크롬은 희귀하고 값비싼 귀금속을 대체합니다.

고가의 귀금속은 종종 스크린을 밝히거나 태양 에너지를 연료로 변환하는 데 중요한 역할을 합니다. 이제 바젤 대학의 화학자들은희귀한 원소를 대체하는 데 성공했습니다. 훨씬 더 저렴한 금속으로. 새로운 재료의 특성은 과거에 사용된 재료와 매우 유사합니다.

우리는 주방의 크롬강이나 크롬 도금 오토바이 등 일상적인 응용 분야에서 사용되는 크롬에 대해 잘 알고 있습니다. 그러나 머지않아 이 원소는 어디에서나 볼 수 있는 휴대폰 화면에서 발견되거나 태양 에너지를 변환하는 데 사용될 수도 있습니다. 바젤 대학 화학과의 올리버 벵거(Oliver Wenger) 교수가 이끄는 연구원들은 발광 재료와 촉매에서 금이나 백금만큼 희귀한 두 가지 원소인 귀금속인 오스뮴과 루테늄을 대체할 수 있는 크롬 화합물을 개발했습니다. 연구팀은 Nature Chemistry에 기고한 글에서 새로운 크롬 물질의 발광 특성이 지금까지 사용된 일부 오스뮴 화합물만큼 우수하다고 보고했습니다. 그러나 오스뮴에 비해 크롬은 지각에 약 20,000배 더 풍부하고 가격도 훨씬 저렴합니다.

새로운 물질은 또한 광합성과 같이 빛에 노출되어 발생하는 과정을 포함하여 광화학 반응을 위한 효율적인 촉매임이 입증되었습니다. 식물은 이 과정을 통해 햇빛의 에너지를 에너지가 풍부한 포도당과 생물학적 과정의 연료 역할을 하는 기타 물질로 전환합니다.

새로운 크롬 화합물에 빨간색 램프를 조사하면 빛의 에너지가 분자에 저장되어 전원으로 사용될 수 있습니다. Wenger는 “여기에는 인공 광합성에 새로운 재료를 사용하여 태양 연료를 생산할 수 있는 가능성도 있습니다.”라고 설명합니다.

크롬 원자를 빛나게 하고 에너지를 변환할 수 있도록 하기 위해 연구원들은 크롬 원자를 탄소, 질소 및 수소로 구성된 유기 분자 구조로 만들었습니다. 팀은 크롬 원자가 잘 포장되도록 이 유기 프레임워크를 특히 견고하게 설계했습니다. 이러한 맞춤형 환경은 원치 않는 분자 진동으로 인한 에너지 손실을 최소화하고 발광 및 촉매 특성을 최적화하는 데 도움이 됩니다. 새로운 소재의 단점은 크롬이 귀금속보다 더 복잡한 구조를 필요로 한다는 것입니다. 따라서 향후 추가 연구가 필요할 것입니다.

견고한 유기 골격으로 둘러싸인 크롬은 빛에 노출될 때 귀금속보다 훨씬 더 반응성이 높은 것으로 입증되었습니다. 이는 다른 방법으로는 시작하기 어려운 광화학 반응의 길을 열어줍니다. 잠재적인 응용 분야는 활성 제약 성분의 생산일 수 있습니다.

오랫동안 귀금속이 포함되지 않은 지속 가능하고 비용 효율적인 재료에 대한 연구는 주로 철과 구리에 집중되었습니다. 다른 연구 그룹에서는 이미 이 두 원소를 모두 사용하여 유망한 결과를 얻었으며, 크롬도 과거에 발광 재료에 통합되었습니다.

그러나 많은 경우 이러한 물질의 발광 및 촉매 특성은 희귀하고 값비싼 귀금속을 포함하는 물질에 비해 훨씬 뒤쳐져 있어 실질적인 대안을 제시하지 못했습니다. 크롬으로 만들어진 새로운 소재는 특히 귀금속과 유사한 크롬 형태를 함유하고 있어 이러한 금속을 함유한 소재에 매우 가까운 발광 및 촉매 효율을 달성한다는 점에서 다릅니다.

Wenger는 “현재로서는 미래의 발광 재료 및 인공 광합성 응용 분야에서 어떤 금속이 경쟁에서 승리할지는 불분명해 보입니다.”라고 말했습니다. "그러나 확실한 것은 박사후 연구원 Narayan Sinha 박사와 Christina Wegeberg 박사가 함께 중요한 진전을 이루었다는 것입니다."

다음으로 Wenger와 그의 연구 그룹은 잠재적 응용 분야를 더 광범위하게 테스트할 수 있도록 재료를 더 큰 규모로 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다. 추가적인 개선을 통해 그들은 파란색에서 녹색, 빨간색까지 다양한 스펙트럼 색상으로 빛을 방출할 수 있기를 희망합니다. 그들은 또한 광합성에서처럼 햇빛을 저장을 위한 화학 에너지로 변환하는 데 한 걸음 더 다가가기 위해 촉매 특성을 더욱 최적화하기를 원합니다.