Nanoparticles have attracted considerable interest owing to their unique physical and chemical properties different from those of the bulk counterparts, which have great potential applications in biomedicine, optics, electronics, and catalysis. With increasingly attention, nanoparticle with various shapes and components were intensively reported. Most of them were synthesized in the presence of organic surfactants as stabilizing and capping agents, but it has often interrupting the enhancement of properties by block the surface of nanoparticles. Polyoxometalates (POMs) are a class of anionic metal oxygen clusters with remarkable properties and functions Recently, a new synthetic strategy of nanoparticles has been developed using polyoxometalates as inorganic stabilizing and capping agents. Nevertheless, studies on synthesis method of nanoparticle with a variety of shape and composition remain insufficient. Therefore, the main objective of this thesis focuses on the synthesis of various nanoparticles using polyoxometalates and the investigation of their catalytic properties.
In chapter 2, we report polyoxometalate-assisted synthesis of Pd@Pt bimetallic NPs and their application in methanol oxidation reaction. The core-shell NPs are synthesized under aqueous system in present of polyoxometalate. Three different types of surface morphology of Pt shell are formed on the octahedral-Pd core via control of growth rate. The prepared polyoxometalate-stabilized Pd@Pt nanoparticle (POM-Pd@Pt NPs) with octa-hedral morphology showed enhanced catalytic activity and stability toward methanol oxidation reaction.
In chapter 3, we report the transition-metal-substituted polyoxometalate-mediated synthesis of ZnO nanoaggregates (m =Co, Fe, Zn) and their catalytic activity in cycloaddition reaction of carbon dioxide to epoxides. The catalytic activity of the m-POM-ZnO nanoaggregates is higher than the ZnO NPs without POM in the presence of dimethylaminopyridine (DMAP) as a co-catalyst because of the synergy effect with POM and ZnO nanoaggregates. In addition, the catalyst can be reused without significant loss of activity
In chapter 4, we report the effects of ultrahigh concentration cationic silica nanoparticles on cell with human breast cancer cell line (MCF-7). High concentrations of cationic colloidal silica nanoparticles have been widely used for the enrichment of plasma membrane proteins. However the interaction between the nanoparticles and cells under the required concentration for the isolation of plasma membrane are rarely investigated. We evaluated the internalization and toxicity of the 15 nm cationic colloidal silica nanoparticles which were exposed at high concentrations with short time in human breast cancer cells with transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS), inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) and colorimetric assays.
벌크상태의 물질과는 다른 고유의 물리적 화학적 특성을 가지는 나노입자는 바이오 의학, 광학, 전자 촉매 등 다양한 분야에 응용가능성을 가지는 물질로 많은 관심을 받고 있다. 지난 수십 년 동안, 다양한 모양과 성분으로 이루어진 나노입자가 많이 보고되었으며, 이들 대부분은 안정제와 캡핑제로서 유기계면활성제를 이용하여 합성되었다. 그러나 이러한 유기계면활성제가 나노입자의 표면을 막아 종종 향상된 나노입자의 특성을 저해하기도 한다는 것이 보고되어 있다. 폴리옥소메탈레이트는 우수한 성질과 기능을 가지는 물질 음인온성 금속-산소 클러스터로 최근 무기 안정제와 캡핑제로서 이를 이용한 나노입자합성법이 보고되고 있다. 그러나 아직까지 다양한 모양과 성분으로 이루어진 나노입자의 합성에 관한 연구가 부족한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 폴리옥소메탈레이트를 통해 다양한 나노입자를 합성하고 그것의 촉매특성에 대한 연구를 하고자 한다.
제 2장에서, 우리는 폴리옥소메탈레이트이 이용한 팔라듐(Pd)-플래티늄(Pt) 코어쉘 나노입자의 (POM-Pd@Pt) 합성을 보고하였다. 폴리옥소메탈레이트는 합성과정에서 안정제와 중간환원제의 역할을 수행하였으며, 아스코르스산의 농도 조절을 통해 팔면체모양의 코어 팔라듐 위의 플래티늄 쉘의 모양을 조절할 수 있었다. 또한 아스코르브산과 하이드라진을 이중환원제로 사용하여 위와 같은 경향을 보이나 크기는 더 작아진 나노입자도 합성 할 수 있음을 보여주었다. 합성된 POM-Pd@Pt 나노입자는 메탄올 산화에 대한 전기화학적 촉매반응에서 상용화 되어 사용되고 있는 백금촉매인 Pt black 보다 우수한 촉매활성을 나타내었다.
제 3장에서, 우리는 폴리옥소메탈레이트를 통한 징크옥사이드(ZnO) 나노입자의 합성을 보고하였다. 용매열합성방법으로 만들어진 POM-ZnO는 수나노크기의 나노입자 집합체구조를 형성하고 있다. 합성된 POM-ZnO 나노입자는 이산화탄소 전환반응에서 우수한 사이클릭 카보네이트 전환율을 보였으며, 재사용시에도 전환율이 크게 변화가 없는 것으로 나타났다.
제 4 장에서, 우리는 세포막 단백질 분리에 많이 사용되는 고농도 양이온성 실리카 나노입자가 짧은 시간 유방암세포에 노출되었을 때 어떠한 영향에 미치는지에 대해 보고하였다. 고농도 나노입자는 세포막뿐만 아니라 빠르게 세포질과 핵에 까지 내재화됨이 관찰되었다. 또한 세포대사활성에는 영향을 미치지 않았으나, 원형질막 온전성에는 영향을 미치는 것으로 나타났다.
