나노기술 및 정책 정보

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­ 중국 산시성(陝西省) 시안시(西安市)에 위치하여 있는 ‘시안(西安) 죠우퉁대(交通大学)’ 산하 ‘화학물리 연구소(化学物理研究所)’ 박사과정에 있는 양타오(楊濤), 왕워이워이(王巍巍), 당징솽(黨靜霜) 연구팀은 자오샹(趙翔) 교수 지도를 받아 ‘물리 제1원리’를 이용하여 다양한 ‘기능탄소 나노 재료’의 ‘플러렌(Fullerenes) 체계’의 ‘기하(几何) 구조’, ‘전자 구조’ 및 관련 ‘물리와 화학 특성’에 대한 심층적인 연구를 실행하여 다양하고 중대한 과학연구 성과를 달성하였다.

­ 양타오 연구원은 두 가지 희토 금속인 플러렌 포합물(包合物)인 Lu2@C76-Td의 전자구조, ‘전선(前线) 분자 궤도’, ‘통계 열역학(统计热力学) 분포’ 등 특성에 대한 계통적인 연구를 통해 ‘카본 케이지(Carbon cage)’ 내부에 존재하는 두 가지 금속 원자 간에 매우 강한 화학 본딩(Bonding) 역할이 존재하고 있으며 신기한 금속-금속 ‘공유 결합(Covalent bond)’을 구성하였다는 점을 발견하였다.

­ 더욱 흥미로운 점은, 동 금속 본딩이 일반적인 온도 조건 하에서 6개의 평형 구조형 간에 신속한 비트(Beat)를 나타내어 정 4면체 운동 궤적을 형성하고 있다는 점이다. 이런 현상은 전체 분자로 하여금 정 4면체 Td 대칭성 ‘카본 케이지’ 속에 한 개 작은 정 4면체를 네스팅(Nesting) 하게끔 하였다. 동 금속 원자는 특수한 운동 형태로 나타나기 때문에 이런 유형의 희토 금속 플러렌 포합물은 새로운 기능 분자 부품으로 폭 넓게 응용될 것으로 전망된다.

­ 관련 과학연구 성과는 ‘Can a Metal-Metal Bond Hop in the Fullerene Cage?’라는 테마로 과학연구 논문으로 정리되어 국제 화학분야 권위 학술지인 ‘Chemistry - A European Journal’ ‘유럽 화학’(2010년도 임팩트 팩터(Impact Factor)가 5.477에 도달함)에 온라인으로 발표되었다고 한다. 이번 논문은 ‘시안 죠우퉁대학’ 연구팀이 제1저자 신분으로 이런 중요한 국제 일류 화학 학술지에 최초로 공식 발표한 논문으로 된다고 한다.

­ 양타오 연구원은 단일 금속 플러렌 포합물인 Yb@C76에 대한 계통적인 연구를 실행하여 관련 실험을 통해 합성해낸 두 가지 같지 않은 구조체는 두 개의 새로운 ‘인접 5원환(五元環) 쌍’의 플러렌 포합물 구조체에 속한다는 연구결론을 도출하였다. 두 가지 플러렌 포합물의 ‘카본 케이지’ 구조 간에는 1차적인 간단한 기하 변환을 통해 상호 연결되고 있다. ‘통계 열 역학 분석’을 통해 두 가지 구조는 모두 매우 높은 열 역학 안정성을 가지고 있다는 점이 입증되었다. 두 가지 구조는 매우 큰 기하적 유사성을 가지고 있지만 정밀 이론 계산을 통해 두 가지 전자구조와 물리화학 특성을 가지고 있어 뚜렷이 차별화되고 있다는 점을 발견하였다.

­ 양타오 연구원이 달성한 동 연구 성과는 ‘카본 케이지’ 구조가 플러렌 포합물의 전자구조와 물리화학 특성에 끼치는 영향을 심층적으로 정밀하게 분석하는데 중요한 기반을 마련해 주었다고 한다.

­ 이번 과학연구 성과는 ‘Non-IPR endohedral fullerene Yb@C76: density functional theory characterization’라는 테마로 과학연구 논문으로 정리되어 영국 ‘황실 화학학회(Royal Society of Chemistry)’ 학술지인 ‘Journal of Materials Chemistry’에 공식 발표되었다고 한다.

­ 왕워이워이, 당징솽 연구원이 자오샹 교수 지도를 받아 완성한 과학연구 논문인 ‘Role of Four-membered Rings in C32 Fullerene Stability and Mechanisms of Generalized Stone-Wales Transformation: A Density Functional Theory Investigation’도 영국 ‘황실 화학학회’ 학술지인 ‘Phys. Chem. Chem. Phys.’에 온 라인으로 발표되었다고 한다.

­ 동 연구는 ‘4원환(四元環)’ 작은 플러렌 및 넓은 의미의 Stone-Wales 이전 메커니즘을 포함한 시스템의 완벽한 밀도 ‘기능 이론(Functional theory)’ 계산을 실행하였으며 세계 최초로 이런 특이한 기능을 가진 작은 플러렌 탄소 나노 재료의 특수한 안정성 및 플러렌 성장 과정에서의 반응 루트와 상호 역할 메커니즘을 제시하였다.

­ 동 연구는 실험을 통해 작은 플러렌 분자를 한층 더 합성하고 분리해 내는데 중요한 이론적 근거와 과학적 수단을 제공해주고 있다.

­ 이번 ‘시안(西安) 죠우퉁대(交通大学)’ 산하 ‘화학물리 연구소(化学物理研究所)’의 ‘기능탄소 나노 재료’ 연구는 중국 ‘국가 자연과학 기금 위원회(NSFC)’와 중국 ‘국가 과학기술부(MOST)’의 ‘국가 과학기술 지원 프로젝트’ 비용 지원 하에 추진되었다고 한다.

출처 : http://www.sjzu.edu.cn/news.asp?code=26706