나노기술 및 정책 정보

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표면 인터페이스 구조는 나노소재 성능을 결정하는 주요 요소가 되고 있는데, 로드 형태의 촉매 소재를 예로 들면 금속 입자와 산화물 탑재 체 사이에 형성된 인터페이스는 부분적으로 중요한 반응 과정에서 주 역할을 발휘하지만 "어떻게 하면 이런 활성 인터페이스를 조정 제어할 것인가"는 도전적인 과제에 속하고 있음.

금속 입자는 로드 과정에서 기판에 형성된 인터페이스와 임의성(randomness)을 보유하고 있는데, 현재 로드가 완성된 이후에도 여전히 효과적인 수단이 부족하여 인터페이스에 대한 "정밀 보수"를 실행할 수 없고, 이는 입자와 산화물 간의 활성 촉매 인터페이스에 대한 정밀 조정 제어로 하여금 "완성할 수 없는 미션"이 됨.

중국 저장(浙江, 절강) 대학교, 중국과학원 상하이(上海, 상해) 고등(高等) 연구원, 덴마크 과학기술대학교 연구팀과 공동 연구를 통해 환경 투과 전자 현미경의 원 위치 표면 특징 분석과 제1성 원리 계산을 이용하여 원자 사이즈 하에서의 일산화탄소 촉매 산화 과정에서 관찰된 촉매 인터페이스 활성 위치 점의 가역 변화에 대한 해석 작업을 수행함. 연구팀은 활성 인터페이스와 반응 환경 간의 동적 상태 원 위치 상관관계를 분석하고, 최초로 인터페이스 활성 위치 점에 대한 원자 레벨의 정밀 원 위치 조정 제어를 실현함.

이번 연구는 "어떻게 하면 메커니즘 차원에서 출발하여 보텀 업(bottom-up) 방식으로 소재, 디바이스 구조와 기능에 대한 정밀 조정 제어와 디자인을 실현할 것인가"라는 과제를 해결하는 면에서 중요한 의미를 가짐.

최근 중국과학원 상하이(上海, 상해) 고등(高等) 연구원 까오이(高嶷, 고의) 연구원 연구팀은 원 위치 이론 신 모델에 대한 "0에서 1로의 도달"을 실현하였으며, 여러 가지 이론 모델을 발전시켜 나노소재가 균형 구조에서 불균형 구조로 진화하는 과정에 대한 예측성을 논증함. 또한, 실험 과정에서 이론 시뮬레이션이 원 위치 실험 현상을 이해 수준에서 디자인 수준으로 향상시키는 면에서 중요한 역할을 발휘하여, 연구팀이 구축한 이론 모델은 실험 과정에서 폭넓게 응용되고 있음.

연구팀은 원 위치 환경 전자 현미경과 제1성 원리에 기반 한 열역학 연구를 통해 이산화 티타늄 표면 물 분자 구조가 서로 다른 반응 환경에서의 가역적 변화를 입증함으로써 산화물 표면이 진실한 조건 하에서의 촉매 메커니즘 이해를 위해 원자 사이즈의 기본적인 이해를 제공하였음.

또한, 반응 환경 원 위치에 대한 정밀 조정 제어 소재의 기능 표면과 인터페이스의 타당성, 폭넓은 응용 전망을 입증함.

본 연구 성과는 Science ("In situ manipulation of the active Au-TiO2 interface with atomic precision during CO oxidation")에 게재됨.