초록 ▼

먼저 본 연구 과제의 연구 목표로 아주 균일한 단일 및 이 금속으로 이루어진 나노 클러스터의 촉매성을 클러스터의 크기, 조성, 구조 (예를 들어, core-shell 구조 등.) 등을 자유롭게 조절할 수 있는 헬륨 나노 방울 기술을 이용하여 이해하고자 한다. 또한 나노 구조체와 벌크 상태의 성질은 매우 다르기 때문에 이중간 과정의 형태를 아는 것이 아주 중요하다. 그러나 이 두 영역의 사이의 연구는 실험적 어려움으로 인하여 아직도 무주공산이다. 그래서 본 연구를 통하여 이 두 영역의 “양자 징검다리” 역할을 하여 금속 클러스터가 새

먼저 본 연구 과제의 연구 목표로 아주 균일한 단일 및 이 금속으로 이루어진 나노 클러스터의 촉매성을 클러스터의 크기, 조성, 구조 (예를 들어, core-shell 구조 등.) 등을 자유롭게 조절할 수 있는 헬륨 나노 방울 기술을 이용하여 이해하고자 한다. 또한 나노 구조체와 벌크 상태의 성질은 매우 다르기 때문에 이중간 과정의 형태를 아는 것이 아주 중요하다. 그러나 이 두 영역의 사이의 연구는 실험적 어려움으로 인하여 아직도 무주공산이다. 그래서 본 연구를 통하여 이 두 영역의 “양자 징검다리” 역할을 하여 금속 클러스터가 새로운 물리적 화학적 성질을 가진다는 것에 대한 근본적인 이해와 더 나아가 이 금속 클러스터의 촉매성을 연구하여 현재 환경, 바이오 및 신소재 개발 기술 등의 국가 과학 기술 도약에 기여 하고자 하였다. 그리하여 본 연구의 목적이 달성될 경우 그 파급 효과는 나노 구조체와 벌크 상태의 중간 영역에 대한 연구 결과는 구조, 조성 및 다른 나노 물질과의 상호 작용 등의 연구에 크게 기여할 것 이며, 특히 클러스터에서 금속 결합이 어떻게 형성되어 분자와 상호작용하는 가에 대한 근본적인 이해가 기대된다.
본 연구의 차별/특이성인 초유동 헬륨 나노방울을 이용하여 원자 및 분자 단위에서부터 벌크상태로 크기를 조절함으로서 고립된 원자/분자와 벌크 고체/액체의 물리적 화학적 성질 변화 상관관계를 연구할 수 있고 이를 이용하여 재료화학 및 물질 생성의 근본 물성 연구의 징검다리 역할을 할 것이라 기대된다. 또한 이/다성분 금속 클러스터의 촉매성, 전기적 특성 및 약물 전달체로서의 산업기술에 응용 및 새로운 선택적 나노-촉매 개발을 통한 고부가 가치 창출을 기대 하였다.
이와 같은 연구 목표를 기초로 하여 1차년도에는 헬륨 나노방울 실험 조건 최적화와 양자 계산 수행을 목표로 하여, 진공 chamber 제작 및 laser system과 4 K Sumitomo Helium Refrigerator 구입 및 장착하여 실험 시스템을 구축하였다. 이어 양자 계산을 통하여 금속과 유기물의 구조체 시물레이션를 통해 최적화 형태에 대한 결과를 얻었다. 그 결과로 25건의 국내외 학술발표를 하였으며, 시스템을 구축하는데 모든 노력을 기울여 논문을 준비하는데 기초 발판을 구축 하였으며 최종적으로는 SCI급 우수한 저널에 2편의 논문을 발표하였다. 이어서 2차년도의 목표로는 픽업 샘플 셀 도입 및 헬륨 나노 방울 안에서의 금속 클러스터 형성, 표면 분석 연구 수행 및 양자 계산, 공동 연구 수행으로 계획하였으며, 1차년도의 시스템 구축을 기초로 하여 세계적으로 이 분야에서 최고인 그룹의 자문을 얻어 헬륨 나노 방울 챔버에 들어 갈 픽업 샘플 셀을 성공적으로 제작 하여 테스트 하였고, 본 연구에 필요한 레이저 시스템을 완벽하게 구축하였다. 그리고 헬륨 나노 방울 안에서의 알루미늄 금속 클러스터를 형성하여 표면 분석을 할 수 있었고 그리고 양자계산을 통하여 유기분자 및 금속간의 클러스터 구조에 대한 분석에 이를 실험적인 결과와 비교 하여 더 높은 수준의 결과를 얻을 수 있었다. 이의 연구 성과로 국내외 많은 학술 발표회에서 28건의 발표를 하였으며, SCI 논문을 3편 발표 하는 결과를 얻었다. 최종적으로 3차년도에는 2차년도에 제작하고 테스트를 끝낸 픽업 셀 오븐을 이용하여 나온 실험 결과에 대한 스펙트럼을 분석 하였으며, 그 결과로 헬륨 나노방울에서 은,금 이금속 클러스터 구조 분석에 대한 결과를 얻었다. 그리고 이어 1차년도부터 연구해온 양자 계산을 수행하여 실험 결과와 비교 하여 더 좋은 결과를 얻을 수 있었으며, 이에 대해서 본 연구팀은 국내외의 많은 학술 발표회에서 14건의 발표를 하였으며, 국제 학술대회에서 초청 강연으로 1건의 구두발표를 하였다. 또한 SCI급의 우수한 저널에 2편의 논문을 추가 발표 하면서, 1차년도부터 준비해온 많은 결과를 분석하여 전체적으로는 여러 다양한 SCI 학술지에 총 7편의 논문을 발표하는 큰 성과를 얻을 수 있었다.
본 연구를 통해 처음 목표한 것 보다 더 나은 기대 효과를 얻을 수 있었으며, 그에 대한 결과로 많은 연구 성과를 이룰 수 있었다. 아직까지 더 많은 연구가 필요한 시점이며, 이는 본 연구팀에서 연구를 지속적으로 하여 더 좋은 결과를 도출 할 계획이며 진행 중에 있다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 8