Metallic nanoparticles have been received great scientific attention for a variety of applications in optics, electronics, magnetics and catalysis because of its unique, size-dependent properties. In addition, assembly of these materials into ordered nanostructures creates additional novel properties. Many studies have been demonstrated synthesis of metallic nanostructures with controlled size and shape. But, assembly of ordered nanostructures is more challenging. One of strategy for creating ordered assemblies is template-directed growth. The basic mechanism of template-directed growth is well developed. However, there are three principal factors to limit the effectiveness of this method.
We report here new approach to assembly of metallic nanomaterials into ordered nanostructures.
After focused electron beam irradiation on silver clusters template, they drastically shrank and expelled the large number of nanoparticles at the same time. As distance from silver template increased, average particle size decreased. Also, by varying the spot-size of electron beam, we could find that there exists a critical current density, necessary to initiate the reaction.
By template directed growth, we observed self-assembled silver nanoparticles with different shape, size and morphology but without any ligand. In addition, we could observe the hexagonal structure of silver nanoparticles sub-15 nm. These results suggest there exists the critical size of hexagonal phase in silver nanoparticles.
Using Pt acetylacetonate solution with silver nanoparticles, We not only demonstrated the templated growth but also applied a silver cluster template to synthesize the platinum nanoparticles with sub-10 nm size.
금속의 나노입자나 나노와이어는 Size에 의존하는 성질 덕분에 광학, 자성, 전자, 촉매 등의 응용분야에서 매우 큰 관심을 받아왔다. 이러한 물질을 2D나 3Dimesional하게 Assembly 할 수 있다면 더욱 고귀한 성질을 가질 수 있다. 지금까지 금속 나노물질을 Size나 aspect ratio를 제어하여 합성하는 방법은 충분히 연구 및 개발되어 왔다. 하지만 금속 나노물질의 ordered assembly는 훨씬 어렵고 높은 장벽이 존재한다.
현재 금속나노물질을 제조하는 방식 중에서 Bottom-up self-assembly 방식은 물질의 특성뿐만 아니라 물질의 아키텍처에 대한 높은 제어력을 가지고 있다. 그리고 가장 일반적인 2D나 3D구조의 nanostructure의 Assembly하는 방식이 바로 Template-Directed Synthesis이다.
하지만, 일반적으로 알려진 세 가지 주요 요소가 templated growth방식의 효과를 제안하게 된다. 첫째는 top-down방식이든 bottom-up방식이든지 pore의 크기가 10nm이하를 얻기가 힘들다는 것이다. 둘째로 나노입자의 표면이 일반적으로 ligand나 solid matrix로 캡핑되어 있어서 촉매나 센서의 application에 있어서 적용이 힘들다는 것이다. 셋째로 pore의 공간적인 배열이 직사각형의 패턴과 같은 형식에 제한이 된다. 이러한 한계를 극복하기 위한 간편하고 차세대 application에 적용 가능하며, 다른 물질과도 호환이 가능한 bottom-up 방식이 필요하다.
따라서 본 연구에서는 금속 나노입자를 ordered assembly할 수 있는 새로운 합성 방식을 제안하였다.
은 나노입자의 클러스터를 템플릿으로 이용하여 은 나노입자를 합성할 수 있었으며, 합성된 나노입자는 표면에 리간드가 없으며, odered array형태를 얻을 수 있었다. 그리고, 그 합성원리를 Template-Directed Synthesis메커니즘으로 설명할 수 있었다.
합성된 은 나노입자의 고분해능 이미지를 통한 상분석을 실시하였다. 더하여 템플릿으로부터 멀어질수록 합성된 입자의 크기가 감소한다는 현상을 이용하여 특정 사이즈에서 은 나노입자의 hexagonal구조를 갖는 은 나노입자의 critical size의 존재한다는 사실을 밝혀내었다.
은 나노입자의 클러스터를 템플릿으로 이용하여 백금 나노입자를 합성을 할 수 있었고, 고분해능 이미지와 STEM-EDS분석을 통하여 그 결과를 증명하였다. 이를 통해 은 나노입자의 클러스터가 템플릿으로 작용할 수 있다는 사실과 다른 금속 물질을 합성해 낼 수 있는 템플릿임을 함께 입증하였다.
