| 최초로 나노재료 계면의 원자급 정밀 원위치 제어 달성 | ||
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  저장(浙江)대학교, 중국과학원 상하이고등연구원 및 덴마크과학기술대학교 공동 연구팀은 환경투사전자현미경의 원위치 특징 및 제1원리 계산법을 이용하여 원자 수준에서 일산화탄소 촉매산화 과정에서 관찰한 촉매제 계면 활성 부위의 가역적 변화를 분석하고 활성 계면 맟 반응 환경 사이의 동적 원위치 상관관계를 확보하여 최종적으로 계면 활성부위의 원자급 정밀 원위치 조절을 제안하고 달성했다. 해당 성과는 메커니즘에서 출발하여 아래에서 위로 재료, 소자 구조 및 기능의 정밀 제어 및 설계 달성에 중요한 의미가 있다. 해당 연구 성과는 2021년 1월 19일, 국제학술지 “Science”에 온라인으로 게재되었다. 연구팀은 원위치 환경전자현미경을 이용한 촉매제 반응 실험에 기반하여 원자 수준의 원위치 특징을 통해 최초로 두가지 현상을 발견했다. 첫째, 촉매 반응 시 금입자가 계면 내 (외연) 회전이 발생함을 관찰하고 최초로 가시화 실험을 통해 활성 부위가 계면에 위치함을 직관적으로 입증했다. 둘째, 일산화탄소 촉매 도입이 중단될 경우 금입자가 마법처럼 원래 위치로 되돌아감을 발견했다. 회전 현상을 완전히 확인하기 위해 연구팀은 측면과 윗면 두개 각도에서 정확하고 신중한 특징 분석을 수행했다. 이번에 관찰된 촉매제 회전 현상은 통상으로 불가능한 현상으로 간주되기 때문이다. 금입자와 시산화티타늄이 결합될 경우 새로운 화학적 결합을 형성하여 아주 견고하다. 고에너지 전자빔의 충격을 받아도 꼼짝하지 않는다. 연구팀은 실험 결과에 기반하여 최초로 입자 회전을 유발하는 "범인"이 계면에 흡착 된 산소라고 대담하게 추측하고 일련의 제1원리 및 나노 척도의 열역학적 계산을 했다. 결과에 따르면, 계면 무산소 상태의 입자는 이산화티타늄 담체와 단단히 결합되는 동시에 일정량의 산소 흡수 능력을 잃으며, 작은 각도로 회전한 후의 입자 계면은 더 많고 좋은 산소흡착 활성 부위를 제공할 수 있다. 따라서 흡착된 산소와 더 잘 결합하고 높은 산소 환경에 적응하기 위해 입자 회전이 발생한다. 계면 산소가 활성화되어 일산화탄소와 반응한 후 입자는 원래 위치로 돌아가 담체와 단단히 결합된다. 이러한 이론적 확인에 기반하여 연구팀은 반응 환경을 변경하여(가체 환경과 변경 및 온도 제어) 계면을 정확하게 제어하는 설계 아이디어를 제안하고 원위치 전자현미경 실험을 통해 달성했다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/1/452575.shtm |
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