고압 환경에서 규산염 용융체의 원자 구조에 대한 정보는 지구 내부 마그마의 열전도율이나 주변 암석과의 원소 분배계수와 같은 이동 물성을 이해하는 단서를 제공한다. 규소의 전자 구조는 규산염 다면체 주 변의 산소 원자 분포와 연관성을 가질 것으로 예상되나, 이 사이의 상관관계가 명확하게 밝혀져 있지 않다. 본 연구는 SiO2의 고밀도화에 따른 규소의 전자 구조 변화의 미시적인 기원을 규명하기 위해 SiO2 동질이상 의 규소 부분 상태 밀도와 L3-edge X-선 흡수분광분석(X-ray absorption spectroscopy; XAS) 스펙트럼을 계산 하였다. 규소의 전도 띠 영역에서 전자 구조는 결정 구조에 따라서 변화하였다. 특히 d-오비탈은 108, 130 eV 영역에서 배위 환경에 따른 뚜렷한 차이를 보였다. 계산된 XAS 스펙트럼은 규소 전도 띠의 s,d-오비탈에서 기인하는 피크를 보였으며, 결정 구조에 따라 s,d-오비탈과 유사한 양상으로 변화했다. 계산된 석영의 XAS 스펙트럼은 SiO2 유리의 X R S 실험 결과와 유사하였으며 규소 주변 원자 환경이 비슷하기 때문으로 생각된 다. XAS 스펙트럼을 수치화한 무게 중심 값은 Si-O 결합 거리와 밀접한 상관관계를 가지며 이로 인하여 고 밀도화 과정에서 체계적으로 변화한다. 본 연구의 결과는 Si-O 결합 거리에 민감한 규소 L2,3-edge XRS가 규 산염 유리 및 용융체의 고밀도화 기작을 규명하는 과정에서 유용하게 적용될 수 있음을 지시한다.

The influence of different amount of SiO2 powder on the mechanical properties of cement-quartz composite cementitious material was discussed through the measurement of the compressive strength of the paste with the water/binder ratio of 0.5 and 0.2 where the SiO2 powder with different proportion to replace the Portland cement(PC). The compressive strength test shows that adding SiO2 powder to the concrete with low water-binder ratio can reduce the use of cement.

SiO2는 지각과 맨틀을 구성하는 풍부한 물질로 고압 상태의 SiO2 원자구조를 결정짓는 전자구 조적 특성에 대한 상세한 이해는 지구 내부의 탄성과 열역학적 성질에 대한 통찰을 제공한다. SiO2처 럼 경원소(low-z)로 이루어진 지구 물질의 고압상 전자구조는 in situ 고압 XRS (x-ray Raman scattering) 실험을 통해 연구되어 왔다. 하지만 기존의 고압 실험 방법으로는 물질의 국소 원자구조와 XRS 스펙트럼 간 상관관계를 밝히는데 한계가 있다. 이를 극복하고 더 높은 압력에서 존재하는 SiO2 에 대한 XRS 정보를 얻기 위해 밀도 범함수 이론(density functional theory; DFT)에 기반을 둔 제1원 리(ab initio) 계산법을 이용한 XRS 스펙트럼 계산 연구들이 진행되고 있다. 비탄성 X-선 산란에 의하 여 원자핵 주변 1s 오비탈에 만들어지는 전자-정공(core-hole)은 경원소 물질의 국소 전자구조에 크게 영향을 미치기 때문에 O K-edge XRS 스펙트럼 형태를 계산할 때 중요하게 고려해야 한다. 본 연구에서는 온-퍼텐셜 선형보충파(full-potential linearized augmented plane wave; FP-LAPW) 방법 론에 기반하는 WIEN2k 프로그램을 사용하여 α-quartz, α-cristobalite 그리고 CaCl2-구조를 갖는 SiO2 에 대한 O 원자 전자 오비탈의 부분 상태밀도(partial density of states; PDOS)와 O K-edge XRS 스펙 트럼을 계산하였다. 또한, CaCl2-구조를 갖는 SiO2의 O 원자 PDOS의 전자-정공 효과의 적용 여부에 따른 차이를 비교하여, 원자핵 부근 전자구조 변화에 따른 PDOS의 피크 세기와 위치 변화가 크게 나 타났다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한 계산된 각 SiO2 구조의 O K-edge XRS 스펙트럼이 각 SiO2 구조에서 계산된 O 원자의 p* 오비탈의 PDOS 결과와 매우 유사한 형태를 갖고 있음을 확인하였다. 이는 O K-edge XRS 스펙트럼이 갖는 대부분의 특징적인 피크들이 O 원자의 점유 1s 오비탈에서 2p* 오비탈로의 전자전이에 기인하기 때문이다. 본 연구의 결과는 SiO2에 대한 정확한 O K-edge XRS 스 펙트럼을 계산하는데 있어 전자-정공 효과를 고려해야 한다는 사실을 보여준다. 또한, 실험적으로는 재현이 어려운 고압 환경에 존재하는 CaCl2-구조를 갖는 SiO2 (~63 GPa)에 대한 O K-edge XRS 스펙 트럼 계산을 통해, 제1원리 계산이 고압상 물질의 물성 연구에 이용될 수 있다는 사실을 보여준다.

나노기술은 현재 세계적으로 재료, 에너지, 화학, 바이오 등 각종분야에 적용되는 첨단 과학기술로 발전하고 있고 폭넓은 활용성과 경제적, 사회적 변화와 발전에 대한 기대감으로 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 나노기술의 발전과 다양한 활용을 통해 나노제품이 증가함에 따라 나노물질의 생활환경 및 자연계, 인체로의 노출이 빈번해졌다. 최근 나노물질과 나노제품에 대한 보건 및 환경에 대한 위해성 문제가 꾸준히 제기되거나 소각, 폐수처리 시 나노물질이 완전히 제거되지않고 환경으로 배출되는 등 예상치 못한 부정적 영향이 제기됨에 따라 나노물질 및 나노물질이 함유된 폐기물에 대한 안전관리 방안 마련이 필요하게 되었다. 또한 최근에는 나노물질 자체의 위해성 문제와 함께 나노물질의 생산, 사용, 유통 과정과 나노제품을 사용하는 과정에서 발생되는 나노물질 함유 폐기물에 대한 관심이 증가하였다. 따라서 본 연구는 국내 나노물질 함유 폐기물의 발생 및 배출특성을 파악하고 조사된 국내 나노물질 유통량 현황자료를 바탕으로 조사대상 나노물질 중 SiO2 선정하였다. 국내 산업 업종별 SiO2 함유 가능성이 있는 폐기물을 발생하는 업체를 선정하고 총 12개의 시료를 채취하였다. 채취된 시료는 폐기물 공정시험기준, 토양오염 공정시험기준에 따라 유해물질의 용출 및 함량 분석을 하였고 XRD, XRF를 아용한 화학물질의 함량을 분석하였다. 또한 입도분석 및 전자현미경(TEM) 분석을 통해 나노물질 함유 폐기물이 일반폐기물과 다른 특성을 조사하였다.

In the previous result, the flexural strength of geopolymer prepared was affected by the evaporation of water content or the shrinkage rate in the curing process of specimen. We investigated the effect of SiO2/H2O ratio on the physical property of geopolymer prepared in this research. The specimen of geopolymer tile was made from mine tailing and melting slag. The maximum flexural strength was obtained at SiO2/H2O ratio of 0.21 under our experimental condition. And the lowest was obtained at SiO2/H2O 0.41. EDS analysis was acted to elucidate this cause. According to the results, it was due to the extent of geopolymerization at the inside and outside of specimen.

The present work has been devoted to the catalytic reduction of N2O by H2 with Pt/SiO2 catalysts at very low temperatures, such as 110oC, and their nanoparticle sizes have been determined by using H2-N2O titration, X-ray diffraction(XRD) and high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM) measurements. A sample of 1.72% Pt/SiO2, which had been prepared by an ion exchange method, consisted of almost atomic levels of Pt nanoparticles with 1.16 nm that are very consistent with the HRTEM measurements, while a Pt/SiO2 catalyst possessing the same Pt amount via an incipient wetness technique did 13.5 nm particles as determined by the XRD measurements. These two catalysts showed a noticeable difference in the on-stream deN2O activity maintenance profiles at 110℃. This discrepancy was associated with the nanoparticle sizes, i.e., the Pt/SiO2 catalyst with the smaller particle size was much more active for the N2O reduction. When repeated measurements of the N2O reduction with the 1.16 nm Pt catalyst at 110oC were allowed, the catalyst deactivation occurred, depending somewhat on regeneration excursions.

지구물질의 거시적 성질로부터 지구시스템 진화의 실마리를 찾을 수 있으며, 이런 거시적인 물성은 지구물질의 원자구조에 의하여 결정되기 때문에 지구물질의 원자구조(즉, 전자구조)를 파악하는 것은 지구시스템의 현상의 이해에 매우 중요하다. 지구내부의 잘 알려지지 않은 물질들의 원자구조를 규명하기 위하여 최근에는 범밀도함수 이론에 기반한 양자계산이 이용되고 있다. 본 연구에서는 온-포텐셜 선형화 보충 평면파가 이용된 양자계산을 통해 저온석영과 스티쇼바이트에 대한 산소원자 K-전자껍질 에너지-손실 흡수끝-부근 구조(energy-loss near-edge structure; ELNES) 스펙트럼과 각 전자 오비탈에 대한 국소상태밀도(partial local density of states; PLDOS)를 계산하였다. 산소원자 K-전자껍질 ELNES 스펙트럼은 저온석영과 스티쇼바이트의 결정구조에 따라서, 저온석영에서는 ~538 eV에서 세기가 강한 피크가 나타나고 스티쇼바이트에서는 ~537과 ~543 eV에 강한 피크가 나타난다. 이와 같은 결정구조에 따른 산소원자 K-전자껍질 ELNES 스펙트럼의 차이는 지구내부 다양한 결정질과 비결정질 규산염 물질의 산소원자 주변의 환경을 파악하는 중요한 지표로 이용될 수 있다.

Photocatalytic degradation of phenol was carried out with UV-illuminated TiO2- SiO2 in aqueous suspension. TiO2-SiO2 catalysts were prepared by sol-gel method from the titanium isopropoxide and tetraethylorthosilicate at different Ti/Si ratio and some commercial TiO2 catalysts were used as purchased. All catalysts were characterized by X-ray Diffraction(XRD) and BET surface area analyzer. The effect of reaction conditions, such as initial concentration of phenol, reaction temperature and catalyst weight on the photocatalytic activity was studied. In addition, TiO2-SiO2(49:1) prepared by sol-gel method showed higher activity than commercial TiO2 catalysts on the photocatalytic degradation of phenol. The addition of SiO2 into TiO2 hepled to increase the thermal stability of titania which suppressed the formation of anatase into rutile. The photocatalytic degradation of phenol showed pseudo-1st order reaction and the degradation rate increases with decreasing initial phenol concentration.

열수변질작용동안에 수반되는 광물간의 열역학적인 반응관계를 통해 325˚C와 1바에서 광물의 상 안정다이아그램을 작성하였다. 홍주석과 공생관계에 있는 일라이트를 백운모와 엽납석 두가지로 이루어지는 이성분계의 이상적 혼합모델을 가정하여, 화학분석차로부터 생성자유에너지를 계산하였다. 구조화학식이 K0.86Al2.93Si3.03O10(OH)2인 일라이트의 생성작유에너지는 위 조건에서 -1147.727 kcal/mole이다. 일라이트의 안정영역은 이상적 백운모 단성분보다는 훨씬 좁게 나타나며, 시리카의 활동도가 백운모보다는 낮다. 일라이트는 엽납석이 분해되는 동안에 홍주석이 수화되어 형성된 것으로 홍주석의 가장자리나 균열을 따라 일라이트의 형성이 우세하게 일어났다.