금속이나 반도체물질이 10 nm 이하의 크기가 되면 이 물질들이 본래 가지고 있던 성질과는 다른 특이한 물리적, 전기적, 자기적 성질을 나타내며 이는 크기에 따라서 달라진다. 최근에 기공의 크기가 2 - 50 nm인 메조포러스 분자체가 합성되어서 이 기공 내부에서 나노구조물질을 합성하면 이전에 합성할 수 없었던 크기의 물질을 주형합성할 수 있을 것으로 여겨지고 있었다.
본 연구에서는 메조포러스 분자체를 주형으로 사용하여서 금속상태의 백금으로 이루어진 나노구조물질을 합성하였다. 메조포러스 분자체들은 1차원 직선형 기공구조를 가진 MCM-41, 입방형 Ia3d 구조의 MCM-48, 입방형 Pm3n 구조의 SBA-1 등이 있다. 전구체인 $Pt(NH_3)_4^{2+}$를 이러한 메조포러스 분자체의 기공 내부에서 담지 시킨 후 수소를 흘려주면서 573 K에서 환원시키면 금속상태의 백금이 기공을 따라서 자라나서 기공의 크기와 모양에 부합하는 나노구조물질로 합성되었다. 이렇게 얻어진 백금-메조포러스 분자체간의 복합체를 불산 수용액을 이용하여서 분자체 내부에 담지된 백금 나노구조물질은 변화 시키지 않고 실리카로 이루어진 분자체만 선택적으로 제거하였다.
전자투과 현미경에 부착되어 있는 에너지 분산 X선 분광기와 X선 광전자 분광기를 통한 분석을 통해서 백금 나노구조물질은 실리카 주형을 꺼내는 화학적 처리과정 중에 화학적 변화 없이 금속상태의 백금으로 유지되고 있었음을 알 수 있었다.
구조적 정렬성, 균일성이 좋고 기공의 크기가 조절된 1차원 직선형 기공구조의 MCM-41을 얻기 위해서는 합성 과정에서 계면활성제-마이셀의 곡률을 조절하여야만 한다. 이때 계면활성제 소수성 부분의 탄소사슬의 길이에 따라서 적절한 곡률을 이루기 위한 혼합비가 정해진다. 분자체의 기공크기가 3에서 10 nm로 증가함에 따라 이에 해당하는 굵기의 나노선을 얻기 위한 백금의 담지량도 5에서 20 wt %로 증가하였다. 얻어진 나노선의 굵기는 이에 해당하는 분자체의 기공 직경과 일치하는 것을 알 수 있었다.
이렇게 얻어진 백금의 나노구조물질은 메조포러스 분자체의 내부 기공을 따라서 자라게 되므로 기공의 모양에 따라서 다양한 구조를 만들 수 있다. MCM-48을 틀로 사용하여서 3차원적으로 상호연결되어 있으며 기존에 $Q^{230}$ 모델이라고 알려진 계면활성제-마이셀 구조와 일치하는 형태의 백금 나노구조물을 얻었다. 기공의 구조가 구형인 SBA-1을 틀로 사용하여서 나노점 형태의 백금을 얻었다.
직경이 3 nm인 자유로운 상태의 백금 나노선은 헬륨기체 분위기의 673 K 부근에서 형태의 변화와 뭉침 현상이 일어나는 것을 전자투과현미경을 통하여 관찰하였다. 이것은 기존 백금물질이 2043 K에서 용융되는 현상과 비교하였을 때 상당히 낮은 온도에서 백금 원자의 이동이 일어나고 있음을 알 수 있었다. 이러한 메조포러스 분자체를 이용한 백금 나노구조물질의 주형합성법은 나노구조물질의 촉매적, 전기적, 광학적, 자기적 성질을 연구하는데 있어서 새로운 방법을 제시할 수 있을 것으로 생각된다.
