[신기술 소개] 내부식성을 향상시키는 나노입자의 원자 크기 산화 메커니즘

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내부식성을 향상시키는 나노입자의 원자 크기 산화 메커니즘

중국 과학원(Chinese Academy of Sciences)의 연구진은 3 nm 이하의 지름을 가진 산화물 나노구조가 더 큰 나노구조보다 훨씬 더 큰 내산화성을 가진다는 것을 발견했다. 원자 수준의 산화 메커니즘을 조사함으로 써, 나노입자의 안정성을 결정하는 요소인 “동적 크기 효과(dynamic size effect)”라는 것을 최초로 제안했다.

나노물질을 실제로 적용하는데 주요 문제점은 나노구조의 활성이 크기 감소에 따라서 증가한다는 것이다.

이것은 화학적 환경에서 그들의 안정성을 종종 감소시킨다. 산화 조건 하에서, 더 작은 크기와 더 높은 결함 밀도를 가진 나노구조들은 많은 결함들이 산소와의 반응성을 향상시키고 산소 도입을 위한 빠른 채널을 제공 함으로써 산화를 촉진할 수 있기 때문에 더 쉽게 산화될 것으로 예상된다.

이번 연구진은 Pt (111)의 서로 다른 크기를 가진 FeO 나노구조를 만들었고, 고해상도 주사터널링 현미경 (scanning tunneling microscopy)과 밀도 함수 이론(density-functional theory) 계산을 사용해서 산화 동역 학을 조사했다.

활성 FeO 나노구조의 크기를 감소시키는 것은 그들의 산화 저항을 매우 증가시키고 3.2 nm 이하의 크기 를 가진 FeO 나노구조에서 최대 산화 저항이 발견되었다. 이번 연구진은 향상된 산화 저항이 O

속의 FeO 나노구조에 대한 크기 의존성 구조적 동역학 때문이라는 것을 발견했다.

작은 FeO 나노구조는 상대적으로 안정적인 구조를 달성하기 위해서 동적 변화에 더 민감하다. 이것은 동 적 크기 효과라고 부르고 활성 나노구조의 화학적 특성들을 지배한다. 동적 크기 효과의 일반성을 입증하기 위해서, 이번 연구진은 Pt (111) 또는 Au (111) 위의 CoO 나노구조를 조사했고, 3 nm 이하의 나노구조일 경우에 유사한 내산화성 거동을 가진다는 것을 발견했다.

이 연구는 대기 중에서 발생하는 나노촉매의 동적 리모델링(dynamic remodeling) 메커니즘을 원자적으로 이해할 수 있게 하고, 내부식성 및 항산화성 나노보호 코팅을 개발하기 위한 새로운 계면 제어를 가능하게 한다.

Figure. FeO 활성 나노구조의 내산화성 향상 동적크기효과.

출처 : http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=45942.php

작성 : 김 상 범 (경기대학교)