[신기술 소개] AIST, 이온성 분자를 도포하여 그래핀을 반도체화하는 작업을 이론적으로 제시

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KIC News, Volume 16, No. 1, 2013

KIC News, Volume 16, No. 1, 2013 49

노 입자 촉매의 활성·내구성은 대폭으로 향상했다. 본 기술은 수소 에너지 사회 실현에 기여할 것으로 기 대되는 동시에, 금속 나노 입자의 새로운 합성법으로서 태양광 에너지 변환 등 광범위한 분야에도 응용될 것으로 기대된다.

본 연구 성과는 2012년 8월 29일 미국 화학지 ｢Journal of the American Chemical Society｣에 게재되 었다(※ 발표논문 참조).

※ 발표논문 : Arshad Aijaz, Abhi Karkamkar, Young Joon Choi, Nobuko Tsumori, Ewa Rönnebro, Tom Autrey, Hiroshi Shioyama, and Qiang Xu, “Immobilizing Highly Catalytically Active Pt Nanoparticles inside the Pores of Metal–Organic Framework: A Double Solvents Approach”, J. Am. Chem. Soc., August 13, 2012. DOI: 10.1021/ja3043905

Figure. 초미세 금속 나노 입자촉매를 다공성 배위고분자의 세공 내에 고정화.

왼쪽 그림은 배위고분자가 갖는 나노 세공 구조. 금속 나노 입자의 근간이 되는 전구체는 금속 염수용액 으로서 배위고분자의 나노 세공 내에 도입된다. 오른쪽 그림은 배위고분자의 나노 세공 내에 고정화된 금 속 나노 입자가 고활성 촉매로서 작용하여 암모니아보란(NH3BH3)이라는 수소저장 재료로 수소(H2)를 꺼 내는 모습을 나타낸다.

출처 : 2012.11.27 AIST(http://www.aist.go.jp/aist_j/new_research/nr20121127/nr20121127.html) 작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)

AIST, 이온성 분자를 도포하여 그래핀을 반도체화하는 작업을 이론적으로 제시

일본 과학기술진흥기구(JST) 과제달성형 기초연구의 일환으로 산업기술종합연구소(AIST) 나노시스템연 구부문 오오타니 미노루(大谷実) 연구그룹 리더와 츠쿠바대학 오카다 신(岡田晋) 준교수 등은 이온성 분자 를 두 층의 그래핀 표면에 흡착시킴으로써 그래핀을 반도체화할 수 있다는 것을 이론적으로 제시했다. 또 흡착시키는 이온성 분자의 종류를 제어하여 반도체화된 2층 그래핀의 전도 특성의 제어 가능성도 나타냈다.

그래핀은 탄소원자가 벌집 모양으로 6각형의 네트워크를 형성한 시트로, 원자 한 층으로 이루어지는 초 박 사이즈와 그 시트 위에 고이동도의 전자가 존재하기 때문에 세계적으로 주목받고 있는 신재료이다. 그

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http://www.ksiec.or.kr

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공업화학 전망, 제16권 제1호, 2013

러나 그래핀을 차세대 반도체 디바이스로서 응용하기 위해서는 본질적으로 금속인 전자상태를 반도체화 시킬 필요가 있다. 본 연구팀은 2층의 그래핀에 대해 연직방향으로 전계를 가함으로써 그래핀을 반도체화 할 수 있는 사실에 착안, 2층 그래핀의 상하 면을 각각 양이온 분자, 음이온 분자를 이용하여 피막하고, 양 이온 분자와 음이온 분자에 의한 샌드위치 구조를 구축함으로써, 이온성 분자 간에 생기는 전위차에 의한 2층 그래핀의 반도체화가 가능하다는 것을 나타냈다. 또 양이온 분자와 음이온 분자의 조합에 의해 반도체 화된 2층 그래핀의 전도 특성을 n형 또는 p형으로 제어할 수 있음을 이론적으로 제시하였다.

본 연구 결과는 뛰어난 전기전도 특성을 갖는 그래핀을 이용한 반도체 디바이스의 실현, 설계에 있어 중 요한 성과로 기대된다. 본 연구 성과는 2012월 12월 4일 미국 응용물리학회지 ｢Applied Physics Letters｣

의 온라인 판에 게재되었다(※ 발표논문 참조).

※ 발표논문 : Nguyen Thanh Cuong, Minoru Otani and Susumu Okada, “Electron-state engineering of bilayer graphene by ionic molecules”, Applied Physics Letters, published online 4 December 2012. DOI: 10.1063/1.4769098

Figure. 진성 반도체가 되는 이온성 분자 도포 2층 그래핀의 구조와 전자 상태.

출처 : 2012.11.30. AIST(http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20121130/pr20121130.html) 작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)

교토대학, 분자의 흡착 상태를 ‘기억’하고 ‘소거’하는 나노 세공 물질을 발견

- 메조 영역에서 다공성 구조체의 유강(柔剛)을 제어 -

일본 교토대학(京都大學) 기타가와 스스무(北川進) 교수(물질-세포통합시스템거점(iCeMS) 거점장 겸임), 후루카와 슈헤이(古川修平) iCeMS 교수, 사카타 요코 고베대학(神戸大學) 조교 등의 연구 그룹은 다공성 구조체의 결정 크기를 메조스코픽(mesoscopic) 영역까지 작게 함으로써 분자를 받아들인 상태의 구조를

‘기억’하고 가열에 의해 ‘소거’가 가능한, ‘형상 기억 나노 세공’의 합성에 성공했다. 물질의 크기에 의해 세 공 기능이 변화되는 것을 다공성 재료에 있어 나타낸 것은 세계 최초이다.

무기화합물은 크기에 의해 완전히 다른 기능이 드러나는 것으로 알려져 있다. 예를 들어 금은 우리가 보