더 높은 촉매 효율을 보이는 다공성 산화물 나노튜브

탄소나노튜브, 반도체 나노튜브, 산화물 나노튜브 같은 나노튜브들은 나노전자장

치, 생물학, 촉매 그리고 연료 전지 같은 곳에 적용될 수 있는 매우 중요한 나노물질

이다. 일반적으로 나노튜브들은 변하지 않는 벽과 몇 나노미터의 작은 지름에 몇 마

이크로미터의 큰 길이를 가진 큰 종횡비(aspect ratio)를 가진다. 그러나 이런 나노

구조는 촉매와 분자들이 나노튜브의 끝의 좁은 통로를 통해서만 들어올 수 있기 때

문에 기대했던 것보다 더 낮은 흡수효율을 만들어낸다. 

이 문제를 해결하기 위해서 합비과기대학(Hefei University of Technology)의 연구

진은 새로운 형식의 산화물 나노튜브를 개발했다. 이것은 낮은 녹는점을 가지는 금

속을 열 증발(thermal evaporation) 방식을 이용해서 만든 피리모양의 MgO 나노튜

브이다. 기존의 나노튜브의 변하지 않는 벽들에 비해서 이 피리모양의 MgO 나노튜

브는 독특한 다공성 구조로 되어 있다. 즉 옆면을 따라서 일정한 거리마다 구멍이 존

재한다. 

이 산화물 나노튜브를 만드는 제조 과정을 다음과 같다. 우선 높은 온도에서 Mg3N2

와 Ga2O3 분말을 증착시킨다. 갈륨과 MgO가 증착 영역에서 Mg와 Ga2O3 기체 사

이의 화학적 반응 때문에 발생한다. 작은 액체 Ga 물방울은 MgO 고체 껍질 속으로 

캡슐화 되어진다. 연속적인 반응을 거쳐서 점점 더 많은 액체 Ga가 1차원 방향을 따

라서 MgO 나노튜브의 성장을 이끌면서 MgO 용기 속을 채운다. 지금까지 MgO 나

노튜브의 벽은 변하지 않았다. 피리모양의 MgO 나노튜브를 만드는 비결은 증착 소

스(source)를 조절하여서 Ga2O3가 먼저 소진되도록 만드는 것이다. 따라서 반응의 

마지막 단계에서 발생된 Ga가 너무 적어서 MgO 나노튜브를 성장시키지 못하고 결

과적으로 액체 Ga 기둥은 MgO의 단단한 껍질 속으로 완전히 캡슐화되어진다. 액

체 Ga의 열적 팽창은 증가하는 온도에 영향을 받기 때문에 변하지 않는 벽을 가진 

MgO 나노튜브에서 두 개의 팁(tip) 뿐만 아니라 아주 얇은 옆면의 약한 부위도 찢어

진다. 구멍들이 발생하자마자 액체 Ga는 나노튜브로부터 증발하기 시작했고 그 후

에 비어 있는 피리모양 MgO 나노튜브가 남게 된다. 

연구진은 새로운 반도체 나노구조의 중합과 특성화, 저차원 물질의 전기 수송 성질 

그리고 전자장치, 광전자장치, 센서 그리고 태양전지에 일차원 나노구조를 적용시키

는 분야의 연구를 진행하고 있다. 

이 연구결과는 Nanotechnology에 “Gallium-assisted growth of flute-like MgO 

nanotubes, Ga2O3-filled MgO nanotubes, and MgO/Ga2O3 co-axial 

nanotubes” 이라는 제목으로 게재되었다(Jiansheng Jie et al 2009 

Nanotechnology 20 075602 (6pp) doi: 10.1088/0957-4484/20/7/075602). 

http://nanotechweb.org/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-13