초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 나노입자-산화물 계면의 구조적, 화학적, 전기적, 열역학적 특성을 화학적 과정 혹은 에너지 전환환경에서 분석하고 이 결과를 바탕으로 계면의 제어를 목표로 한다. 크기와 성분 제어가 가능한 콜로이드 나노입자와 산화물 지지대(support)로 이루어진 나노입자-산화물 계면의 모델 시스템이 제작과 주사터널링현미경, 원자력현미경과 엑스선 광전자 분광법 등의 표면 분석법이 이용되어 계면의 특성이 온도와 압력의 함수로 연구를
목표로 한다. 계면의 물성이 이러한 변수들과 어떻게 연관이 되는지 분자적인

연구의 목적 및 내용
본 연구는 나노입자-산화물 계면의 구조적, 화학적, 전기적, 열역학적 특성을 화학적 과정 혹은 에너지 전환환경에서 분석하고 이 결과를 바탕으로 계면의 제어를 목표로 한다. 크기와 성분 제어가 가능한 콜로이드 나노입자와 산화물 지지대(support)로 이루어진 나노입자-산화물 계면의 모델 시스템이 제작과 주사터널링현미경, 원자력현미경과 엑스선 광전자 분광법 등의 표면 분석법이 이용되어 계면의 특성이 온도와 압력의 함수로 연구를
목표로 한다. 계면의 물성이 이러한 변수들과 어떻게 연관이 되는지 분자적인 수준에서 규명을 목표로 한다.
연구결과
본 연구는 나노입자-산화물 계면의 물리적, 화학적, 역학적, 또한 전기적 특성의 상호영향의 이해를 목표로 한다. 이러한 연구를 위해서 combined scanning tunneling microscopy /atomic force microscopy (주사터널링현미경/원자력현미경)과 엑스선 광전자 분광법 (XPS) 등의 표면분석이 화학반응이 일어나는 환경에서(in-situ) 이용될 것이다. 콜로이드 나노입자와 자기제조기법 (self-assemblying)을 이용한 나노구조체가 제작
되었다. 또한 산화물 다공체나 산화물 박막위에 이러한 나노입자가 증착됨으로써 나노입자-산화물 계면의 모델 시스템이 제작되었다. 또한 초고진공 - 상압 주사터널링현미경/원자력현미경을 이용하여 표면의 구조와 역학적인 특성, 전기 전도도의 특성이 다양한 화학적 환경에서 연구가 이루어졌다. 주사터널링현미경은 화학반응도중에 표면의 분자의 mobility를 정량적으로 보여줄 수 있다. 또한 원자력 현미경은 금속 나노입자-산화물 계
면의 구조적/전기적/역학적 특성 규명에 이용되었다.
본 연구는 산화물 계면의 모델 시료의 제작, 화학적 변형 및 저온 및 고온 실험을 위한 원자력현미경 장비구축, 변형전의 금속입자 -산화물 계면의 전기적 역학적 특성을 측정에 초점을 맞추었다. 이러한 방향의 연구는 금속과 산화물 계면의 핫전자 흐림의 측정, 표면의 화학적 변형에 따른 표면 플라즈몬의 생성 및 이의 핫전자 흐름의 영향 등의 연구가 가능하였다. 이에 3편의 SCI논문이 출간되었고, 3편의 국내논문, 4번의 국제초청강연 등
의 연구성과가 있었다.
연구결과의 활용계획
촉매의 2009년 세계시장 규모는 약 16조원에 육박할 것이라고 예상되고 또한 촉매로 만들어지는 화학제품의 시장규모는 약 1000조원에 달한다. 본 연구는 촉매 혹은 에너지 전환의 분자적 과정에서 매우 중요한 금속나노입자-산화물 경계면을 연구하고 궁극적으로 이를 제어함으로써 보다 향상된 촉매제의 개발, 혹은 에너지 전환 소재의 개발의 기대효과를 가질 수 있다. 계면을 공학적으로 제어함으로써 원하지 않는 부산물을 최소화 시키
는 촉매제의 개발 녹색성장과도 같은 방향으로 기대효과가 매우 큰 분야이다.

Abstract ▼

Purpose&contents
Interface between metal and oxide support is very important issue for the application of nanocatalysts, energy conversion, and nanoelectronics. It is challenging to study this interface with surface techniques because it is buried. The systems composed of
nanoparticle and oxid

Purpose&contents
Interface between metal and oxide support is very important issue for the application of nanocatalysts, energy conversion, and nanoelectronics. It is challenging to study this interface with surface techniques because it is buried. The systems composed of
nanoparticle and oxide support exhibit relatively high area of buried interface which can be probed by the surface techniques. In this work, we aim at investigation of the structural, electrical, chemical and thermodynamic properties of metal nanoparticle and oxide interface with STM/AFM (scanning tunneling microscopy)/atomic force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy. Based on understanding of these properties, we aim at controlling the interface for the better design of catalytic materials, and energy conversion devices. Experiment will be carried out under various gas condition (oxidizing, reducing and reaction conditions)
and temperature conditions.
Result
understanding the molecular scale correlation between
chemical, mechanical and electrical properties of metal nanoparticle and oxide interface. We shall use in-situ surface techniques under various environmental conditions including oxidizing, reducing and reaction conditions. We shall carry out
the following works.
1. We shall construct the model systems by using the colloid nanoparticle synthesis and self-assembled nanopatterning. Colloid nanoparticles includes single element, bimetallic and multicomponent nanoparticles.
2. Characterization of nanomechanical properties (friction, adhesion, modulus, and wear) with atomic force microscopy/friction force microscopy with nanometer scale resolution under various gas conditions will be carried out under various temperature
(100K-1000K) conditions.
3. Characterization of charge transport properties (current, conductance, and bandgap) with conductive-probe atomic force microscopy with nanometer scale resolution under various gas condition will be carried out. The electronic structure and
vibrational spectrum on the nanocatalyst will be characterized with XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) and IR (infrared) spectroscopy.
4. Metal nanoparticle and oxide interface will be chemically modified via various techniques (gas dosing, thermal treatment, ion beam bombardment, and ultraviolet-Ozone treatment) and the change of materials properties will be investigated.
Expected Contribution
The size of market of catalysts is estimated to 16 billion US dollar in 2009. The smart design of catalytic materials with better performance and lower price is very important direction in chemical industry. Study and control of metal nanoparticle and
oxide interface is very important and has broad impact to design the high performance catalytic material and to develop energy conversion devices.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 24
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 24
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 25
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 25
• 8. 참고문헌 ... 25
• 9. 연구성과 ... 26
• 10. 기타사항 ... 33