혼합기질막(Mixed Matrix Membranes, MMMs)은 고분자 매트릭스 상에 다기능성 충전재를 분산한 형태의 분리막으로 대면적화 및 합성이 쉽다는 고분자 분리막의 장점과 분리 성능이 우수하다는 다기능성 충전재(제올라이트, 금속-유기 골격체 등) 의 장점을 모두 가진 것으로 알려져 많은 연구가 진행 중이다. 그러나 성질이 다른 두 물질이 혼합된 하이브리드 형태의 혼합기질막에 합성에 있어서 유의할 점이 있는데 1. 충전재의 높은 분산성, 2. 충전재와 고분자 매트릭스 사이의 강한 계면 상호작용이 필수적으로 고려되어야 하며 그렇지 않으면 기체의 비선택적 투과 경로를 형성하는 'Sieve-in-a-cage' 현상이 발생하여, 결과적으로 이는 혼합기질막의 성능을 현저히 저하하는 원인이 된다. 이에 본 연구에서는 구조 및 표면 화학이 제어된 Zeolite Imidazolate Framework-8(ZIF-8) 충전재를 합성하고 이를 6FDA-DAM 고분자 매트릭스 상에 고르게 분산한 형태의 혼합기질막을 합성하는 데 성공하였다. 먼저, ZIF-L 입자의 후처리를 통해 합성된 형태 및 구조 제어 된 Cross-Leaf Etched ZIF-8(CLE8)의 결정 구조 및 비표면적이 기존 ZIF-8결정과 유사하지만, 높은 표면 불포화 금속 자리가 관찰되는 등의 차이점이 발견됨을 확인하였다. 또한, CLE8/6FDA-DAM 혼합기질막 합성 후, 표면 특성을 관찰한 결과, CLE8의 고분자 내 응집 현상이 현저히 감소하고 고분자와 충전재 사이의 계면 상호작용이 강화되어 결함이 없는 밀도 높은 단면이 확인되었다. 계면 상호작용이 향상되었다는 물리적 화학적 근거로는 1) CLE8 중앙의 식각된 부분으로 고분자 매트릭스가 침투하여 물리적 결합 성능이 증대됨을 확인할 수 있었으며, 2) 6FDA-DAM 이미드링의 C=O(1726 cm-1)와 C-N(1355 cm-1) 피크에서 양의 이동이 관찰되었는데, 이는 CLE8의 불포화 금속 자리와 6FDA-DAM 이미드링 사이에 수소결합이 발생하여 화학적 상호작용이 증대되었음을 확인할 수 있었다. 상기 향상된 분산력 및 필러/고분자 상호작용으로 인해 고함량 (34 wt%)의 CLE8이 포함된 6FDA-DAM 혼합기질막의 합성에 성공할 수 있 프로판/프로필렌 혼합기체 분리 성능을 측정해 보았을 때, 프로필렌 투과율은 순수 고분자 분리막 대비 5배 이상(7.3에서 40 Barrer) 증가하였으며, 프로판/프로필렌 선택도는 8배 이상(10에서 82.1) 향상되었음을 확인하였다. 마지막으로, 혼합기질막 성능향상의 원인이 CLE8과 6FDA-DAM 고분자 간의 상호작용 증대 때문임을 확인하기 위해 흡착 선택도와 투과 선택도를 계산한 결과, 확산 선택도가 혼합기질막의 선택도 향상에 지배적인 것을 검증하였다.