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May 04, 2023

University of Florida의 화학자의 획기적인 연구로 복잡한 화학 반응에서 원자 정밀도가 밝혀졌습니다.

Liliia/Adobe Stock의 나노물질 일러스트레이션. 작성자: Lauren Barnett — 6월

Liliia/Adobe Stock의 나노물질 일러스트레이션.

작성자: Lauren Barnett — 2023년 6월 6일

화학자 Chenjie Zeng이 이끄는 플로리다 대학교 화학과 연구팀은 나노물질과 관련된 복잡한 화학 반응이 원자 수준에서 전례 없는 정밀도로 수행될 수 있음을 성공적으로 입증했습니다. 이번 연구는 첨단 나노물질 개발의 잠재적인 도약을 의미한다. Nature Synesis에 발표된 연구 결과는 나노물질의 원자 수준 변환 화학에 대한 귀중한 통찰력을 제공하고 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 새로운 기회를 제시합니다.

새로운 연구는 과학자들이 시작 성분, 경로 및 최종 제품을 제어하여 나노물질의 빌딩 블록을 조작할 수 있는 혁신적인 기술인 정밀 나노합성에 중점을 두고 있습니다. 그 결과는 반도체 나노클러스터, 즉 전자, 포토닉스, 촉매 및 에너지 변환 분야의 특정 응용 분야에 맞게 맞춤화할 수 있는 코어의 수십에서 수백 개의 원자와 표면의 수십 개의 분자로 구성된 작은 구조에 대한 이해를 확장합니다.

"반도체 나노클러스터의 최초의 원자적으로 정밀한 화학적 변환을 입증함으로써 우리는 합리적인 설계를 통해 정밀 합성이 분자 규모에서 나노 규모로 확장될 수 있음을 보여주었습니다."라고 Zeng은 말했습니다.

Zeng은 2019년에 플로리다 대학교 교수진에 합류하여 Zeng 연구 그룹을 이끌고 있습니다. 그녀의 지도와 전문 지식을 바탕으로 이 그룹은 정밀 나노화학 분야의 선구적인 연구에 앞장서 왔습니다. 연구 프로젝트에는 변형 나노합성에서 원자 정밀도를 실현하기 위한 실험을 설계하고 수행하는 데 핵심적인 역할을 한 Zeng과 대학원생 Fuyan Ma의 공동 노력이 포함되었습니다. 이 작업은 X선 결정학, 핵자기공명, 질량분석법을 포함한 University of Florida의 화학 연구 시설에서도 지원됩니다.

Zeng과 Ma는 카드뮴 셀레나이드(CdSe)라고 불리는 특정 나노클러스터를 면밀히 조사하여 나노클러스터의 여러 특성과 그 과정에서 반응 메커니즘 뒤에 숨은 비밀을 밝혀냈습니다. 그들은 키랄성, 즉 카드뮴의 사면체 배위로 인해 셀렌화물의 정이십면체 골격이 대칭 파괴되는 반도체 클러스터의 비대칭성 또는 키랄성의 기원을 밝힐 수 있었습니다. 그들은 또한 극성의 근원, 즉 표면 보호 분자의 비대칭 분포에서 비롯되는 이러한 클러스터 내의 전하 분포를 발견했습니다.

제품 외에도 정확한 변환을 통해 클러스터 표면, 클러스터 내부 및 클러스터 간 수준에서 복잡한 메커니즘의 원자 시각화도 가능합니다. 이렇게 새로 발견된 지식으로 무장한 과학자들은 나노클러스터가 어떻게 행동하는지에 대한 귀중한 통찰력을 갖고 앞으로 나아갈 수 있으며 원하는 특성을 지닌 광범위한 재료의 설계를 발전시킬 수 있습니다.

"우리는 나노물질 합성에서 원자 정밀도의 엄청난 잠재력을 보여주기를 희망합니다"라고 Zeng은 말했습니다.

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