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중국, 세계 최대 종횡비의 ‘초미세 백금 나노 와이어’ 합성에 성공
중국 허베이성(河北省) 친황다오시(秦皇島市)에 위치하여 있는 ‘옌산(燕山)대학교’ 산하 ‘환경 및 화학공정대학’의 가오파밍(高發明) 교수 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 세계 ‘최대 종횡비(Maximum aspect ratio)’의 ‘초미세 백금 나노 와이어(Ultrafine platinum nanowires)’ 합성에 성공하여 이슈가 되고 있다.
가오파밍 교수 연구팀은 ‘인슐린 섬유(Insulin fiber)’의 ‘선형 구조(Linear structure) 및 특정적인 활성 그룹(Active groups) 유도’를 통해 직경이 1.8nm에 달하고 종횡비가 104에 달하는 초미세, 초장(超長) 길이의 ‘백금 나노 와이어’ 합성에 성공하였다.‘초미세 백금 나노 와이어’는 세계 최초로 최대의 종횡비로 합성한 ‘초미세 백금 나노 와이어’에 속한다. 관련 연구성과는 최근 ‘미국 화학 학회지(Journal of the American Chemical Society, JACS)’에 발표되었다.
금속 백금(Platinum)은 성능이 우수하고 사용도가 광범위하지만 자원이 제한되어 있는 상황이다. 이런 문제점을 해결하기 위해 과학자들은 백금의 나노화를 통해 성능을 향상시키고 사용량을 줄이는 방법을 사용하고 있다. 백금 나노 와이어는 종횡비(aspect ratio)가 비교적 크고, 결함 위치 점이 비교적 적어, 결정 입계(Grain boundary)가 비교적 적은 동시에, 표면 원자가 비교적 많아 매우 높은 촉매 활성을 나타내기 때문에 백금 촉매제 사용량을 대폭 줄일 수 있어 연료전지, 바이오센서, 석유화공 등의 분야에서 응용 전망이 매우 밝다.
고품질의 백금 나노 와이어를 합성하여 백금 촉매제의 성능 대비 가격 수준을 최대한 향상시키는 과제는 세계 과학기술계의 연구 이슈와 산업계의 경쟁 이슈로 부상하였다. 현재 국제적으로 합성한 백금 나노 와이어는 직경이 비교적 크거나 종횡비가 비교적 작아 생산성이 높지 않은 등 단점들이 존재한다. 때문에 직경이 초미세 수준에 도달하고 종횡비가 큰 고품질의 백금 나노 와이어 개발은 세계 과학기술 분야와 산업 분야가 공동으로 풀어야 할 중대한 도전적인 과제가 되었다.
이번 중국 ‘옌산대학교’ 산하 ‘환경 및 화학공정대학’의 가오파밍 교수 연구팀이 관련 연구를 통해 세계 ‘최대 종횡비’의 ‘초미세 백금 나노 와이어’ 합성에 성공하면서, 직경이 초미세 수준에 도달하고 종횡비가 큰 고품질 백금 나노 와이어 개발이라는 세계적인 난제의 해결에 중대한 기여를 하게 되었다.
가오파밍 교수 연구팀은 관련 연구개발 성과에 기반하여 작성한 과학연구 논문인 ‘인슐린 유형의 전분 섬유: 비교적 높은 전기 촉매 활성을 보유한 초미세, 초장 길이의 백금 나노 와이어 합성 제어를 위한 탁월한 플랫폼(Insulin Amyloid Fibris: An Excellent Platform for Controlled Synthesis of Ultrathin Superlong Platinum Nanowires with High Electrocatalytic Activity)’을 통해 ‘바이오 단백질 분자 유도 통제에 기반하여 초미세 백금 나노 와이어를 합성해내는 새로운 방법’을 제시하였으며, 연구팀이 초미세, 초장 길이의 백금 나노 와이어 통제 가능 합성 및 성능 연구 분야에서 취득한 최신 연구 성과들을 소개하였다.
연구팀이 개발한 초미세 백금 나노 와이어에 대한 ‘순환 전압 전류법(cyclic voltammetry)’ 측정을 통해 메탄올 산화(Methanol oxidation) 반응의 단위당 면적 촉매 활성은 기존의 백금 탄소 촉매제에 비해 18% 향상되어 촉매 활성이 매우 우수한 수준에 도달하였다는 결론을 도출하였다.
연구팀이 개발한 초미세 백금 나노 와이어는 공업 촉매 및 분석 검출 등 분야에서 폭 넓게 응용될 것으로 전망된다. 가오파밍 교수 연구팀의 관련 연구 성과는 화학 유형 학술지 중에서 최고 권위 학술지인 ‘미국 화학 학회지’(SCI 임팩트 팩터(Impact Factor)는 9.907 수준에 도달함)에 발표됨에 따라 중국은 초미세 백금 나노 와이어 연구 분야에서 세계적인 중대 성과를 달성하였다는 평가를 받고 있다.
가오파밍 교수 연구팀은 최근 몇 년 간 ‘바이오 대 분자 보조 제어를 통해 무기 나노 재료를 합성하는 연구’를 중점적으로 추진해 왔으며 여러 가지 성능이 우수하고 자석, 촉매 및 바이오 의료 등 분야에 사용할 수 있는 ‘멀티 구조의 무기 나노 재료’를 합성해 내는데 성공하였다. 관련 연구 성과들은 ‘유럽 화학(Chem. Eur. J.)’(임팩트 팩터 5.925), ‘물리 화학 C(J. Phys. Chem. C)’(임팩트 팩터 4.805), ‘나노 입자 연구(J Nanopart Res.)’(임팩트 팩터 3.287) 등 학술지에 발표되었으며 중국 ‘국가 발명 특허’ 5건을 취득하여 국내외적으로 중대한 학술 영향력을 나타냈다.
출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2012/7/266636.shtm
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