리간드 분자 3차원 분포 규명···금속 나노입자 합성 이해력 높였다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 금속 나노입자 합성 시 발생하는 유기 분자인 리간드 분자의 3차원 분포를 확인했다. 이를 통해 나노 입자 합성·설계에 대한 이해력을 높였다.

최벽파 한국과학기술원 교수(왼쪽)와 이상헌 이화여대 교수(오른쪽).(사진=한국과학기술원)

한국과학기술원(KAIST)은 최벽파 신소재공학과 교수 연구팀이 이상헌 이화여대 화학신소재공학과 교수 연구팀과 원자 단층 촬영 기술을 활용해 나노입자 표면에 있는 리간드 분자의 3차원 분포를 처음 규명했다고 9일 밝혔다.

리간드는 복잡한 구조의 유기 분자로 이뤄져 공간 분포를 분석하려면 원자단위의 공간 분해능과 경량 원소에 대한 높은 검출 민감도를 갖춰 3차원 분석을 위한 기술이 필요하다. 기술력이 부족해 그동안 관찰하지 못했고, 입자 합성과정에서 리간드 거동이 상당 부분 미지의 영역으로 남아있었다.

연구팀은 원자 단층 촬영 현미경으로 서로 다른 할라이드 리간드에서 합성된 두 종류의 팔라듐 나노입자 표면에 있는 세트리모늄 리간드의 3차원 분포를 원자단위에서 관찰했다.

우선 리간드의 3차원 분포에 대한 단층 촬영 데이터에서 각각 나노입자 표면에 있는 세트리모늄 리간드의 밀도를 계산했다. 이를 통해 세트리모늄 리간드와 할라이드 리간드 사이에 기존에 알려지지 않았던 상호작용이 있고, 서로 다른 리간드 사이의 상호작용이 나노입자의 최종 형태와 산화 저항 특성을 결정한다는 사실을 알아냈다.

최벽파 교수는 “기존에 상반됐던 연구 결과들을 모두 포용할 실험·이론적 결과를 제시했다”며 “나노입자 합성에 대한 이해를 높이고, 우수한 특성이 있는 나노입자를 설계하는데 응용할 수 있다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 달 14일자 온라인판에 게재됐다.