국내 연구팀이 10억분의 1m(1 나노미터) 크기의 나노입자를 무수히 많은 나노입자 모임 형태가 아닌 개별적인 하나의 단일 나노입자수준에서 연구하는데 성공했다.
건국대 화학과 권성중 교수는 미국 텍사스주립대-오스틴의 알렌 바드(Allen J. Bard) 교수 팀과 공동으로 전기신호증폭법을 이용해 산화이리듐(IrOx)나노입자의 촉매특성 연구를 단일 나노입자 수준에서 수행하는데 성공했다고 16일 밝혔다.
이번 연구결과는 세계적 화학 학술지인 JACS(Journal of the American Chemical Society)에 5월 4일자로 게재된바있다. (J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7102-7108.)
최근 나노기술 발달로 다양한 나노입자가 합성되어 촉매로 사용되거나 응용되고 있으나 개별의 입자수준에서 측정되는 것이 아니라 나노입자들이 함께 모여서 나타나는 앙상블형태로만 주로 측정되어왔다. 개별의 나노입자가 주는 신호가 너무 작아 이를 관찰하고 연구하기 어려웠기 때문이다.
알렌 바드 교수 연구팀이 개발한 전기신호증폭법은 나노입자가 전극표면에 충돌할 때 전기촉매 반응에서 나오는 증폭된 신호를 통해 각각의 나노입자를 구별하여 검출할 수 있게 하는 방법이다.
현재 알렌 바드 교수와 영국 옥스퍼드 대학의 리차드 콤프톤(Raichard G. Compton) 교수 연구팀, 건국대 권성중 교수 연구팀 등 전 세계적으로 3곳에서만 관련 논문이 발표됐다.
산화이리듐은 물을 산소로 전기분해 하는 과정에서 좋은 전기촉매특성을 가지고 있어 최근에 많이 연구되고 있는 물질이다. 그러나 산화이리듐 속의 이리듐 원자의 산화상태가 명확하게 알려져 있지 않아 촉매반응의 메커니즘이 명확하게 규명되어있지 않은 상황이었다.
권 교수는 이번 연구에서 전기신호증폭법을 이용해 산화이리듐 나노입자가 전극표면에 충돌해 물을 산소로 분해하는 반응에 대한 촉매특성연구를 단일 나노입자 수준에서 성공했다.
이번 연구를 통해 산화이리듐을 큰 덩어리 형태가 아닌 나노미터 크기의 나노입자를 만들었을 때 촉매특성이 여전히 있긴 하지만 약 1초간 이어질 뿐 지속적으로 유지되지는 않는다는 것을 관찰한 것으로 알려졌다. 원인 규명에도 성공했다고 연구팀은 설명했다.
권 교수는 “이번 연구결과로 산화이리듐의 경우 나노입자가 되면 촉매활성이 큰 덩어리 형태 때와는 달라진다는 점이 확인됐다”며, “앞으로 산화이리듐 나노입자의 촉매사용과 관련한 중요한 지침이 될 것으로 예상된다”고 말했다.
또 “앞으로 다양한 금속나노입자와 다양한 촉매반응에 이 기술을 적용하여 단일 나노입자 수준에서 촉매특성이 어떻게 변화하는지를 지속적으로 연구할 계획”이라고 덧붙였다.
-대한민국 의학전문지 헬스코리아뉴스-
