상 분리 용액에서의 나노 입자 성장에 대한 in situ 액상 투과 전자 현미경을 통한 이해

Abstract

촉매나 에너지부터 생물의학까지 다양한 분야에 널리 쓰이는 나노 입자의 형성 메커니즘은 나노 입자가 띠는 성질에 대한 기초적인 이해뿐 만 아니라 더 나은 성능의 나노 물질을 합성하는 것까지도 이어지기 때문에 오랫동안 중요하게 다뤄지는 문제이다. 그러나 일부 나노 입자 합성 과정, 단백질 결정화를 비롯한 여러 생물학적 과정 등에서 일어나는 비고전적 핵 형성 경로에 대해서는 아직 정확한 역학이 밝혀지지 않았다. 본 연구는 나노 입자가 비고전적 핵 형성 경로를 따라 스피노달 분해가 일어난 전구체 용액에서 형성되는 초기 과정을 in situ 액상 투과전자현미경을 통해 조사하였다. 개별 나노 입자의 궤적을 분석한 결과, 스피노달 분해에서 생겨난 준(準)안정한 두 상에서 단량체와 환원제가 두 상의 경계면을 매개로 반응하는 것이 비교적 안정적이고 균일한 크기의 핵 형성을 촉진할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 계면을 매개로 하는 나노 입자 성장을 규명한 본 연구는 비고전적 핵 형성 경로를 따르는 다른 나노 입자 메커니즘과 2상 나노 입자 합성법 등을 이해하는데 적용될 수 있을 것으로 예상된다.

Early stage of silver nanoparticle formation from spinodally decomposed precursor solution was studied via in situ liquid cell TEM. Interfacial region between Ag-PVP-rich phase and Ag-PVP-poor phase directs uniform growth of stable nuclei by supplying monomers and physically prohibiting their aggregation. Tracking the nanoparticles reveals that interface-mediated encounter of monomer and reducing agent from two metastable phases drives formation of stable and monodispersed nuclei.