나노기술 및 정책 정보

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[중국] 나노 전기 화학적 결정면 효과 연구

 

□ 주요내용

 

○ 최근 년 간 나노 재료를 응용하여 물속의 미량 중금속 이온을 검출하는 기술 연구는 고 감광도 전기 화학적 센서 연구 분야 이슈 중의 하나로 부상한 상황이다.

 

○ 과학자들은 이런 증강 타입의 전기 화학적 신호를 나타낼 수 있는데 대해서 나노 재료의 큰 비표면적(specific surface area)에 원인이 있다고 분석하고 있다.

 

○ 나노 재료의 증강 전기 화학적 응답 본질, 특히 어떻게 원자 레벨 상에서 고 감광도 전기 화학적 민감 인터페이스를 디자인할 것인가라는 관련 연구 내용은 지금까지 많이 발표되지 않은 상황이다.

 

○ 중국과학원 허페이(合肥) 물질과학 연구원 산하 인텔리전트 기계 연구소 소속 바이오닉 기능재료 및 센서 장치 연구센터 류진화이(劉錦淮), 황싱쥬(黃行九) 연구원이 주도하는 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 나노재료의 결정면 특성을 이용하여 전기 화학적 센서 인터페이스를 구축하는 방법을 개발하는데 성공하여 이슈가 되고 있다.

 

○ 연구팀은 다른 결정면에 노출된 금속 산화물 나노재료를 디자인 하고 이용하여 물속 중금속 이온에 대한 선택적 전기 화학적 반응을 발생시켰으며 관련 연구 결과에 근거하여 나노 전기 화학적 결정면 효과에 대한 분석 결과를 도출하였다(Sci. Rep. 2013, 3, 28

86; Electrochem. Commun. 2013, 34, 270).

 

○ 연구팀은 동 분석 결과에 기반 하여 전기 화학적 분석과 이론 시뮬레이션 계산을 결합하는 방법으로 결정면 각도로부터 원자 층 면 상에 노출된 다양한 결정면의 세 가지 α-Fe2O3 나노 구조가 Pb2+에 대해 매우 민감한 전기 화학 반응을 나타내는 메커니즘을 해석하는데 성공하였다.

 

○ 연구팀은 세 가지 다양한 형태의 α-Fe2O3 나노 구조가 물속 중금속 이온에 대한 전기 화학적 분석을 실행하는 기술을 개발하였다.

 

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 Pb2+와 같은 중금속 이온이 α-Fe2O3 나노 결정의 다양한 결정면 상에서 {110}> {001}> {012} 수준의 감광도 순서를 보유하고 있다는 점을 입증한 동시에 흡착 실험을 통해 Pb2+가 α-Fe2O3 나노 결정면 상에서의 흡착 능력과 전기 화학적 응답 순서가 일치하다는 점을 입증하였다.

 

○ 연구팀은 중국과학기술대학 산하 '마이크로 사이즈 국가 실험실' 소속 리췬샹(李群祥) 교수와 협력하여 이론 계산 시뮬레이션 실험 과정을 통해 관련 시뮬레이션 계산 결과를 도출하였다. 이번 연구를 통해 Pb2+가 α-Fe2O3 나노 결정면 상에서의 흡착 능력, 흡착 위치 점과 순서는 {110}> {001}> {012}와 일치하다는 점을 입증하였다.

 

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 '나노 재료 선택성 흡착은 선택적 전기 화학적 응답을 생성 시킨다'는 법칙을 제시함으로써 소스 차원에서 전기 화학적 센서 인터페이스를 디자인하여 성능을 개선하도록 하는 면에서 가이드적 의미와 실제적인 응용 가치를 보유하였다.

 

○ 연구팀의 관련 연구 논문은 영국 왕실 화학학회에서 출판한 '화학 통신'에 발표되었다(Chem. Commun., 2014, 50, 5011-5013).

 

○ 연구팀의 이번 연구는 국가과학기술부의 '중대 과학연구 프로젝트' 비용, 중국과학원의 '해외 걸출 인재 유치 프로그램'인 '백인계획(百人計劃)' 프로그램 비용, '허페이(合肥) 물질과학 기술 센터'의 '방향성 과학연구 프로젝트' 비용 지원을 받아 추진되었다.