ZnO 나노와이어에 금 나노입자 X-ray 유도합성

Abstract

Metal nano-crystals have been received much attentions owing to their excellent catalytic property and surface plasmon effect. In the last decade, many studies on synthesizing well-dispersive nano-particles and on understanding their distinct physical properties have been performed. There were tremendous reports revealing the electrochemical activities and enhancement of surface plasmonic effect were dependent mainly on the size, shape, and composition. So far, most fabrication methods have been based on vacuum based deposition techniques, such as chemical vapor deposition and electron-beam evaporation, and then annealed them to transform into the nano-particles. Recently, there were several reports regarding to the photoinduced nano-crystal synthesis as an effective way to produce the metal nano-particles. in this study, we report synchrotron X-ray mediated synthesis of Au nano-particles on ZnO nano-wires. ZnO nano-wires were fabricated by hydrothermal method, and then they were dip into a solution having Au clusters. Detailed structural evolution of Au nano-particles was investigated using scanning electron microscopy and photoluminescence measurements. The results on formation of well-dispersive Au nano-particles on ZnO nano-wires will be presented.|ZnO는 3.37eV의 직접천이형 밴드 갭을 가지는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체물질로서 우수한 전기적, 광학적 특성에 의해 활발히 연구가 진행되고 있다. ZnO는 VLS 성장으로 1-D 구조를 갖는 나노와이어의 대표적 물질로서 발광다이오드, 자외선 레이저, 태양전지 및 가스센서 등에 응용 되고 있다. 특히, ZnO 나노 와이어의 우수한 광학적 특성에 주목하여 많은 연구자들이 다이오드의 발광 특성향상을 중점적으로 연구하였다. 대표적인 특성향상 연구 중에 금속 나노입자를 통한 표면 플라즈몬 효과가 특히 탁월하였으며, 많은 연구가 진행 중에 있다. 금속 나노입자는 뛰어난 촉매 특성 및 표면 플라즈몬 효과로 많은 주목을 받아왔다. 지난 10년 동안 잘 분산된 금속 나노 입자의 합성과 나노 입자의 독특한 물리적 특성을 이해하기 위한 연구가 수행 되고 있다. 금속 나노 입자의 표면 플라즈몬 효과는 주로 나노입자의 크기, 모양 및 조성에 의해 향상 되었다는 보고가 있다. 본 연구에서는 수열합성법에 의해 성장시킨 ZnO 나노와이어에 HAuCl4 수용액을 포항 가속기 White X-ray를 조사하여 금 나노입자를 나노와이어에 유도합성 했다. FE-SEM, TEM 으로 ZnO 나노와이어에 금 나노입자가 주입 됐음을 확인하였고, X-ray diffraction(XRD)를 이용한 결과 ZnO 나노와이어는 (0002) 우선 성장, Au(111) peak 확인 결과 ZnO 나노와이어 표면에 금 나노 입자를 확인 할 수 있었다. 금 나노 입자는 HAuCl4 수용액의 농도, Agent 용액 첨가 수용액, X-ray 노출시간을 조절함에 따라 금 나노입자의 직경과 길이, 밀도 등을 조절 가능했고, 광학적 특성 분석을 위해서 photoluminescence (PL) 을 측정한 결과 380nm에서 N.B.E(near band edge) peak를 측정 하였다. Raman spectroscopy를 통한 광특성 분석 결과 438cm-1에서 E2(High)mode peak를 관찰 할 수 있었다.