클러스터를 기반으로 황산 이온 전부 혹은 일부가 유기 설포네이트로 치환된 12 또는 14 연결 마디의 SBU로 유도한다. 이로부터 합성되는 새로운 MOF는 기존의 면심입방 조밀쌓임과 상이한 위상구조를 가질 것으로 예상된다. 그리고 단순 가교역할을 하는 황산이온의 경우 기하학적인 관점에서 카르복실 리간드와 호환성을 갖기 때문에 설포네이트와 카르복실레이트가 일정비율로 혼합된 새로운 형태의 MOF 시리즈를 얻고 범용성이 큰 MOF원형을 선별한다. 또한, 아미노페놀 계의 골격에 카르복실기가 도입된 리간드를 이용해 세미퀴논 형태의 라디칼이 골격을 이루는 새로운 형태의 다공성 MOF를 합성하고자 한다. 아미노페놀계 리간드는 MOF 합성에 시도되지 않은 물질로, 이미노세미퀴논 라디칼이 금속에 배위하여 안정화되는 것으로 알려져 있다. 이로부터 금속의 d전자와 라디칼의 홀전자 간 상호작용이 3차원 골격 전반에 걸쳐 확장된 MOF를 합성하여 기공 구조에 따르는 크기 선택적 흡착과 라디칼 고유의 산화환원 활성으로 인한 촉매활성을 동시에 구현할 수 있는 원리를 규명하고자 한다.

다양한 분야의 연구자들로부터 폭발적인 관심을 받아 온 MOF 연구에서 유독 널리 다루어지지 않은 고산화수 전이금속을 대상으로 화학적 안정성이 높은 골격구조를 합성한다. 반응이 매우 빨라 결정물질로 유도하기 어려운 티타늄, 바나듐, 지르코늄 등의 금속을 킬레이트 리간드로 고정시켜 화학적, 구조적 안정성이 높은 다공성 MOF의 형성을 유도한다. 이때 킬레이트 작용기가 비대칭적으로 혹은 대칭적으로 치환된 카르복실 리간드를 사용한다. 전기 전이금속이 다양한 형태의 다핵 클러스터를 쉽게 형성하는 특징을 이용하여 금속-옥소-카르복실 클러스터를 조립단위로 갖는 다공성 MOF의 합성을 시도한다. 클러스터 자체의 견고함과 구조적 특이함을 최대한 활용하기 위해 단순한 리간드로 예측 가능성이 높은 위상구조의 MOF를 유도한다. 이를 통해 특정한 기하구조의 MOF를 표적합성하는 방법론을 제시한다. 합성된 일련의 MOF를 조립단위와 리간드의 종류, 위상학적 특징에 따라 분류하고 화학적 안정성, 특히 가수분해에 대한 내성을 조사하여 4가 금속 MOF의 구조적 안정성에 기여하는 요인을 선별한다. 합성된 고산화수 금속 기반 MOF에 용매 배위자리를 유도하거나 합성후변형법으로 이종 금속을 배위시켜 열린 자리를 갖도록 만들고, 이산화탄소, 산소, 질소산화물 등 기체 분자와의 상호작용을 규명한다. 방사광 엑스선을 이용해 열린 금속자리를 이용한 기체 고정 및 촉매 변환 반응의 결정학적 규명을 시도한다.