KR101144980B1 - 금속나노입자함유 1차원 나노구조물의 제조방법, 그제조방법으로 제조된 금속나노입자함유 1차원 나노구조물,상기 1차원나노구조물을 포함하는 광촉매 - Google Patents
금속나노입자함유 1차원 나노구조물의 제조방법, 그제조방법으로 제조된 금속나노입자함유 1차원 나노구조물,상기 1차원나노구조물을 포함하는 광촉매 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 금속산화물로 형성된 나노구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물에 금속나노입자를 부착시켜 금속나노입자함유 1차원 나노구조물을 제조하는 방법, 그 방법으로 제조된 금속나노입자함유 1차원 나노구조물 및 그 1차원 나노구조물을 포함하는 광촉매 및 화학센서에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 특정 화학분자에 대해 촉매특성을 갖는 금속나노입자를 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물에 부착하여 상기 나노구조물 표면에서 화학분자의 흡착 및 탈착을 용이하게 함으로써 감지 화학분자의 선택성을 높여 본 발명의 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 포함하는 화학센서의 감지성능을 향상시킬 뿐만 아니라 광촉매의 특성 또한 획기적으로 개선시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.
Description
본 발명은 금속산화물로 형성된 나노구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물에 금속나노입자를 부착시켜 금속나노입자함유 1차원 나노구조물을 제조하는 방법, 그 방법으로 제조된 금속나노입자함유 1차원 나노구조물 및 그 1차원 나노구조물을 포함하는 광촉매 및 화학센서에 관한 것이다.
일반적으로 화학센서 및 광촉매의 기본원리는 화학종 성분과 반도체 표면의 화학적인 상호작용에 의해 반도체 표면의 전도전자의 밀도변화와 빛을 이용한 광산화, 광환원 및 친수화 반응 등인데, 즉 금속산화물 반도체인 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화티타늄(TiO2) 등이 외부의 특수한 또는 유해한 가스 성분인 H2, CO, O2, NOx, CO2, DMMP(Dimethyl methylphosphonate), CH4, NH3, Alcohol, 습도 등과 접촉하게 되면 산화물 표면에서 일어나는 기체 흡착 및 산화/환원 반응에 의해 전기 비저항이 변화하게 되는 특성을 이용한 것이다.
다시 말해, 보편적으로 사용되고 있는 n형 반도체형 화학센서를 예로 들면 산화성 화학종과 환원성 화학종에 노출되었을 때 O2 분자와 같은 산화성 화학종 분자가 금속 산화물 반도체 표면에 흡착되면 반도체재료에서 흡착분자로 전자를 잃게 되어 표면에 공핍영역(depletion layer)이 형성되며, 이로부터 반도체재료의 저항이 증가하게 된다. 반면에 H2, CO 등과 같은 환원성 화학종이 표면에 흡착되면 이미 금속 산화물 반도체 표면에 흡착되어 있는 산소와 결합을 하여 H2O나 CO2의 형태로 탈착하게 되고 이로부터 O2 분자에 묶여있는 전자는 반도체재료의 전도대(conduction band)로 이동하게 되어 반도체재료의 저항이 감소하게 된다.
또한 광촉매에 의하여 일어나는 산화?환원 반응의 메카니즘은 광조사에 의해 가전자대와 전도대에 각각 정공 과 여기전자가 형성되고 이들과 대기중의 물과 산소가 반응하여 수산화라디칼과 활성산소를 형성하며, 이들의 높은 반응성에 의하여 수산화라디칼은 강력한 산화반응, 활성산소는 환원반응을 일으키며, 광조사에 의한 표면 친수화 반응 메카니즘은 광조사에 의해 생성되는 산소결핍 자리 또는 흡착된 유기물 광산화 분해되어 제거된 표면에 수분이 흡착되어 친수성이 나타내기도 한다.
이러한 기본원리에 의한 유해유기물의 무해화, 환경호르몬 분해 제거, 수용액중의 중금속 제거, 대기 중의 NOx, SOx 제거, 항균 및 살균, 탈취 등의 환경부분과 김서림 방지, 방오기능 및 자정작용 등을 급속한 공업화와 산업화를 통해 발전된 현대 사회에서 중요한 문제로 대두되고 있는 독성, 폭발성 가스 검출, 식품의 부패 유무 확인, 환경 모니터링, 산업폐기물이나 생활폐기물에 의한 수질 오염, SOx, NOx 등 대기오염에 의한 호흡기 질환, 새로운 건축원료에서 발생하는 유기화합물에 의한 실내공기 오염 수지원료의 소각에 의한 다이옥신의 발생 등의 문제를 해결하기 위해 활용하고자 다양한 연구가 진행되고 있다.
특히 최근에는 다양한 종류의 금속 산화물(metal oxide)을 1차원(1-dimensional) 나노구조물 즉, 나노선(nanowire), 나노막대(nanorod), 나노튜브(nanotube), 나노리본(nanoribbon) 등의 형태로 제조하고 이를 응용하고자 하는 연구가 국내외적으로 매우 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 활발한 연구의 근본적인 이유는 기존의 벌크(bulk) 혹은 박막 재료에 비해 나노크기의 재료는 벌크 및 박막재료와 상이한 여러 가지 물리적 화학적 물성 발현이 예측되며 벌크나 박막재료에 비해 나노재료가 지닌 새로운 혹은 우수한 물성을 실제로 여러 가지 기능성 소자에 응용되고 있기 때문이다.
실제 나노재료는 양자크기효과(quantum size effect)가 발현되어 이를 이용한 나노전자소자(nanoelectronic device)에의 응용이 시도되고 있으며, 광자의 효율적인 생성 및 감쇄효과(damping effect) 최소화를 이용한 나노광소자(nanophotoelectronic device), 체적대비 표면적이 매우 커서 여러 가지 종류의 화학종(chemical species, 즉 가스, 혹은 분자 등)을 감지 및 정화하는데 매우 유리한 특성을 지니고 있어 나노화학센서(nano chemical sensor), 나노바이오센서(nano biosensor) 및 광촉매 등에의 응용이 시도되고 있다.
예를 들면, ZnO 나노와이어 구조를 이용한 습도 및 암모니아 센서에 대한 연구가 일부 진행이 되었고[Y. S, Zhang, Physica B-Condense Matter. Vol. 368, 94-99, 2005 또는 X. H. Wang, Appl. Phy. Lett. Vol. 252, 2504-2411, 2005], 또한 나노와이어 형태를 이용한 SnO2[Zhang, D. Nano Lett. 4, 1919, 2004] 및 In2O3[Kolmakov, A. Nano Lett. 5, 667, 2005] 센서 특성에 대한 연구도 일부 진행이 되었는데 [Sens. ActuatorsB, 108, 29, 2005], 이들 센서들은 아직 실용화단계에 이르지 못하여 재현성이 높은 디바이스의 제작이 어려운 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 국내 특허 제812357호는 "센서 전극과;상기 센서 전극 위에 형성되며, 단결정의 나노로드(nano-rod)를 포함하여 이루어지는 나노섬유들의 네트워크 구조를 갖는 다공성 금속산화물 박층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 초고감도 금속산화물 가스센서, 및 센서 전극 위에 금속산화물 전구체와 고분자를 포함하는 혼합 용액을 방사하여 상기 금속산화물 전구체와 고분자가 혼합된 복합섬유를 형성하는 단계; 상기 복합섬유를 열압착 또는 열가압하는 단계; 및 상기 열압착 또는 열가압된 복합섬유를 열처리하여 상기 복합섬유에서 상기 고분자를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고감도 금속산화물 가스센서의 제조방법"을 개시한다.
그러나 상기 특허에 의하면 1차원 나노구조물의 유리한 특성을 활용하지 못할 뿐만 아니라 나노구조물 자체가 특정 화학분자에 대해 선택성이 높지 않은 문제점이 존재하게 된다.
즉 어떤 화학종에 대한 감응도, 반응속도, 회복속도, 자정작용 측면에서 1차원 나노구조물을 적용하면 기존의 벌크 및 박막재료에 비해 후술하는 바와 같이 본질적으로 유리한 특성을 지니고 있기 때문이다. 첫째로, 1차원 나노구조물은 벌크나 박막에 비해 체적-표면적비가 매우 커서 월등히 많은 흡착 위치(site)를 제공해 줄 수 있고, 따라서 미량의 화학물질에 대해 쉽게 반응할 가능성이 많게 된다. 두 번째로는 나노재료는 벌크나 박막에 비해 전기전도 변화를 측정하는 체적이 매우 작다는 것이다. 이는 미량 존재하는 화학종의 흡착 혹은 탈착으로 야기될 수 있는 전도전자의 개수 변화율이 매우 크다는 것을 의미한다. 즉 나노재료는 체적이 작아 전도전자의 개수가 절대적으로 적어 (물론 단위체적당 전도전자의 개수는 벌크 혹은 박막재료와 동일함) 어떤 화학종이 흡착 혹은 탈착하게 되면 그 전도전자의 개수에 큰 변화율을 주게 된다는 것이다.
따라서, 1차원 나노구조물의 이점을 버리지 않으면서도 특정 화학분자에 대한 선택성이 매우 현저한 고감도 화학센서의 개발과 빛 에너지의 이용만으로도 다양한 화학물질을 안전하고 용이하게 분해할 수 있으며 항균? 살균, 초친수성 등의 특성을 지닌 친화성 환경 원료의 고신뢰성 광촉매 제품의 개발이 필요하다.
본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과 특정 화학분자에 대해 촉매특성을 갖는 금속나노입자를 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물에 부착하면 감지 화학분자의 선택성이 높아져서 감지성능이 향상될 뿐만 아니라 광촉매 특성 또한 획기적으로 개선될 수 있는 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 제조할 수 있는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 나노구조물 표면에서 화학분자의 흡착 및 탈착을 용이하게 함으로써 감지 화학분자의 선택성을 높여 감지성능을 향상시킬 뿐만 아니라 광촉매 특성 또한 획기적으로 개선될 수 있는 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 제조하는 방법 및 그 방법으로 제조된 금속나노입자함유 1차원 나노구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 포함함으로써 특정 화학종에 대한 선택성 및 감응도가 향상된 화학센서 및 광촉매를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 극나노 크기를 가진 금속나노입자를 형성시키는 1단계;금속염이 용해된 방사용액을 전기방사한 후 하소하여 얻어진 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물을 상기 금속나노입자가 분포된 용액에 침적시켜 상기 금속나노입자를 상기 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물의 표면에 고착시키는 2단계; 및 상기 금속나노입자가 고착된 1차원 나노구조물을 성장용액에 침적시켜 상기 금속나노입자를 성장시키는 3단계를 포함하는 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 제조방법을 제공한다.
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바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속나노입자는 Pt, Au, Ag 또는 Pd 일 수 있다.
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바람직한 실시예에 있어서, 상기 제3단계에서 상기 성장용액은 유기용매와 성장시키고자 하는 금속나노입자의 금속염이 1000:1 내지 2000:1 범위의 조성비를 이루도록 포함될 수 있다.
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본 발명은 또한 상술된 방법으로 제조된 1차원 나노구조물로서 Pt, Au, Ag 또는 Pd 나노입자가 그 표면에 분포하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 제공한다.
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또한, 본 발명은 상술된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 포함하는 광촉매를 제공한다.
또한, 본 발명은 상술된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 포함하는 화학센서를 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
먼저, 본 발명의 금속나노입자함유 1차원 나노구조물의 제조방법 및 그 방법 으로 제조된 금속나노입자함유 1차원 나노구조물에 의하면 특정 화학분자에 대해 촉매특성을 갖는 금속나노입자가 상기 나노구조물 표면에서 화학분자의 흡착 및 탈착을 용이하게 하여 감지 화학분자의 선택성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 포함하는 화학센서 및 광촉매에 의하면 감지성능을 향상시킬 뿐만 아니라 광촉매의 특성 또한 획기적으로 개선시킬 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술되는 실시예 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 제조방법을 설명하는 공정도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 S2를 수행하는 서로 다른 공정을 설명하는 공정도이며, 도 3에서 (a)는 도 1에 도시된 S1에서 금속나노입자를 형성시키는 메카니즘을 설명하는 모식도이고, (b)는 도 1에 도시된 S3에서 사용되는 성장용액의 일 예를 나타낸 모식도이며, (c)는 도 1에 도시된 공정을 통해 제조된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 모식도이다.
도 1을 참조하면 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 제조하기 위해 먼저, 극나노 크기를 가진 금속나노입자를 형성시키는 1단계를 수행한다(S1). 즉 도3(a)에 일예로 도시된 바와 같이 금속염(metal salt)이 HAuCl4인 경우 HAuCl4을 에탄올용매에 용해시킨 후 UV조사를 이용하여 극나노크기의 Au 입자를 형성시켜 이후 수행되는 3단계에서 더 큰 크기의 Au 나노입자 성장을 위한 씨앗(seed)으로 작용하게 하는 것이다.
이와 같이 1단계(S1)는 1차원 나노구조물에 함유시키고자 하는 금속나노입자가 포함된 금속염 용액을 UV조사함으로써 극나노 크기를 가진 금속나노입자로분리하는 단계를 포함한다. 이 때 상기 형성되는 금속나노입자의 형상은 구형인 것이 바람직하다. 또한 상기 금속나노입자는 특정한 화학분자에 대해 촉매특성을 갖는 것이 바람직한데, 특히 Pt, Au, 또는 Pd 중 하나 이상을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이처럼 1차원 나노구조물에 고착되는 금속나노입자가 특정 화학분자에 대해 촉매특성을 갖게 되면 상기 금속나노입자함유 1차원 나노구조물을 포함하는 화학센서나 광촉매에서 화학종의 흡착 및 탈착을 용이하게 하여 특정 화학종에 대한 선택성 및 감응도를 향상시킬 수 있으며, 특히 광촉매 상에서의 알칸과 중수소간의 광 동위원소 교환반응은 일반 불균일계 촉매반응에 비하여 중수소가 한 개 치환된 알칸으로의 선택도가 매우 우수하다.
이어서 상기 금속나노입자를 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물에 고착시키는 2단계를 수행하는데(S2), 2단계는 도2a 및 도2b에 도시된 것과 같이 두 가지 방법으로 수행될 수 있다.
즉 도2a에 도시된 바와 같이 상기 1단계에서 형성된 금속나노입자가 분포되 어 있는 용액에 상기 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물을 침적시키는 단계와, 상기 1차원 나노구조물에 있는 OH기에 상기 금속나노입자가 고착되는 단계를 포함하여 이미 금속산화물로 1차원 나노구조물을 제조한 다음 1단계에서 형성된 금속나노입자를 고착시킬 수도 있고, 도2b에 도시된 바와 같이 금속산화물로 1차원 나노구조물을 제조하기 전에 먼저 상기 1차원 나노구조물을 제조하는데 사용되는 금속산화물이 포함된 방사용액에 1단계에서 형성된 금속나노입자를 포함시킨 다음 금속나노입자가 고착된 1차원 나노구조물을 제조할 수도 있다. 이 때 상기 1차원(1-dimensional) 나노구조물은 나노선(nanowire), 나노막대(nanorod), 나노튜브(nanotube), 나노리본(nanoribbon) 등의 형태를 모두 포함하는 개념이다.
다음에서는, 상기 2단계(S2)에서 사용되는 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물의 제조공정을 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저, 1차원 나노구조물을 제조하기 위한 방사용액을 준비한다. 본 발명에서는 금속산화물 중에서 산화아연(ZnO), 산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2) 또는 산화텅스텐(WO3)을 이용하여 1차원 나노구조물을 제조할 수 있는데, 이하에서는 산화아연(ZnO)을 예를 들어 설명하기로 한다.
산화아연(ZnO)은 1차원 나노구조물을 제조하기 위한 전구체로서 Zinc acetate((CH3CO2)2Zn)와 polyvinyl alcohol(PVA, Mw ~80,000g/mol)을 사용하며, 용매로는 증류수(distilled water)를 사용한다. 점성을 갖는 PVA 방사용액을 제조하기 위해 상기 PVA와 증류수를 중량비로 혼합하여 5 내지 15 wt%까지 조절한 후, 약 65 내지 70℃에서 4시간 동안 교반한다. 이렇게 제조된 20g의 상기 PVA 용액에 1g의 zinc acetate를 첨가하여 65 내지 70℃에서 6시간 동안 교반시켜 상기 PVA와 상기 zinc acetate가 혼합된 점성의 방사용액을 준비한다.
그 후, 상기 준비된 방사용액을 전기방사하여 아연(Zn)이 포함된 나노섬유를 형성시킬 수 있다.
아연(Zn)이 포함된 나노섬유를 형성하기 위해 전기방사하는 과정을 살펴보면, 준비된 PVA 용액을 용량이 15ml인 유리 주사기에 주입시킨다. 방사 노즐은 21 게이지(guage)이고, 노즐의 길이는 1cm인 스테인리스강 재질의 바늘을 사용하고, 집적판과의 방사각도는 25°이다. 실린지펌프(syring pump, KDS-200)를 사용하여 1ml/h의 일정한 유량의 방사용액을 흘러준다. DC 전원 공급장치를 이용하여 유리 주사기 끝의 바늘에 10 내지 15kV(+) 전압을 인가하고, 집적판으로 사용한 알루미늄 판금에는 10kV의 (-) 전압을 인가한다. 주사기 바늘과 알루미늄 판금과의 방사거리를 20cm로 고정시켜, 1kV/cm의 전기장을 형성시킨다. 알루미늄 판금위에 전기방사된 아연(Zn)을 포집한다.
이어서, 형성된 아연(Zn)이 포함된 나노섬유를 하소(calcination)한다. 즉 상기 전기방사단계에서 전기방사된 나노섬유는 공기, Ar, N2, 또는 O2등의 다양한 분위기 하에서, 300 내지 600℃의 하소온도와 30분 내지 6시간의 하소시간 동안 하소한다. 이로써 순수한 산화아연(ZnO) 상을 가진 1차원 산화아연(ZnO) 나노구조물을 얻어낼 수 있다. 이때, 하소 공정의 승온율은 1 내지 5℃/min로 하는 것이 바람직하다.
따라서, 2단계(S2)는 상술한 방법에 의해 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물에 도2a 및 도2b에 도시된 방법을 통해 1단계에서 형성된 금속나노입자를 고착시켜 수행되는 것이다.
2단계가 수행된 후 도3 (b)에 도시된 성장용액에 상기 금속나노입자가 고착된 1차원 나노구조물을 침적시켜 상기 금속나노입자를 성장시키는 3단계(S3)가 수행된다.
상기 3단계(S3)는 1단계(S1)에서 형성된 금속나노입자가 2단계(S2)를 거치면서 극나노 크기의 금속입자 씨앗이 고착되어 있는 1차원 나노구조물 즉 나노선 또는 나노막대를 준비된 상기 성장용액에 침적하여 금속나노입자가 원하는 크기로 성장할 수 있도록 한다.
이 때 성장용액은 성장시키고자 하는 금속나노입자의 금속염과, 유기용매를 포함할 수 있는데 에탄올이 바람직하다. 이와 같이 금속나노입자[Au(금), Pd(팔라듐), Ag(은), Pt(백금) 등]를 포함하는 금속염과 유기용매를혼합하여 성장용액을 제조할 수 있는데, 유기용매와 금속염은 1000:1 ~ 2000:1 범위의 조성비로 혼합하여 용액을 제조하는 것이 바람직하다.
일예로, 알루미나 용기에 에탄올 : HAuCl4?4H2O = 2000:1의 비율로 하여 성장용액을 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 성장용액에 1차원 나노구조물 즉 나노선을 침적시킨 후 상기 나노구조물이 침전된 성장용액을 UV 조사하여 상기 나노구조물에 고착성장된 상 기 금속나노입자를 고정하는 단계를 수행하게 된다.
일예로 성장용액이 담겨진 알루미나 용기에 나노선을 침적시킨 후 그 알루미나 용기 전체를 380 nm, 100W(80~120W)의 조건으로 4분(3 내지 5분)간 조사할 수 있다.
그 다음 이와 같이 나노금속입자가 성장고착된 1차원 나노구조물을 열처리하여 이물질을 제거하는 단계를 수행하는 것이 바람직한데, Ar 과 N2 분위기에서 450-550℃에서 30-90분 동안 열을 가하여 이물질을 제거함으로써 순수 금속입자만을 얻을 수 있다. 상기 열처리는 500℃에서 60분동안 수행되는 것이 보다 바람직하다.
이처럼 도 1에 도시된 1단계 내지 3단계가 수행되면 도3 (c)에 도시된 것과 같은 구조로 된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 얻을 수 있다. 물론 금속나노입자가 도시된 바와 같이 1차원 나노구조물의 표면에 고착된 것에 한정되지 않고 도2b에 도시된 방법으로 2단계를 수행하게 되면 1차원 나노구조물의 표면 뿐만 아니라 내부에도 금속나노입자가 함유될 수 있다.
도 4는 금속나노입자가 함유되지 않은 1차원 나노구조물과 도 1에 도시된 공정을 통해 실제로 제조된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 비교 사진이고, 도 5는 도 4에 도시된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 일부확대도이다.
도 4를 참조하면 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물과 상기 1차원 나노구조물에 금속나노입자가 함유된 상태를 비교하여 알 수 있다. 특히 도5를 참조하 여 보면 1차원 나노구조물을 금속산화물로 형성하게 되므로 1차원 나노구조물에 있는 OH기가 고착되는 금속나노입자를 단단하게 붙잡아 주게 되므로 다수의 금속나노입자가 균일하게 분포된 금속나노입자함유 1차원 나노구조물을 제조할 수 있는 것을 알 수 있다. 한편, 도 4에 도시된 금속나노입자는 그 차이를 보여주기 위해 과장하여 도시된 것임을 밝힌다.
이와 같이 본 발명의 제조방법으로 제조된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물은 다수의 촉매특성을 갖는 금속나노입자가 표면 또는 내부에 균일하게 더 형성되므로, 신뢰성 확보와 함께 감지성능이 더욱 향상될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 공정에 의해 제조된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 다중으로 포함하는 고신뢰성 광촉매 및 화학센서를 설명하는 모식도이다.
본 발명의 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 포함하는 광촉매 또는 화학센서를 원하는 구조로 자유롭게 형성할 수 있는데, 특히 도 6을 참조하면 금속나노입자 함유 1차원 구조물을 다중으로 형성함으로써 금속나노입자의 촉매작용으로 인하여 응답과 회복시간을 빠르게 하며 또한 특정 화학종에 대한 선택성 및 자정능력을 증가시킬 수 있게 되므로 센서의 가스감지특성 및 광촉매특성이 향상된다. 따라서 본 발명에 의하면 신뢰성이 매우 우수하면서, 감응도 및 선택성이 향상된 소자 구현이 가능하다.
한편, 본 발명은 실시예를 참고하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로 개시된 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변형 및 균등한 실시예를 포함하여 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 개시된 실시예는 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공된 것으로, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 제조방법을 설명하는 공정도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 S2를 수행하는 서로 다른 공정을 설명하는 공정도이다.
도 3에서 (a)는 도 1에 도시된 S1에서 금속나노입자를 형성시키는 메카니즘을 설명하는 모식도이고, (b)는 도 1에 도시된 S3에서 사용되는 성장용액의 일 예를 나타낸 모식도이며, (c)는 도 1에 도시된 공정을 통해 제조된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 모식도이다.
도 4는 금속나노입자가 함유되지 않은 1차원 나노구조물과 도 1에 도시된 공정을 통해 실제로 제조된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 비교 사진이다.
도 5는 도 4에 도시된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 일부확대도이다.
도 6은 도 1에 도시된 공정에 의해 제조된 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 다중으로 포함하는 고신뢰성 광촉매 및 화학센서를 도시한 모식도이다.
Claims (5)
- 극나노 크기를 가진 금속나노입자를 형성시키는 1단계;금속염이 용해된 방사용액을 전기방사한 후 하소하여 얻어진 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물을 상기 금속나노입자가 분포된 용액에 침적시켜 상기 금속나노입자를 상기 금속산화물로 형성된 1차원 나노구조물의 표면에 고착시키는 2단계; 및상기 금속나노입자가 고착된 1차원 나노구조물을 성장용액에 침적시켜 상기 금속나노입자를 성장시키는 3단계를 포함하는 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속나노입자는 Pt, Au, Ag 또는 Pd인 것을 특징으로 하는 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 제3단계에서 상기 성장용액은 유기용매와 성장시키고자 하는 금속나노입자의 금속염이 1000:1 내지 2000:1 범위의 조성비를 이루도록 포함되는 것을 특징으로 하는 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 1차원 나노구조물로서 Pt, Au, Ag 또는 Pd 나노입자가 그 표면에 분포하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물.
- 제4항의 금속나노입자 함유 1차원 나노구조물을 포함하는 광촉매.
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| KR20080032785A (ko) * | 2006-10-11 | 2008-04-16 | 주식회사 엘지화학 | 나노입자가 표면에 부착된 유기-무기 혼성 재료 및 그제조방법 |
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2008
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