2025년 노벨 화학상

• Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi가 금속-유기 구조체(MOF) 개발로 2025년 노벨 화학상 수상
• MOF는 큰 공동(cavity) 을 가진 분자 건축물로, 물 분자 저장, 탄소 포획, 수소 저장, 오염물질 제거 등 다양한 활용 가능성 보유
• 혁신적 MOF의 최초 설계와 실용화를 통해 수만 가지 종류의 맞춤형 화학 재료 개발이 가능해짐
• 기존 재료와 달리 MOF는 유연성, 다양한 분자 조합, 고기능성 등에서 독창적인 장점 부각
• MOF는 연구와 산업 분야에서 새로운 화학 솔루션을 제시하며, 21세기 핵심 소재로 부상 중임

새로운 화학의 공간 창조: 2025년 노벨 화학상

개요

• 2025년 노벨 화학상은 Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi에게 수여됨
• 이들은 금속-유기 구조체(MOF, Metal–Organic Frameworks) 라는 혁신적인 분자 구조체를 개발함
• MOF는 내부에 매우 큰 공동(cavity)을 포함한 건축물로, 다양한 분자가 드나들 수 있음
• 이를 통해 사막 대기에서 물 추출, 오염물질 제거, 이산화탄소 포집, 수소 저장 등 다양한 혁신적 응용이 이루어짐

MOF의 탄생 배경과 발상

목재 분자 모델에서 시작된 발상 (Richard Robson)

• 1974년 Richard Robson은 학생 교육을 위해 분자 목재 모델을 만들면서 원자의 결합 방식에서 영감을 얻음
• 탄소와 같이 네 방향에 결합하는 금속 이온(copper ion)과 4개의 팔을 가진 유기 분자를 조합하는 아이디어 고안
• 그 결과로, 내부에 매우 큰 공동을 가진 질서정연한 분자 결정을 처음으로 만듦
• 1989년에 이러한 혁신적 구조를 발표하며, 새로운 재료 설계 방법을 예견함

실험과 미래 지향적 제안

• Robson은 다양한 이온 및 분자를 융합하여 공동 구조체를 만들고, 실제로 내부 이온 교환이 가능한 것을 실험적으로 보임
• 이 구조체는 선택적 화학 반응 촉매 등 신개념 화학 소재로 확장 가능성을 제시함
• 당시 구조체는 불안정했으나, 미래 지향적 사고에 의해 이후 연구자들에게 영감을 줌

Kitagawa와 Yaghi의 독립적 개척

Kitagawa: “쓸모없는 것의 쓸모”

• Susumu Kitagawa는 “무용(無用)의 유용(有用)” 이라는 원칙 아래, 처음에는 특별한 용도가 없는 다공성 분자 구조체를 개발함
• 1992년 구리 이온 기반의 2차원 구조체 발표 후, 1997년에는 내구성 있고 가스 저장이 가능한 3차원 MOF를 구현함
• 기존의 zeolite와 비교해, MOF는 소재 유연성, 구성 분자의 다양성과 같은 고유 강점 보유
• 1998년, MOF의 유연성 개념을 제안하며 학계에 새로운 패러다임 제시

Yaghi: 원자 단위 설계의 집념

• Omar Yaghi는 어려운 환경에서 자라며, 분자 구조에 깊은 호기심을 품음
• 1992년 Arizona State University에서 합리적 분자 설계를 시도, 금속 이온과 유기 분자를 조합해 2차원 MOF를 발표
• 1995년 “metal–organic framework”라는 용어를 최초로 제안하며, 본격적으로 MOF 분야를 이끔
• 1999년 MOF-5라는 대표적 소재를 개발, 2~3g 만으로 축구장 크기의 내부 표면적을 제공하는 혁신성 입증
• 2002~2003년, 다양한 공동 크기의 MOF를 유리하게 설계할 수 있음을 증명

MOF의 응용 및 파급력

다방면에서의 혁신적 활용

• MOF는 분자 단위로 맞춤설계가 가능해 물 흡수, 가스 저장, 약물 전달, 유독 가스 포집, 오염물질 분해 등 수십 가지 고기능 적용이 가능
• Yaghi 그룹은 사막 대기에서 물을 추출하는 등 실질적 활용 가능성을 입증함
• UiO-67, MIL-101, ZIF-8, CALF-20, NU-1501 등의 MOF 소재들은 수소/이산화탄소 저장, PFAS 제거, 희토류 추출 등 산업 현장에서 실험 적용중임

21세기 미래소재로의 기대

• MOF는 현재 소규모 연구 및 시제품 생산 단계이지만, 대량생산 및 상용화가 본격 추진 중임
• 전자산업 유해가스 보관, 탄소 포집, 수소 저장 등 기후·환경문제 해결 솔루션으로도 각광받음
• 많은 연구자들은 MOF가 21세기를 대표하는 신소재가 될 것으로 전망함

주요 수상자 이력

• Susumu Kitagawa: 1951년 일본 교토 출생, 교토대학 박사, 교토대 교수
• Richard Robson: 1937년 영국 출생, 옥스퍼드대 박사, 멜버른대 교수
• Omar M. Yaghi: 1965년 요르단 암만 출생, 일리노이대 박사, UC Berkeley 교수

추가 정보

• 더 자세한 과학적 배경 및 자료는 www.nobelprize.org에서 제공됨
• 수상 관련 영상, 강연, 전시 정보는 Nobel Prize Museum 공식 사이트에서 확인 가능

금속-유기 구조체의 개발로 2025년 노벨 화학상 수상
Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
“for the development of metal–organic frameworks”
© The Royal Swedish Academy of Sciences