나노기술 및 정책 정보

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라이스 대학교(Rice University) 연구팀이 나노입자의 형상이 빛과 상호작용하는 방식에 영향을 미친다는 사실을 오랫동안 알고 있었고, 최근 연구는 형상이 빛을 사용하여 화학반응을 촉매하는 입자의 능력에 어떤 중요한 영향을 미치는지 보여줌. 연구팀은 광학적 특성은 동일하지만 모양이 다른 알루미늄 나노입자를 연구했음. 가장 둥근 쪽은 14 개의 면과 24 개의 꼭지점이 있으며, 다른 하나는 6 개의 면과 8 개의 90도 꼭지점이 있는 큐브 모양이었음. 팀이 "옥토 포드"라고 불렀던 세 번째도 6 개의 면이 있었지만 8 개의 꼭지점은 각각 끝이 뾰족했음. 세 가지 종류 모두 빛에서 에너지를 포착하여 촉매반응을 가속화할 수 있는 초에너지 열전자의 형태로 방출하는 능력이 있음. 연구팀은 각 입자가 수소 해리반응을 위한 광촉매로 얼마나 잘 수행되는지 확인하는 실험을 진행했음. 테스트 결과, 옥토 ​​포드는 14면 나노결정보다 10 배 더 높은 반응속도를 보였고 나노큐브보다 5 배 더 높았음. Octopods는 또한 겉보기 활성화 에너지가 낮은 데, 나노큐브보다 약 45 % 낮고 나노 결정보다 49 % 낮았음. 실험 결과 모서리가 날카로울수록 효율성이 증가하는 것으로 나타났음. 옥토 포드의 경우 모서리의 각도는 약 60 도임. 정육면체의 경우 90도이고 나노결정의 경우에는 각도가 더 커 둥근 점이 더 많음. 따라서 각도가 작을수록 반응 효율이 ​​증가함. 그러나 각도가 얼마나 작을 수 있는지 화학 합성에 의해 제한됨. 이들은 특정 구조를 선호하는 단결정임. 무한히 더 뾰족하게 만들 수는 없음.

연구팀은 또한 빛 활성화 알루미늄 나노입자와 수소분자 사이의 열전자 에너지 전달 과정의 이론적 모델을 개발하여 촉매실험의 결과를 확인했음. 빛의 파장과 입자모양을 입력함. 이 두 가지 측면을 사용하여 어떤 모양이 최상의 촉매를 생성할지 정확하게 예측할 수 있음.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ (“Morphology-Dependent Reactivity of a Plasmonic Photocatalyst”) 지에 게재됨