Au sponges have been of great interests in recent years due to their unique morphologies and excellent physical properties that provide a broad spectrum of applications in surface-enhanced Raman, catalysis, energy storage and actuator. However, the structure instability at high temperature or catalytic reaction conditions, which result in the loss of their physical properties, limiting their practical use in many applications. First, we report a facile and green synthesis method for Au sponges using self-assembly of gold nanoparticles induced by thiolated poly (ethylene glycol). The use of very low concentration of SH-PEG (ca. 20-200 nM) in aqueous solution at room temperature makes the method highly eco-friendly as well as results in high-purity as-synthesized gold sponges (98.7 wt %). The gold sponges fabricated with the present method exhibit a high SERS activity, making them highly applicable for sensitive SERS detection of molecules. A new synthetic method, which reported in this dissertation, would be a good candidate to solve the problem in the synthesis of Au sponges. Second, a new method to make Au sponges which prepared by self-assembly of Au NPs stable up to 700 °C by coating the surface of Au sponges with porous silica. Additionally, the porous silica coated Au sponges show very high catalytic activity for the reduction of 4-nitrophenol and excellent reusability as maintaining their activity as high as 93 % after 10 cycles of catalytic reactions. To the best of our knowledge, this is the first report of porous silica coated Au sponges which provide excellent thermal stability, high catalytic activity and reusability simultaneously. The new method, which developed in the dissertation, would be applicable to other Au sponges prepared by dealloying method or deposition of $TiO_2$ on Au sponges instead of $SiO_2$ for synergetic effect.
금 스폰지는 넓은 표면적을 가지는 독특한 3차원 구조와 우수한 물리적 특성으로 인해서 큰 관심을 받고 있으며, 다양한 분야에서 활발히 활용 되고 있다. 하지만 높은 온도 및 촉매 반응에 대해서 구조적 불안정성을 가지고 있기 때문에 우수한 물리적 특성에도 불구하고 실제 응용에 있어서 많은 제약이 있어왔다. 본 논문에서는 첫 번째로, 아주 소량의 폴리에틸렌 글리콜과 금 나노입자를 섞었을 때 발생하는 자기조립 현상을 이용하여 금 스폰지를 합성하는 방법을 개발하였다. 이는 아주 소량의 폴리에틸렌 글리콜을 썼을 뿐만 아니라 상온, 수용액에서 실험이 진행 되기 때문에 친환경적인 방법이다. 합성된 금 스폰지는 표면증강 산란에 대해서 우수한 성능을 나타내는 것을 관찰하였다. 두 번째로는 다공성 실리카 코팅을 통하여 금 스폰지의 열 안정성 및 촉매 특성을 향상 시키는 연구를 수행하였다. 다공성 실리카가 코팅 된 금 스폰지는 700도까지 구조를 유지하는 것을 관찰하였으며 니트로 페놀 환원 반응에 대해서 우수한 촉매 활성도 및 안정성을 나타내는 것을 관찰하였다. 본 연구를 통해서 개발 된 방법은 금 스폰지뿐만 아니라 다른 나노 구조체에도 적용 될 수 있을 것으로 기대한다.
