KAIST 신소재공학과 최벽파 교수팀과 이화여대 화학신소재공학과 이상헌 교수 연구팀이 공동연구를 통해 원자 단층 촬영 기술을 활용해 나노입자 표면에 존재하는 리간드 분자의 3차원 분포를 최초로 규명했다.

9일 연구팀에 따르면 원자 단층 촬영 현미경을 활용해 서로 다른 할라이드 리간드를 통해 합성된 두 종류의 팔라듐 나노입자 표면에 존재하는 세트리모늄 리간드의 3차원 분포를 원자단위에서 관찰하는 데 성공했다.

복잡한 구조의 유기 분자로 이루어진 리간드의 공간적 분포를 분석하기 위해서는 원자단위의 공간 분해능과 경량 원소에 대한 높은 검출 민감도를 가지며 3차원 분석이 가능한 기술이 필요하다.

이런 분석 기술의 부재로 인해 현재까지 나노입자 표면에 존재하는 리간드 분포를 3차원에서 관찰한 사례는 존재하지 않으며, 이로 인해 입자 합성과정에서 리간드의 거동은 상당 부분 미지의 영역으로 남아있다.

이번에 성공한 기술은 원자 단층 촬영 현미경의 아주 얇은 바늘 모양으로 가공된 시편 표면 원자들을 고전압 또는 고에너지 펄스를 가해 차례차례 증발시켜 검출기에 충돌시키고, 검출기에 기록된 원자의 충돌 위치와 충돌 순서, 충돌 원자의 질량 대 전하 비를 이용해 시편 3차원 원자 분포를 재구성하는 분석 기술이다.

이런 원자 단층 촬영 기술은 3차원 원자단위 분석 및 화학적 정량 분석이 가능할 뿐 아니라, 옹스트롬 단위의 공간 분해능과 모든 원소에 대해 동일한 ppm 단위의 우수한 검출 감도를 갖고 있어 최근 재료분석 분야에서 큰 주목을 받고 있다.

연구진은 리간드의 3차원 분포에 대한 단층 촬영 데이터로부터 각각의 나노입자 표면에 존재하는 세트리모늄 리간드의 밀도를 계산했다.

이를 통해 연구팀은 세트리모늄 리간드와 할라이드 리간드 사이에 기존에 알려지지 않았던 상호작용이 존재하며, 서로 다른 리간드 사이의 상호작용이 나노입자의 최종 형태와 산화 저항 특성을 결정할 뿐 아니라 기존 연구 결과들이 합치되지 않았던 원인이었음을 규명했다.

[전국매일신문] 대전/ 정은모기자 
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