국내 연구팀이 10억분의 1m 크기의 나노입자를 무수히 많은 나노입자 모임 형태가 아닌 개별적인 하나의 단일 나노입자수준에서 연구하는데 성공했다.

건국대 이과대학 화학과 권성중 교수는 미국 텍사스주립대-오스틴의 알렌 바드(Allen J. Bard) 교수 팀과 공동으로 금속입자가 전극표면에 충돌할 때 이들의 전기촉매 반응에서 나오는 증폭된 신호를 통해 개별적으로 각각의 나노입자를 구별하여 검출할 수 있게 하는 전기신호증폭법을 이용해 산화이리듐(IrOx)나노입자의 촉매특성 연구를 단일 나노입자 수준에서 수행하는데 성공했다고 밝혔다.

이번 연구결과는 SCI(과학논문인용색인)급 세계적 화학 학술지인 JACS(미국화학 학회지 : Journal of the American Chemical Society) 최근호(5월4일자)에 게재됐다.(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7102-7108.)

최근 나노기술 발달로 다양한 나노입자(크기가 수 나노미터(10억분의 1 m)에 불과한 작은입자)가 합성되어 촉매로 사용되거나 응용되고 있으나 나노입자의 촉매특성은 개개의 입자수준에서 측정되는 것이 아니라 많은 수의 나노입자들이 함께 모여서 나타나는 앙상블(ensemble) 형태로만 주로 측정 되어왔다. 개개의 나노입자가 주는 신호가 너무 작아 이를 관찰하고 연구하기 어렵기 때문이었다.

그러나 미국 텍사스주립대-오스틴의 알렌 바드(Allen J. Bard) 교수 연구팀이 개발한 전기신호증폭법은 나노입자가 전극표면에 충돌할 때 이들의 전기촉매 반응의 증폭된 신호를 통해 개별적으로 각각의 나노입자를 구별하여 검출할 수 있게 하는데, 현재 알렌 바드 교수와 영국 옥스퍼드 대학의 리차드 콤프톤(Raichard G. Compton) 교수 연구팀, 건국대 권성중 교수 연구팀 등 전 세계적으로 3곳에서만 관련 논문을 발표했다.

권 교수는 이번 연구에서 전기신호증폭법을 이용해 산화이리듐(IrOx) 나노입자가 전극표면에 충돌해 물을 산소로 분해하는 반응에 대한 촉매특성연구를 단일 나노입자 수준에서 수행했다.

산화이리듐(IrOx)은 물을 산소로 전기분해 하는 과정에 대한 좋은 전기촉매특성을 가지고 있어 최근에 많이 연구되고 있는 물질이다. 하지만 산화이리듐 속의 이리듐 원자의 산화상태가 명확하게 알려져 있지 않아 촉매반응의 메커니즘도 아직까지 명확하게 규명되어있지 않은 상황이다.

그런데 이번 연구를 통해 산화이리듐은 큰 덩어리 형태가 아닌 나노미터 크기의 산화이리듐 나노입자를 만들었을 때 촉매특성이 여전히 있긴 하지만 약 1초간 이어질 뿐 지속적으로 유지되지는 않는다는 것을 관찰하고 그 원인을 규명했다.

권 교수는 “이번 연구결과로 산화이리듐의 경우 나노입자가 되면 촉매활성이 큰 덩어리 형태 때와는 달라진다는 점이 확인돼 앞으로 산화이리듐 나노입자의 촉매사용과 관련한 중요한 지침이 될 것으로 예상된다”고 말했다.

권 교수는 “앞으로 다양한 금속나노입자와 다양한 촉매반응에 이 기술을 적용하여 단일 나노입자 수준에서 촉매특성이 어떻게 변화하는지를 지속적으로 연구할 계획”이라고 말했다.

 

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