촉매 특성이 크게 변하지 않았으며 이는 곧 촉매의 수명이 길어졌음을 의미한다. 이 기술은 향후 자동차 산 업의 연료전지 상용화를 앞당기는데 중요한 역할을 할 것으로 보이며, 이 는 곧 지구 환경의 개선에 앞장 설 것으로 예상된다[Science, Vol. 315,
p. 220(2007)].
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 25, No. 3, 2007 … 273 그림 2. Au/Pt/C와 Pt/C의 촉매 특성 비교 : (A)와 (C)는 polarization curve,
(B)와 (D)는 voltammetry curve.
점착성 금속 나노입자들의 자기조립에 의한 거대물질의 제조
지금까지의 나노입자에 관한 연구는 나노입자 초격 자(nanoparticle superlattices), 3차원 결정(3-dimen- sinal crystals) 등 미세물질(microscopic materials) 제조에 집중되어 왔지만, 거대물질(macroscopic materials) 제조에 대해서는 아직도 연구되어야 할 분 야가 많다. 이러한 가운데 Northwestern 대학교의 Grzybowski 등은 최근에 나노물질을 집적한 거대물 질의 제조에 관해 연구 결과를 발표하였고, 그 내용은 다음과 같다.
우선 나노입자들로부터 거대물질을 제조하기 위해 톨루엔 용매를 사용하여 금, 은, 백금 등의 금속 나노 입자 용액을 제조한다. 각 나노입자들은 직경이 5nm 이하이고, 분산도는 약 10% 정도이다. 용액의 안정화 를 위하여 마개제(capping agent)로 dodecyla-
mine(DDA)을, 계면활성제로 didodecyldimethyla- mmonium bromide(DDAB)를 사용하였으며, 광활 성화를 갖는 trans-azobenzene dithiol(ADT)을 투여 하였다. 과량의 계면활성제와 마개제를 사용하는 이 유는, 이들이 ADT 리간드에 의한 주변의 나노입자들 의 자발적인 교차결합을 방지하여 제조된 용액을 안 정하게 보관할 수 있기 때문이다. 자외선을 조사하여 ADT의 trans-cis 이성질제화를 촉진시키고, azobenzene 단위체 분자간 쌍극자 모멘트를 일으켜 분자들을 교차결합시킨 후 초구체(supraspheres)를 성장시킨다[그림 1]. 이러한 초구체의 성장은 열역학 적으로 안정한 클러스터를 형성하고, 연속적인 나노 입자 단위체들과의 결합에 의해 성장한다. 이러한 메 커니즘의 특징은 초구체의 직경 조절이 나노입자와
(A) (B)
(C) (D)
ADT의 농도를 변화시켜줌으로써 가능하다는 데에 있다. 이 방법으로 50nm부터 300nm 사이의 직경을 가진 초구체의 제작이 가능하였다[그림 2].
각각의 초구체는 직경과는 상관없이 모두 가소성 (plasticity)이 있는 고체의 기계적 성질을 가진다. 초 구체의 가소성은 nanoindentation에 의한 방법과 기 판에 점착된 구의 단차와 접촉각에 의한 방법을 사용 하여 측정되었는데, 그 결과 초구체의 직경이 커질수 록 가소성은 향상되었다. 이들 초구체가 갖는 가소성 은 각 초구체들의 조립능력을 강화시켜 거대물질의 제조를 가능하게 하였다. 또한 이 물질을 50℃정도의 약한 열처리를 해주면, 다결정 다공질의 물질이 되어 나노입자로 만들어진 거대물질의 내구성을 향상시킨다.
이 점은 물체의 커다란 외형변형 없이도 나노입자의 융 합을 이룰 수 있어 의미있는 성과로 받아들여진다.
그리고 이렇게 형성된 거대물질은 20V/m에서부터 2×105V/m까지 인가된 전기장의 영역에서 옴의 법 칙을 따르는 전기적 성질을 나타냄도 발견되었다. 이 러한 성질은 여러 전기적 소자의 금속-절연체 구조 연구에 도움을 줄 것이다.
이 연구를 통하여 밀리미터 단위의 물질도 나노입 자를 이용하여 정밀하게 조립할 수 있는 길이 열렸으 며, 다공성을 이용하는 촉매분야와 소자의 금속-절연 체구조에 있어 신소재물질을 찾고 있는 반도체분야에 널리 응용되리라 예상된다. 아울러 이 연구는 순수물 질 뿐 아니라 2가지 금속으로 된 거대물질 제조에도 적용이 가능하기 때문에 금속야금 분야에서도 의미 있는 결과로 여겨지고 있다[Science, Vol. 316, p. 261 (2007)].
