금속-유기 골격체(MOF) 용융 퀀칭 유리는 MOF의 모듈성 및 미세 다공성과 유리의 가공성을 겸비하지만, 결정질 유사체에 비해 구조적 및 기능적 다양성이 부족했습니다. 본 연구에서는 킬레이트 리간드인 1,10-페난트롤린이 유기 플럭스로 작용하여 특정 MOF의 유리 전이 온도를 낮추고 용융 중 리간드 교환을 유도함을 보였습니다. 이를 통해 MOF 유리 내 국부 배위 및 전체 토폴로지를 제어할 수 있게 됩니다.
특히 Co2+ 기반 시스템에서 페난트롤린은 금속 노드에 배위하여 배위수를 증가시키고 말단 리간드를 형성함으로써 네트워크 연결성을 감소시킵니다. 이러한 배위권 공학은 기존 무기 또는 유기 유리에서는 달성하기 어려웠던 수준의 구조 제어를 가능하게 합니다. 결정적으로, 낮아진 가공 온도는 열 분해를 억제하여 자기 불순물이 없는 Co2+ 기반 MOF 유리를 합성할 수 있게 합니다.
이러한 유리는 반강자성 결합을 나타내며, 용융 퀀칭으로 형성된 자기 MOF 유리의 독특한 사례를 제시합니다. 최종적으로, 이 전략을 기존에는 용융 불가능했던 카르복실레이트 기반 MOF로 확장하여, 플럭스 매개 리간드 교환이 맞춤형 연결성 및 특성을 지닌 하이브리드 유리를 제조하는 다용도 경로임을 확립했습니다.
졸-겔법은 세라믹, 유리, 하이브리드 나노구조체 제조에 유용한 기술이지만, 기존 방식은 긴 반응 시간, 고온 처리, 유독성 유기 용매 사용 등의 한계가 있습니다. 본 총설은 친환경 전략과 고속 졸-겔 경로를 결합하여 지속가능성과 합성 효율을 높이면서 재료 성능을 유지하거나 향상시킬 수 있다는 가설을 평가합니다.
보고된 연구들은 친환경 조성물이 용매 관련 위험과 VOC 배출을 70~90%까지 줄일 수 있음을 보여줍니다. 또한, 최적화된 마이크로파 또는 초음파 활성화를 통해 겔화 및 건조 단계를 수 시간에서 수 분으로 단축시킬 수 있습니다. 이러한 신속한 경로는 입자 크기가 20~40% 더 작고, 균일성이 높으며, 향상된 광학 및 촉매 특성을 지닌 하이브리드 나노물질을 생산합니다.
특히 무기-고분자, 생체활성 유리-생체고분자, 탄소 기반 하이브리드 시스템에 중점을 두며, 이들은 향상된 기계적 안정성, 생체 적합성 및 기능적 다양성을 나타냅니다. 기존 졸-겔 공정과의 비교 분석을 통해 주요 장점, 현재의 한계점, 그리고 에너지, 환경 정화, 생의학 분야에서의 응용 가능성을 강조합니다.
본 총설은 첨단 하이브리드 나노물질 설계를 위한 지속가능하고 에너지 효율적이며 고성능의 졸-겔 전략을 모색하는 연구자들에게 간결하고 최신 정보를 제공하는 참고 자료가 될 것입니다.
