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오스트리아 빈 공대(Vienna University of Technology)의 연구진은 산화철 표면 위의 물 분자 구조에 대한 수수께끼를 푸는데 성공했다. 물 분자는 다리를 연상시키는 복잡한 구조를 형성했다. 이것은 표면 위의 화학 반응을 발생시키는데 중요한 역할을 한다. 물은 매우 복잡한 액체이다. 물 분자는 부식과 풍화를 비롯한 많은 프로세스에 결정적인 영향을 끼치는데, 이것은 촉매로서 최적의 기능을 한다는 것을 의미한다. 물 분자의 독특한 점은 수소 교결합(hydrogen bridge bond)을 형성할 수 있다는 것이다. 전하 분포는 균일하지 않다. 산소 원자가 음으로 약하게 대전되는 반면 수소 원자는 양전하를 약하게 띤다. 결과적으로 물 분자 사이와 물 분자와 다른 유형의 분자 간에 결합을 형성할 수 있다. 산화철 표면 위의 물 구조를 실제로 관찰하기 위해서 최첨단 측정 기술이 적용되었다. 저온의 진공에서 물 분자들을 표면 위에 분사시켰다. 표면은 약 -30°C까지 천천히 가열했다. 물 분자들은 표면에서 하나씩 분리되어 검출기로 수집되었다. 특수한 방진, 고성능 현미경을 사용하여 고해상도 표면 이미지를 찍어서 물 구조를 실제로 관찰했다. 그리고 컴퓨터 시뮬레이션으로 양자 수준에서 물 분자의 기하학적 배치를 설명할 수 있는 방법을 개발했다. 그 결과, 몇 가지 구조가 형성되었다는 것을 알 수 있었다. 하나의 물 분자 표면에 단독으로 존재하는 것은 드물다. 물 분자는 쌍으로 또는 3개씩 모이게 된다. 타원형의 만곡된 다리처럼 산화철 표면 위에 6 개 또는 8 개의 분자로 구성된 복잡한 구조를 가진다. 이 연구결과는 분자 구조를 밝힐 수 없었던 몇 가지 물질을 조사하는데 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 PNAS에 ldquo;Water agglomerates on Fe3O4(001) rdquo; 라는 제목으로 게재되었다( https://doi.org/10.1073/pnas.1801661115 ). |
