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약물 및 농약 제조를 향상시키는 나노물질 기반의 촉매
| 작성자 | 관리자 | ||
|---|---|---|---|
| 작성일 | 2015-11-23 | 조회수 | 1,791 |
| 국가정보 | 아시아>대한민국 | ||
| 출처 | KISTI 미리안 | ||
| 원문 | http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=41879.php | ||
스페인 발렌시아 기술 대학(Polytechnic University of Valencia)과 부쿠레슈티대학(University of Bucharest)의 연구진은 약물과 농약 제조에 사용할 수 있는 새로운 나노물질 기반의 촉매를 개발했다. 이 프로세스는 이 분야의 발전에 크게 기여할 수 있을 것이다. 이번 연구진은 그래핀 박막 위에 성장된 구리 산화물이 높은 촉매 활성을 가진다는 것을 증명했다.
이번 연구진은 독특한 구조를 가진 새로운 촉매 재료를 개발하는데 성공했다. 이 촉매 재료는 약물 및 농약 제조를 위한 유기 반응을 촉진하고, 그래핀 위에 방향성을 가진 금속 나노입자가 형성되게 한다. 이 연구의 또 다른 중요한 성과는 이 프로세스가 단일 공정으로 진행된다는 점이다.
“두 개의 구성요소(그래핀과 금속 나노입자)를 결합시키고 나노입자가 스스로 방향성을 가지게 하는 것이 이 연구의 가장 핵심 포인트이고, 생성된 재료가 촉매로서의 효율 및 기능성에 직접적인 영향을 끼친다. 현재 사용되는 수용성 금속 화합물과 비교할 때, 이런 새로운 촉매는 수만 배에서 수백 만 배까지 더 높은 활성을 가진다”고 Hermenegildo García가 설명했다.
새로운 재료 특성의 중요성을 이해시키기 위해서, 이번 연구진은 단일-단계 제조 프로세스를 다음과 같이 비유로 설명했다: “이것은 동시에 올바른 레이아웃으로 도시의 모든 거리 및 빌딩을 배열할 수 있게 한다. 이 새로운 재료는 약물과 농약 화합물을 만들기 위한 결합 반응에 도움을 줄 수 있다. 여기서 결합은 더 쉽고 더 효율적으로 이루어진다.” 이것이 가능한 이유는 나노크기 입자들의 최적 배열 때문이다.
배향된 나노입자를 가진 그래핀 박막을 만드는 프로세스는 원재료(해조류와 새우 껍질)의 정제로 시작된다. 그 후에 천연 바이오폴리머는 금속 이온으로 함침되고 석영 표면 위에 박막처럼 배열된다. 이 시스템은 약 1200도의 고온에서 가열된다. 이런 조건 하에서, 바이오폴리머는 그래핀으로 변환되고, 금속은 그래핀 박막 위에 증착되면서 나노입자로 형성된다.
그래핀으로 지지된 금속 산화물 나노입자는 산화, 환원, 결합 반응에서 높은 촉매 활성을 가졌다. 이번 연구진은 키토산(chitosan) 박막 속에 삽입된 잘산 구리(II)를 900도로 열분해함으로써 몇-층 그래핀 위에 지지된 구리 나노입자들이 (1.1.1) 방향성을 가진다는 것을 증명했다. (1,1,1) 방향을 가진 그래핀 위의 구리 나노입자들은 몇-층 그래핀 위에 (2,0,0) 방향을 가진 구리 산화물 나노입자로 자발적으로 산화된다.
“이전 비유를 계속하면, 그래핀은 거리이다. 즉, 이것은 먼저 설치되고 그 후에 금속 나노입자 또는 빌딩이 최적의 방향을 가지면서 그래핀의 상부에 배열된다. 이것은 생성된 재료가 더 효율적으로 작동하게 한다”고 García가 설명했다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “High catalytic activity of oriented 2.0.0 copper(I) oxide grown on graphene film”이라는 제목으로 게재되었다(DOI: doi:10.1038/ncomms9561).
그림. 그래핀 박막 위에 성장된 구리 산화물의 AFM 이미지와 높은 촉매 활성.
