나노기술 및 정책 정보

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● 일본 도쿄공업대학교의 Tso-Fu Mark Chang 교수 연구팀이 금 나노 입자를 내포한 ‘요크-쉘(yolk–shell)형’ 나노 구조체를 개발하고, 광촉매 기능 발현 메커니즘을 규명

● 연구진은 쉘로 구리 황화물(Au@Cu7S4), 카드뮴 황화물(Au@CdS), 아연 황화물(Au@ZnS) 및 니켈 황화물(Au@Ni3S4) 구조체를 제작

● 요크-쉘형 구조의 형성 프로세스로서 금과 산화구리의 코어-쉘(core–shell)형 구조체를 만든 후 황화나트륨과 반응시키면 서서히 중공(中空) 구조가 완성되며, 이것은 입자의 내부로 진행하는 반응과 외부로 진행하는 반응의 속도의 차이를 이용

● Au@Cu7S4를 함유한 용액에 카드뮴, 아연, 니켈 이온을 함유한 용액을 첨가하여 반응시킴으로써, 황화물을 형성하는 금속이 교환되어 Au@CdS, Au@ZnS, Au@Ni3S4의 나노 구조체가 형성

● 4종류의 요크-쉘 나노 결정을 투과형 전자현미경상으로 관찰한 바, 공동(空洞)을 갖는 입자에 금 나노 입자가 내포되어 있음을 확인했으며, 요크-쉘형 나노 구조체의 실시간 동영상 관찰을 통해 요크-쉘 구조 중에서 자유롭게 움직이는 금 나노 입자를 관측하는 데 세계 최초로 성공

● 또한, 요크–쉘형 나노 구조의 화학 조성 정보를 갖는 원자 분해능 이미지를 얻었으며, 광촉매 특성을 평가하기 위해 광발광분광법(photoluminescence)을 사용하여 금 나노 입자 요크와 쉘 간의 전자 상호작용 및 전하 이동 다이나믹스를 조사함

● 본 연구 성과는 금속 황화물과 금 나노 입자를 조합한 요크-쉘형 나노 구조체가 광촉매로서 기능할 수 있음을 확인한 것으로, 향후 환경 정화, 수소 제조, 이산화탄소 환원 등에 응용될 것으로 기대

※ ACS Applied Nano Materials 게재(2022.04.30.), “Electronic Interactions and Charge-Transfer Dynamics for a Series of Yolk–Shell Nanocrystals: Implications for Photocatalysis”