메조포러스 실리카 주형을 이용한 나노 백금 구조물의 합성

Abstract

나노 물질의 합성과 그에 대한 연구는 나노과학기술의 시발점으로서 진보화된 나노 전자장치의 주요 부품을 제공하고 나노영역의 수준에서 조작 및 제어를 가능하도록 해주기 때문에 중대한 관심을 끌고 있다. 나노 물질의 구분되는 특성은 크기와 차원의 함수로 나타나므로 원하는 크기와 모양으로 성형하는 것이 중요하다. 메조포러스 분자체 물질은 기공의 크기와 나열구조를 적절히 조절할 수 있어서 나노 물질의 주형합성에 응용가능성이 매우 크다. 본 연구에서는, 메조포러스 실리카 MCM-48과 SBA-15를 주형물질로 사용하여 3차원 구조규칙성 나노 백금 물질을 합성하였다. 먼저 실리카 주형물질의 기공 안에 백금 전구체 $Pt(NH_3)_4(NO_3)_2$를 담지시키고 수소 분위기 하에서 처리하여 백금(0) 금속상태로 환원시켰다. 이렇게 얻어진 백금/실리카 복합체를 불산 용액으로 처리하여 실리카 주형만을 선택적으로 제거하고 나노 백금 물질을 얻었다. 형성된 나노 백금 구조물은 주형으로 사용한 MCM-48과 SBA-15 실리카의 구조적인 정보를 내포하고 있었다. 투과 전자 현미경과 X-선 분말 회절 분석 결과, MCM-48을 주형으로 하여 합성한 나노 백금 구조물은 3 nm 크기의 백금선으로 이루어진 키랄 구조임을 알 수 있었다. 각각의 나노 백금 구조물은 $I4_132$ 또는 $I4_332$ 구조를 지니는데, 이는 MCM-48의 거울상 이성질 관계에 있는 두 기공 구조 중 한쪽의 기공 구조에 해당하는 것이다. 나노 백금은 원자 수준에서 면심입방 구조의 결정성을 유지하는 것으로 나타났다. 또한 기공 크기 분석을 통하여 3.4 nm 직경의 기공 크기를 갖는 메조포러스 백금임을 알 수 있었다. SBA-15 실리카 주형에서 얻어진 나노 백금 물질은 SBA-15와 유사한 X-선 회절 패턴을 나타내었다. 투과전자현미경과 X-선 회절 분석을 통해 약 9 nm 크기의 백금 나노선이 육방밀집 구조를 유지하는 것을 알 수 있었다. 이는 주형물질인 SBA-15 실리카의 메조기공들 사이가 미세기공으로 연결되어 있는 간접적인 증거이다.