피리딘-물 착화합물을 포함한 아미노 치환 피리딘-물 착화합물의 수소결합 상호작용에너지를 조사하기 위하여 Density Functional Theory(DFT) 계산을 수행하였다. 아울러 피리딘 및 아미노 치환 피리딘 분자들의 몇가지 평형구조의 성질을 B3LYP/aug-cc-pVDZ 수준에서 구하였다. 그 결과 피리딘의 아미노 치환은 피리딘의 양성자 친화도를 증가시키고 수소결합을 안정화시킴을 알았다. 물과의 착화합물 형성에 따른 안정화 정도는 아미노기의 수와 치환 위치에 따라 변하였다.
본 연구에서는 연속흐름 주입법에 의한 공침농축과 수소화물발생을 결합하여 유도결합 플라즈마 원자방출분광법에서 비소 이온을 고감도로 분석할 수 있는 방법을 개발하고 산화수에 따라 $As^{3+}와\;As^{5+}$를 분리하여 분석하였다. 미량의 비소시료는 In 공침제와 함께 공침되고 필터에 걸러진 후, 강산을 침전용해제로 사용하여 용리시켰다. 용리된 비소는 수소화물 발생장치에 들어가고 환원제와 혼합된 후 수소화물이 되어 ICP로 주입된다. 현재의 연속적 공침 농축-수소화물 발생법은 ICP를 단독으로 사용했을 때 보다 약 70배 정도의 감도를 높일 수 있었고, 이것은 공침농축이나 수소화물 발생법을 단독으로 사용한 것보다 각기 7배 및 10배 정도 높았다. 이것은 부피 0.3 mL의 1.0 ppm 용액에 대한 결과이며 만일 시료부피를 증가시킨다면 감도는 더욱 개선될 것이다. 시료의 측정횟수는 10 회/hr 이며 검출한계는 0.020 ${\mu}g\;L^{-1}(3{\sigma})$이고 정밀도는 7-10%이다. 또한, 시트르산을 이용하여 비소의 화학종간의 수소화물 발생의 차이를 만들어 시료내의 $As^{3+}\;와\;As^{5+}$ 이온을 분리정량해 낼 수 있었다.
알킬알코올의 OH 신축진동 영역에서의 적외선 스펙트라를 $CCl_4$용액내에서 농도를 변화시켜가면서 얻었다. OH신축진동 흡수띠는 수소결합의 형성으로 넓게 낮은 파수영역으로 이동된다. 이러한 띠들을 simplex법을 이용한 컴퓨터프로그램으로 분해하여 3개의 띠를 얻었으며, 각 띠들을 여러가지 형태로 수소결합을 하고 있는 OH기로 구분하였다. 또한 dimer혹은 trimer로 수소결합하고 있는 알코올구조들의 전자구조와 상호작용 에너지를 반경험적 분자궤도 함수법(CNDO/2, INDO)으로 계산하였다. 이들 계산결과는 분해된 적외선 스펙트라의 결과와 잘 일치하였다. 수소결합 형성에 대한 알킬기의 전자구조 효과는 부틸>프로필>에틸>메틸기의 순이었으나, 실험결과에서는 프로필>에틸>부틸>메틸기의 순으로 나타났다. 이것은 부탄올의 벌키성때문인 것으로 생각한다. 제외하고는 모두 증가하였다. 제올라이트에 있는 양이온을 떼어내는데 필요한 에너지는 $H^+\;>\;Li^+\;>\;Na^+$의 순이었으며, 이것은 제올라이트의 골격으로부터 양이온으로 이동되는 전하의 양과 관계가 있다.
고에너지 화합물의 수소결합 현상을 연구하기 위하여 nitromethane 단량체 (monomer)와 이합체 (dimer)에 대하여 Gaussian-98 프로그램을 사용하여 restricted BLYP/6-311++G(d,p), B3LYP/6-311++G(d,p), MP2/6-311++G 계산을 수행하였다 . 이러한 이론적 연구를 통하여 nitromethane 단량체 및 이합체의 구조와 수소결합 및 진동스펙트럼을 구하였다 . 본 연구의 결과 nitromethane 상온에서 분자 간에 두 개의 수소결합을 이루며 이합체를 형성하는 것이 유리하고 , 이 이합체는 단량체보다 BLYP, B3LYP, MP2 level 계산에서 각각 약 15.2, 19.4, 32.6 kJ/mol 만큼 안정화됨을 알 수 있었다.
일차원 수소결합형 배위고분자 $[Cu^{II}(C_{13}H_{17}N_3OBr)(C_8H_5O_4)]{\cdot}2H_2O.CH_3OH$을 합성하여 단결정 X-선 회절 연구로 특성을 규명하였다. 단량체 단위는 사각평면의 중심 $Cu^{II}$를 갖고 있다. 네개의 배위자리 중 세자리는 $N_2O$-주개 세트를 갖는 Schiff 염기형 리간드 (4-bromo-2-[(2-piperazin-1-yl-ethylimino)-methyl]-phenol)가 차지하고, 네 번째 자리는 옆에 있는 테레프탈레이트 단위의 산소 원자가 차지한다. 두개의 인접한 중성분자는 분자간 N-H---O 및 O-H---N 수소결합에 의해 연결되어 이합체 쌍을 형성한다. 각 이합체 쌍은 불연속적인 물 및 메탄올 분자에 의해 수소결합으로 다시 연결되어 일차원 초분자 네트워크를 형성한다.
가스 하이드레이트는 낮은 온도와 높은 압력에서 물과 천연가스 분자가 물리적으로 안정한 결합을 하고 있는 결정질의 화합물이다. 현재 130개 이상의 가스분자들이 물분자와 결합하여서 Clathrate 하이드레이트를 형성하는 것으로 보고 되어 있다. 수소의 경우 하이드레이트를 형성하기 위해서 약 200MPa 이상의 높은 압력이 필요하다. TBAB는 semi-clathrate 하이드레이트를 형성하는 첨가제로 알려져 있으며 수소 하이드레이트의 형성 압력을 완화시키기 위한 촉진제로서 많은 연구가 수행되고 있다. Wataru Shimada는 XRD 패턴을 사용하여 semi-clathrate 하이드레이트의 특수한 결정 모델을 분석하였다. 이 모델의 경우, 대기압 하에서 TBAB와 물분자의 화학 양론적 비를 1:38로 제시하였다. 이는 처음으로 TBAB 하이드레이트 결정구조를 밝혀냈지만, 분자 동역학적 부문에서는 그 데이터가 정확히 정의 되지 않았다. 본 연구는 Wataru Shimada 모델을 수소 TBAB 하이드레이이트의 분자 동역학 연구에 적용시켰으며, 실험에서 나온 데이터를 바탕으로 RDF(Radial Distribution Function)와 MSD(Mean Square Displacement)를 측정했다.
다양한 In/Si (111) 표면에 PTCDA분자를 흡착하여 일어나는 현상에 대해 STM을 이용하여 실험하였다. PTCDA분자가 $\sqrt{31}{\times}\sqrt{31}$ 표면에서는 강한 표면-분자 상호작용 때문에 배열되지 않고 고립된 분자로 흡착되며 $\sqrt{7}{\times}\sqrt{3}$-hex표면에서는 표면-분자 상호작용이 약하여 분자와 분자 사이의 상호작용으로 수소결합을 통한 2차원 herringbone 구조를 형성한다. 하지만 $4{\times}1$ 표면에서는 수소결합 없이 준 1차원 배열을 형성하며 지금까지 연구된 다른 모든 표면에서 수소결합에 의하여 분자배열을 이루는 것과 대조된다. 이는 $4{\times}1$ 표면에서 표면-분자 사이의 상호작용에 의해 분자배열이 결정되기 때문이다. 또한, Si (111)$-7{\times}7$면 위에 서로 다른 덮힘양의 In 원자를 포함하는$\sqrt{3}{\times}\sqrt{3}$, $2{\times}2$, 그리고 $\sqrt{7}{\times}\sqrt{3}$-hex상이 같이 있는 표면에 PTCDA분자를 흡착할 경우, PTCDA분자의 흡착이 In층 안에서 In 원자를 이동시키면서 국소적으로 in의 덮힘양이 많은 상으로 변화시키는 것을 관찰하였다. PTCDA분자가 In원자를 이동시키는 이유는 상대적으로 약한 In층과의 결합보다는 더 강한 Si (111)표면과의 결합을 위한 것으로 해석된다.
환경에서 삼중수소는 주로 HTO 형태로 존재하며, 이동성이 크므로 대기권으로 쉽게 증발한 후 광합성작용을 거쳐 식물의 영양분과 결합한 다음 먹이연쇄 과정을 통하여 최종적으로 사람에게까지 전달된다. 조직결합수(OBT)는 인체 내에서 장시간 체류할 수 있으므로 피폭선량 측면에서 지금까지 주로 고려되어진 조직자유수(TFWT)와는 다르게 인식되어야 한다. 육상생태계 내에서 OBT는 식물의 광합성 작용에 의해 주로 생성되지만 다양한 환경매체의 영향을 받기 때문에 생성량을 예측하기는 매우 어렵다. 특히 생체 내에서 결합형태에 따라 교환성 삼중수소와 비교환성 삼중수소로 구분된다. 우리나라 주요 곡류의 하나인 벼의 어린시기와 잔디에 인위적으로 HTO에 피폭시킨 후 조직결합수의 생성율을 비교하였다.
수소연료전지차(fuel cell electric vehicle)는 가솔린 내연기관 대신 수소와 공기 중의 산소 결합으로 전기를 자체 생산하는 연료전지를 동력원으로 하는 자동차이다. 엔진이 없기 때문에 배기가스 및 오염물질을 배출하지 않아 세계적으로 점점 강화되고 있는 환경규제에 대응하기 위한 친환경 자동차로 부각되고 있다. 미국, 유럽, 일본 등 주요 선진국들은 수소연료전지차 보급을 앞당기기 위해 기술 개발을 지원하고 있고 수소연료전지차 실증 사업 및 프로젝트를 추진하고 있으며, 수소충전소 인프라 확충 및 관련 제도의 정비에 박차를 가하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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