The first-row transition metals have unique physicochemical properties when forming compounds with oxygen, sulfur, and phosphorus. Transition metal oxides have been the subject of extensive studies as imaging agents using magnetic properties. Transition metal phosphides have proper binding energy with hydrogen molecules, so the frequency of research on hydrogen evolution reactions using these materials is increasing. Besides, transition metal sulfides are employed in quantum dot display applications by using the visible region, especially the bandgap of nanoparticles. The unique physicochemical properties of these nanomaterials can be manipulated according to the size, shape, surface index, and degree of alloy. Therefore, it is significant to tailor and analyze the catalyst morphology and structure. In this study, physicochemical properties were changed according to various morphology control of transition metal oxide, sulfide, and phosphides in nanoscale. In chapter I, physicochemical properties and applications of transition metal chalcogenides and phosphides were introduced. In chapter II, the synthesis, structural analysis, and formation mechanism of octapod manganese oxide nanostructures were synthesized by using the organic and inorganic ligands. Subsequently, the addition of silver or gold domains to apply for dual imaging was discussed. In chapter III, the alloying effect in electrochemical hydrogen production reactions using iron-nickel phosphide nanocatalysts was considered in principle. Chapter IV introduced a study on the synthesis of cadmium or cadmium-free based quantum rods for the implementation of blue light-emitting quantum materials. These studies could help to understand the relationship between the morphology of the first-row transition metal compounds and their physicochemical and catalytic properties.
첫 주기 전이금속은 산소, 황 그리고 인과의 화합물을 이룰 때 특별한 물리화학적 특성을 가진다. 전이금속 산화물은 자기적 성질을 이용한 이미징 입자로 활발히 연구되고 있다. 전이금속 인화물은 수소 분자와의 적절한 결합 에너지를 가지고 있어, 이를 이용한 수소 생성 반응 연구 횟수가 증가되고 있다. 또한, 전이금속 황화물은 나노입자가 가지는 가시광선 영역의 밴드 갭을 이용하여 양자점 디스플레이 응용에 이용되고 있다. 이 나노물질들의 독특한 물리화학적 특성은 나노촉매의 크기, 모양, 면 지수, 합금 정도에 따라 조절될 수 있기 때문에 촉매의 형태 조절 및 구조 분석이 매우 중요하다. 본 연구는 전이금속 산화물, 황화물 그리고 인화물 나노 촉매의 다양한 형태 조절에 따른 물리화학적 특성 변화를 관찰하였다. 챕터 I에서는 전이금속 칼코지나이드와 포스파이드의 물리화학적 특성 및 응용 분야에 대해 소개하였다. 챕터 II에서는 유/무기 리간드 도입을 통한 팔 완류 산화 망간 나노 구조체의 합성, 삼차원적 분석 및 구조 형성 원인에 대해 소개하였다. 이어서 은/금 입자 도입을 통한 이중 이미징 응용에 대해 다루었다. 챕터 III에서는 철-니켈 인화물 나노촉매를 이용한 전기 화학적 수소 생성 반응에서 합금 효과에 대해 근본적으로 고찰하였다. 마지막으로 챕터 Ⅳ에서는 청색 발광 양자물질 구현을 위한 카드뮴/비 카드뮴 기반 양자막대 합성에 대한 연구를 소개하였다. 본 연구들은 첫 주기 전이금속 화합물 나노촉매의 형태적 구조와 물리화학적 특성과의 연관성을 이해하는데 도움을 줄 수 있다.
