KR101408040B1 - Expanded graphite oxide and a method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 층상 구조(layered structure)를 가지며, 상기 층(layer)간에 염료(dye)가 삽입된 팽창산화흑연을 개시한다.The present invention discloses expanded graphite oxide having a layered structure in which a dye is interposed between the layers.

산화흑연(graphite oxide) Graphite oxide

Description

팽창산화흑연 및 그 제조 방법{Expanded graphite oxide and a method for preparing the same}Expanded graphite oxide and a method for preparing same

본 발명은 팽창산화흑연 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산화흑연의 탄소망 평면(graphene) 사이에 염료가 삽입된 팽창산화흑연 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an expanded graphite oxide and a method for producing the same, and more particularly to an expanded graphite graphite having a dye inserted between graphenes of graphite oxide and a method for producing the graphite oxide.

산화흑연(graphite oxide)은 흑연을 진한 질산 또는 진한 황산과 염소산칼륨의 혼합액 중에서 장시간 반응시켜 얻어지는 반응 생성물이다. 산화흑연은 탄소망 평면(grpahene) 사이에 산소 등이 침입하고 결합하여 형성된 층상 구조를 가지는 층상 흑연(layered grphite)이다. 건조된 상태에서 상기 산화흑연의 평면간 거리는 약 0.6nm 이상 이다. 상기 산화흑연은 탄소망 평면 사이에 황산 또는 질산과 같은 휘발성 분자를 삽입한 다음 상기 분자들이 기화될 때의 압력으로 탄소망 평면들 사이의 간격이 팽창될 수 있다. 상기 팽창된 산화흑연은 탄소망 평면들 사이의 간격이 확대되므로, 팽창된 산화흑연의 밀도가 낮아져 수소 흡장 재료, 연료 전지용 세퍼레이터, 캐패시터 등의 전지 재료 용도에 적용될 수 있다.Graphite oxide is a reaction product obtained by reacting graphite for a long time in a mixture of concentrated nitric acid or concentrated sulfuric acid and potassium chlorate. Graphite oxide is a layered graphite having a layered structure formed by penetration of oxygen and the like between the grphenes. The planar distance of the graphite oxide in the dried state is about 0.6 nm or more. The oxidized graphite can be expanded by inserting volatile molecules such as sulfuric acid or nitric acid between the carbon nanotubes and then between the carbon nanotubes by the pressure when the molecules are vaporized. Since the expanded graphite oxide has an increased spacing between the carbon net planes, the density of the expanded graphite oxide is lowered and can be applied to battery material applications such as a hydrogen storage material, a separator for a fuel cell, and a capacitor.

상기 팽창된 산화흑연이 전지 재료로 사용되기 위해서는 흑연 표면에 존재하 는 각종 친수성 관능기(hyrdrophilic functional group)들이 제거되어야 한다. 그러므로, 상기 관능기들을 제거하는 열처리 과정이 요구된다. 그러나, 팽창된 산화흑연이 열처리되면 탄소망 평면들 사이의 간격이 다시 수축된다.In order to use the expanded graphite oxide as a battery material, various hyrdrophilic functional groups present on the graphite surface must be removed. Therefore, a heat treatment process for removing the functional groups is required. However, when the expanded graphite oxide is heat-treated, the space between the carbon net planes contracts again.

층상 구조(layered structure)를 가지며, 상기 층(layer)간에 삽입된 염료(dye)를 포함하는 팽창산화흑연이 제공된다.원료흑연을 산화제로 산화시켜 산화흑연을 준비하는 단계; 및There is provided an expanded graphite oxide having a layered structure and containing a dye intercalated between the layers. The method of manufacturing a graphite sheet according to claim 1, wherein the graphite oxide is oxidized with an oxidizing agent to prepare graphite oxide. And

상기 산화흑연과 염료를 접촉시키는 단계;를 포함하는 팽창산화흑연의 제조 방법이 제공된다.And bringing the dye into contact with the oxidized graphite.

이하에서는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 팽창산화흑연 및 그 제조 방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, expanded oxidized graphite according to a preferred embodiment of the present invention and a method for producing the same will be described in detail.

본 발명의 일 구현예에 따르는 팽창산화흑연은 층상 구조(layered structure)를 가지며, 상기 층(layer)간에 삽입된 염료(dye)를 포함한다. 본 명세서에서 염료(dye) 라는 용어는 염료로 사용되는 유기 화합물, 염료로 사용되는 유기화합물의 금속염 및/또는 이들의 수화물 등을 포함하는 의미이다. 염료는 일반적으로 염색 공정에 수반되는 고온의 열처리 과정에서도 쉽게 분해되거나 기화되지 않으면서 색상을 유지하는 내열성이 강한 화합물이다. 또한, 염료는 일반적으로 분자크기가 벌키(bulky)하다. 따라서, 본원 발명의 팽창산화흑연의 층간에 삽입되는 화합물로서 사용되기에 적합하다. 상기 팽창산화흑연은 층간에 삽입된 내열성 을 가진 염료에 의하여 층간 간격이 확대되며 열처리 후에도 확대된 층간 간격이 감소하지 않는다.The expanded graphite oxide according to an embodiment of the present invention has a layered structure and includes a dye interposed between the layers. The term " dye " is used herein to mean an organic compound used as a dye, a metal salt of an organic compound used as a dye, and / or a hydrate thereof. Dyestuffs are generally highly heat-resistant compounds that maintain their color without being easily decomposed or vaporized during the high-temperature heat treatment that accompanies the dyeing process. Dyes are also generally bulky in molecular size. Therefore, it is suitable to be used as a compound to be intercalated between layers of expanded graphite oxide of the present invention. The expanded graphite oxide has an increased interlayer spacing due to the dye having heat resistance inserted between the layers and does not reduce the enlarged interlayer spacing even after the heat treatment.

본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 상기 염료의 열분해 온도는 200℃ 초과인 것이 바람직하다. 상기 염료의 열분해 온도가 200℃ 이하이면 200℃ 이상의 열처리 온도에서 상기 염료가 분해되어 산화흑연의 층간 간격이 유지되기 어려울 수 있다. 상기 열분해 온도는 열중량분석기(ThermoGravimetric Analysis)를 이용하여 측정하였을 때 질량 변화 기울기의 미분값이 가장 큰 지점의 온도이다.According to another embodiment of the present invention, the thermal decomposition temperature of the dye is preferably higher than 200 ° C. If the thermal decomposition temperature of the dye is 200 ° C or less, the dye may be decomposed at a heat treatment temperature of 200 ° C or more, so that the interlayer spacing of graphite oxide may not be maintained. The pyrolysis temperature is the temperature at which the derivative of the mass change gradient is largest when measured using a thermogravimetric analysis.

본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 염료는 단량체(monomer) 형태로 존재하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 염료가 단일 분자 형태로 존재하는 것이 본 발명의 목적 달성에 적합하다. 그러나, 상기 염료가 올리고머 또는 고분자 형태로 존재하는 것을 배제하는 것은 아니다.According to another embodiment of the present invention, the dye is preferably present in the form of a monomer. That is, it is suitable for achieving the object of the present invention that the dye exists in the form of a single molecule. However, it does not exclude that the dye is present in an oligomer or polymer form.

본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 염료는 바소쿠프로인디술폰산의 다이소듐염 (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt, B1125), 쿠마린 343(Coumarin 343), 메틸렌블루(methylene blue, C16H18ClN3S), 브릴리언트 크레실블루(Brilliant cresyl blue, C17H21ClN4O) 및 루시제닌(bis-N-methylacridinum nitrate) 으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물인 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, the dye is selected from the group consisting of bathocuproinedisulfonic acid disodium salt (B1125), Coumarin 343, methylene blue (C 16 H 18 ClN 3 S) , Brilliant cresyl blue (C 17 H 21 ClN 4 O), and bis-N-methylacridinum nitrate.

상기 팽창산화흑연에 삽입된 염료의 함량은 염료가 삽입된 상태로서의 산화흑연 총 중량의 10 % 내지 80 % 중량%가 바람직하다. 상기 함량 범위가 본원 발명의 목적 달성에 적합하다.The content of the dye inserted in the expanded graphite oxide is preferably 10% to 80% by weight of the total weight of graphite oxide in the state in which the dye is inserted. The content range is suitable for achieving the object of the present invention.

본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 팽창산화흑연의 탄소망 평면(graphene)의 층간 간격(d002)이 0.8nm 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.8 ~ 1.5nm 이다. 그러나, 상기 층간 간격이 반드시 상기 범위로 한정되는 것은 아니며 0.8nm 이상이라면 본원 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다. 상기 팽창산화흑연의 층간 간격이 넓을수록 더 많은 공간이 확보된다.According to another embodiment of the present invention, the interlayer spacing (d 002 ) of the grain network graphene of the expanded graphite oxide is preferably 0.8 nm or more, more preferably 0.8 to 1.5 nm. However, the interlayer spacing is not necessarily limited to the above range, and if it is 0.8 nm or more, the interlayer spacing can be appropriately adjusted within the range of attaining the object of the present invention. The larger the interlayer spacing of the expanded graphite oxide, the more space is secured.

본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 팽창산화흑연의 제조 방법은 원료흑연을 산화제로 산화시켜 산화흑연을 준비하는 단계; 및 상기 산화흑연과 염료를 접촉시키는 단계;를 포함한다. 상기 산화된 흑연과 염료가 접촉하면 연료가 흑연의 탄소망 평면들의 층간에 삽입되어 층간 간격을 확장시킨다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing expanded graphite oxide, comprising the steps of: preparing oxidized graphite by oxidizing raw graphite with an oxidizing agent; And contacting the dye with the oxidized graphite. When the oxidized graphite and the dye are in contact with each other, fuel is inserted between the layers of the carbon nanotube planes of the graphite to expand the interlayer spacing.

본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 접촉은 산화흑연을 염료 용액에 첨가함에 의하여 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 이러한 방법으로 한정되는 것은 아니며 염료가 산화흑연과 접촉할 수 있는 방법으로서 당해 기술 분야에서 사용되는 방법이라면 사용 가능하다. 또한, 상기 산화된 흑연은 pH 9 이상의 염기성 용액에 수분산된 형태로 상기 염료 용액에 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 pH 범위는 9 이상이면 특별히 한정되지 않으나, pH 9~11이 더욱 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, it is preferable that the contact is made by adding graphite oxide to the dye solution, but it is not necessarily limited to such a method, and a method in which a dye can be contacted with graphite oxide, It can be used. Further, it is preferable that the oxidized graphite is added to the dye solution in an aqueous dispersion form in a basic solution having a pH of 9 or more. The pH range is not particularly limited as long as it is 9 or more, but a pH of 9 to 11 is more preferable.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 팽창산화흑연의 제조 방법은 산화흑연과 염료를 접촉시킨 다음에, 상기 염료와 접촉한 흑연을 불활성 분위기에서 열처리하는 단계;를 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 열처리 온도는 200℃ 이하가 바람직하나, 반드시 상기 온도 범위로 한정되지 않으며 필요에 따라 적절한 온도가 사용될 수 있다. 상기 열처리에 소요되는 시간은 2 내지 20시간이 바람직하나 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 적절한 시간 동안 열처리할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, it is preferable that the method further comprises the step of contacting the graphite with the dye and then heat-treating the graphite in contact with the dye in an inert atmosphere. The heat treatment temperature is preferably 200 ° C or lower, but is not necessarily limited to the temperature range, and an appropriate temperature may be used if necessary. The time required for the heat treatment is preferably from 2 to 20 hours, but is not limited thereto, and the heat treatment can be performed for a suitable time as necessary.

본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 염료는 열분해 온도가 200℃ 초과인 것이 바람직하며, 보다 구체적으로 바소쿠프로인디술폰산의 다이소듐염 (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt, B1125), 쿠마린 343(Coumarin 343), 메틸렌블루(methylene blue, C16H18ClN3S), 브릴리언트 크레실블루(Brilliant cresyl blue, C17H21ClN4O) 및 루시제닌(lucigenin, bis-N-methylacridinum nitrate) 으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물인 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, the dye preferably has a pyrolysis temperature higher than 200 ° C, more specifically, a bathocuproinedisulfonic acid disodium salt (B1125), Coumarin 343, Selected from the group consisting of methylene blue (C 16 H 18 ClN 3 S), Brilliant cresyl blue (C 17 H 21 ClN 4 O), and lucigenin (bis-N-methylacridinum nitrate) It is preferably one or more compounds.

상기 원료흑연은 흑연계 물질이라면 특별히 한정되지 않으며 비늘 조각 모양 흑연, 토상 흑연 등의 천연 흑연, HOPG(highly oriented pyrolytic graphite) 등의 인조 흑연 등이 사용될 수 있다.The raw material graphite is not particularly limited as far as it is a graphite based material, and natural graphite such as scaly graphite, earth graphite and artificial graphite such as HOPG (highly oriented pyrolytic graphite) can be used.

상기 산화제는 강산과 산화제의 혼합물이 바람직하다. 상기 강산은 진한 질산, 진한 황산 등이 사용될 수 있으며, 상기 산화제는 과산화수소 또는 염소산염 등이 사용될 수 있다. 구체적으로, 산화제는 산소, 과산화수소, 과망간산칼륨, 중크롬산칼륨, 염소산칼륨(KclO3), 염소산나트륨(NaClO3) 등이 사용될 수 있다.The oxidizing agent is preferably a mixture of a strong acid and an oxidizing agent. The strong acid may be concentrated nitric acid, concentrated sulfuric acid, or the like, and the oxidizing agent may be hydrogen peroxide, chlorate, or the like. Specifically, as the oxidizing agent, oxygen, hydrogen peroxide, potassium permanganate, potassium bichromate, potassium chlorate (KClO 3 ), sodium chlorate (NaClO 3 ) and the like can be used.

이하에서 상기 팽창산화흑연을 제조 방법의 일 구현예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, one embodiment of the method for producing the expanded graphite oxide will be described in more detail.

먼저, 원료흑연과 산화제를 1:1 ~ 1:30의 비율로 혼합한 후 상기 혼합물에 원료흑연 1g 당 강산을 0.02 ~ 100ml 비율로 첨가하고, 상기 혼합액을 수시간 ~ 수십시간 동안 교반한다. 상기 교반된 혼합액에 충분한 양의 증류수를 첨가하여 중화시킨 후 산화흑연을 여과하여 분리한다. 상기 분리된 산화흑연을 pH 10 정도의 NaOH 수용액에 첨가한 후 초음파로 분산시켜 산화흑연 분산액을 준비한다. 한편, 0.01 ~ 50중량%의 염료 용액을 준비한다. 이어서, 상기 산화흑연 분산액과 염료 용액을 혼합한 후 수시간 ~ 수십시간 교반한 다음, 팽창산화흑연을 여과하여 분리한다. 이후, 필요에 따라 상기 팽창산화흑연을 200℃ 이하의 아르곤 분위기에서 수분 ~ 수십시간 열처리한다. 한편, 상기 팽창산화흑연의 제조에 적용되는 각종 실험 조건은 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다.First, raw graphite and an oxidizing agent are mixed at a ratio of 1: 1 to 1:30, then 0.02 to 100 ml of strong acid is added per gram of raw graphite to the mixture, and the mixture is stirred for several hours to several hours. A sufficient amount of distilled water is added to the stirred mixture to neutralize it, and the graphite oxide is separated by filtration. The separated graphite oxide is added to an aqueous NaOH solution having a pH of about 10 and then dispersed by ultrasonic waves to prepare a graphite oxide dispersion. On the other hand, 0.01 to 50% by weight of a dye solution is prepared. Then, the graphite oxide dispersion and the dye solution are mixed and stirred for several hours to several hours, and the expanded graphite oxide is separated by filtration. Thereafter, the expanded graphite oxide is heat-treated for a period of several minutes to several tens of hours in an argon atmosphere at 200 ° C or less, if necessary. On the other hand, various experimental conditions applied to the production of the expanded graphite oxide can be appropriately adjusted as needed.

상기 열처리되고 팽창된 팽창산화흑연은 수소 저장 재료, 세퍼레이터, 캐패시터 등 다양한 전지 재료로 사용될 수 있다.The heat-treated and expanded expanded graphite oxide may be used as various battery materials such as a hydrogen storage material, a separator, and a capacitor.

이하 본 발명의 바람직한 구현예를 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Preferred embodiments of the invention will now be described in more detail by way of example, but these embodiments are for purposes of illustration only and are not to be construed as limiting the scope of protection of the invention.

팽창산화흑연의 제조Manufacture of expanded graphite oxide

비교예 1Comparative Example 1

HOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite)와 NaClO3를 1:8.5의 중량 비율로 혼합하였다. 상기 혼합물에 흑연 1g당 진한 질산(94중량%) 20ml의 비율로 진한 질산을 첨가하고 48시간 동안 교반하였다. 상기 교반된 용액 100ml당 200ml의 증류수를 첨가하여 희석시키고, 이러한 희석 과정을 4회 반복하였다. 상기 희석된 용액을 여과하여 산화흑연을 분리하였다.HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) and NaClO 3 were mixed in a weight ratio of 1: 8.5. To the mixture was added concentrated nitric acid at a ratio of 20 ml of concentrated nitric acid (94% by weight) per gram of graphite, and the mixture was stirred for 48 hours. Dilution was performed by adding 200 ml of distilled water per 100 ml of the stirred solution, and this dilution process was repeated four times. The diluted solution was filtered to separate the oxidized graphite.

비교예 2Comparative Example 2

HOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite)와 NaClO3를 1:8.5의 중량 비율로 혼합하였다. 상기 혼합물에 흑연 1g 당 진한 질산(95중량%) 20ml의 비율로 진한 질산을 첨가하고 24시간 동안 교반하였다. 상기 교반된 용액 100ml 당 200ml의 증류수를 첨가하여 희석시키고, 이러한 희석 과정을 4회 반복하였다. 상기 분리된 산화흑연을 200℃의 아르곤 분위기에서 10 시간 동안 열처리하였다.HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) and NaClO 3 were mixed in a weight ratio of 1: 8.5. To the mixture was added concentrated nitric acid at a ratio of 20 ml of concentrated nitric acid (95% by weight) per gram of graphite, and the mixture was stirred for 24 hours. Dilution was performed by adding 200 ml of distilled water per 100 ml of the stirred solution, and this dilution process was repeated four times. The separated graphite oxide was heat-treated for 10 hours in an argon atmosphere at 200 ° C.

실시예 1Example 1

HOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite)와 NaClO3를 1:8.5의 중량 비율로 혼합하였다. 상기 혼합물에 흑연 1g 당 진한 질산(95중량%) 20ml의 비율로 진한 질산을 첨가하고 24시간 동안 교반하였다. 상기 교반된 용액 100ml 당 200ml 의 증류수를 첨가하여 희석시키고, 이러한 희석 과정을 4회 반복하였다. 상기 희석된 용액을 여과하여 산화흑연을 분리하였다.HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) and NaClO 3 were mixed in a weight ratio of 1: 8.5. To the mixture was added concentrated nitric acid at a ratio of 20 ml of concentrated nitric acid (95% by weight) per gram of graphite, and the mixture was stirred for 24 hours. Dilution was performed by adding 200 ml of distilled water per 100 ml of the stirred solution, and this dilution process was repeated four times. The diluted solution was filtered to separate the oxidized graphite.

증류수 180ml에 상기 분리된 산화흑연 60mg을 첨가하여 분산액을 제조한 후 NaOH 용액을 첨가하여 상기 분산액의 pH를 10으로 조절하였다.60 mg of the separated graphite was added to 180 ml of distilled water to prepare a dispersion, and then the pH of the dispersion was adjusted to 10 by adding NaOH solution.

한편, 증류수에 B1125(바소쿠프로인디술폰산의 다이소듐염, bathocuproinedisulfonic acid disodium salt)을 녹여 0.03중량% B1125 수용액을 준비하였다.On the other hand, B1125 (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt) was dissolved in distilled water to prepare a 0.03 wt% B1125 aqueous solution.

상기 산화흑연 분산액 180ml에 상기 0.03중량% B1125 (바소쿠프로인디술폰산의 다이소듐염, bathocuproinedisulfonic acid disodium salt) 수용액 180ml를 첨가하고 12시간 동안 교반하였다. 상기 교반된 혼합액을 여과하여 팽창산화흑연을 분리하였다.180 ml of the aqueous solution of 0.03% by weight of B1125 (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt) was added to 180 ml of the above-mentioned graphite oxide dispersion, and the mixture was stirred for 12 hours. The stirred mixture was filtered to separate expanded graphite oxide.

실시예Example 2 2

상기 0.03중량% B1125 수용액 대신에 0.03중량% 쿠마린 (Coumarin 343) 수용액을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 팽창산화흑연을 제조하였다.Expanded graphite was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.03 wt% Coumarin 343 aqueous solution was used instead of 0.03 wt% B1125 aqueous solution.

실시예 3Example 3

HOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite)와 NaClO3를 1:8.5의 중량 비율로 혼합하였다. 상기 혼합물에 흑연 1g 당 진한 질산(94중량%) 20ml의 비율로 진한 질산을 첨가하고 24시간 동안 교반하였다. 상기 교반된 용액100ml 당 200ml의 증류수를 첨가하여 희석시키고, 이러한 희석 과정을 4회 반복하였다. 상기 희석된 용액을 여과하여 산화흑연을 분리하였다.HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) and NaClO 3 were mixed in a weight ratio of 1: 8.5. To the mixture was added concentrated nitric acid at a ratio of 20 ml of concentrated nitric acid (94% by weight) per gram of graphite, and the mixture was stirred for 24 hours. Dilution was performed by adding 200 ml of distilled water per 100 ml of the stirred solution, and this dilution process was repeated four times. The diluted solution was filtered to separate the oxidized graphite.

증류수 180ml에 상기 분리된 산화흑연 60mg을 첨가하여 분산액을 제조한 후 NaOH 용액을 첨가하여 상기 분산액의 pH를 10으로 조절하였다.60 mg of the separated graphite was added to 180 ml of distilled water to prepare a dispersion, and then the pH of the dispersion was adjusted to 10 by adding NaOH solution.

한편, 증류수에 B1125(바소쿠프로인디술폰산의 다이소듐염, bathocuproinedisulfonic acid disodium salt)을 녹여 0.03중량% B1125 수용액을 준비하였다.On the other hand, B1125 (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt) was dissolved in distilled water to prepare a 0.03 wt% B1125 aqueous solution.

상기 분산액 180ml에 상기 0.03중량% B1125 (바소쿠프로인디술폰산의 다이소듐염, bathocuproinedisulfonic acid disodium salt) 수용액 180ml를 첨가하고 12시간 동안 교반하였다. 상기 교반된 혼합액을 여과하여 팽창산화흑연을 분리하였다.To 180 ml of the above dispersion was added 180 ml of the aqueous solution of 0.03% by weight of B1125 (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt), and the mixture was stirred for 12 hours. The stirred mixture was filtered to separate expanded graphite oxide.

상기 분리된 산화흑연을 200℃의 아르곤 분위기에서 10 시간 동안 열처리하였다.The separated graphite oxide was heat-treated for 10 hours in an argon atmosphere at 200 ° C.

실시예 4Example 4

상기 0.03중량% B1125 수용액 대신에 0.03중량% 쿠마린 (Coumarin 343) 수용액을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 열처리되고 팽창산화흑연을 제조하였다.The expanded graphite oxide was heat-treated in the same manner as in Example 3 except that 0.03 wt% Coumarin 343 aqueous solution was used in place of the 0.03 wt% aqueous B1125 aqueous solution.

염료의 열분해 온도 측정Measurement of pyrolysis temperature of dye

하기 화학식 1로 표시되는 바소쿠프로인디술폰산의 다이소듐염 (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt, B1125) 및 하기 화학식 2로 표시되는 쿠마린 343(Coumarin 343) 각각에 대하여 열중량분석기(ThermoGravimetric Analysis, TGA)를 사용하여 온도에 따른 중량 변화를 측정하였다. 측정 결과, 열분해가 일어나는 온도는 B1125의 경우에는 471℃ 이었고, Coumarin 343의 경우에는 226℃ 이었다.Thermogravimetric analysis (TGA) was used for each of bathocuproinedisulfonic acid disodium salt (B1125) represented by the following formula (1) and Coumarin 343 represented by the following formula (2) And the change of weight with temperature was measured. As a result, the temperature at which pyrolysis occurred was 471 ° C for B1125 and 226 ° C for Coumarin 343.

<화학식 1> <화학식 2>

Figure 112007092235271-pat00001
Figure 112007092235271-pat00002
&Lt; Formula 1 >< EMI ID =
Figure 112007092235271-pat00001
Figure 112007092235271-pat00002

탄소망 평면(graphene) 사이의 층간 간격 측정Interlayer spacing measurement between annealed planes (graphenes)

상기 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1 ~ 4 에서 얻어진 산화흑연에 대해 X-선 회절 스펙트럼을 측정하여 그 결과를 도 1 및 2에 나타내었다.X-ray diffraction spectra of the graphite oxide obtained in Comparative Examples 1 to 2 and Examples 1 to 4 were measured, and the results are shown in Figs. 1 and 2. Fig.

도1은 열처리되지 않은 비교예 1 및 실시예 1~2의 산화흑연에 대한 X-선 회절 실험 결과이다. 도 1에서 보여지는 바와 같이 비교예1의 산화흑연의 피크에 비해 실시예 1~2의 산화흑연의 피크의 세타(theta, θ)값이 작았다.Fig. 1 shows X-ray diffraction results of graphite oxide of Comparative Example 1 and Examples 1 and 2 which were not heat-treated. As shown in Fig. 1, the values of theta (theta, [theta]) of graphite oxide graphite of Examples 1 and 2 were smaller than those of graphite oxide of Comparative Example 1.

상기 비교예 1 및 실시예 1~2의 세타값으로부터 계산한 층간 간격을 하기 표 1에 나타내었다. 표 1에서 보여지는 바와 같이 실시예 1~2의 층간 간격은 0.8nm 이상이었으나, 비교예 1의 층간 간격은 0.7nm이었다.Table 1 shows the interlayer spacings calculated from the set values of Comparative Example 1 and Examples 1 and 2. As shown in Table 1, the interlayer spacing of Examples 1 and 2 was 0.8 nm or more, but the interlayer spacing of Comparative Example 1 was 0.7 nm.

도 2는 열처리된 과정을 거친 비교예 2 및 실시예 3~4의 산화흑연에 대한 X-선 회절 실험 결과이다. 도 2에서 보여지는 바와 같이 비교예 2의 산화흑연의 피크의 세타값이 도 1의 비교예 1에 비하여 증가하였다. 이에 반해, 실시예 3~4의 산화흑연 피크의 세타값은 도 1의 실시예 1~2 에 비하여 감소하였다.FIG. 2 shows X-ray diffraction results of graphite oxide of Comparative Example 2 and Examples 3 and 4 which have been heat-treated. As shown in FIG. 2, the setta value of the peak of graphite oxide of Comparative Example 2 was increased as compared with Comparative Example 1 of FIG. On the other hand, the theta value of the oxidized graphite peaks in Examples 3 to 4 was smaller than those in Examples 1 and 2 in Fig.

상기 세타값으로부터 계산한 층간 간격을 하기 표 1에 나타내었다. 표 1에서 보여지는 바와 같이 실시예 3~4의 층간 간격은 1.1nm 이었으나 비교예 2의 층간 간격은 0.6nm 이었다.Table 1 shows the interlayer spacing calculated from the theta value. As shown in Table 1, the interlayer spacing of Examples 3 to 4 was 1.1 nm, but the interlayer spacing of Comparative Example 2 was 0.6 nm.

<표 1><Table 1>

결정면간 간격(d002)[nm]Interplanar spacing (d 002 ) [nm] 비교예 1Comparative Example 1 0.70.7 비교예 2Comparative Example 2 0.60.6 실시예 1Example 1 0.850.85 실시예 2Example 2 0.830.83 실시예 3Example 3 1.11.1 실시예 4Example 4 1.11.1

상기 표 1에 나타난 바와 같이 염료가 삽입되지 않은 종래의 산화흑연은 층간 간격이 0.7nm(비교예 1) 이고, 열처리 후에 상기 간격이 0,6nm(비교예 2)로 감소하였다.As shown in Table 1, the conventional graphite oxide having no dye inserted therein had an interlayer spacing of 0.7 nm (Comparative Example 1), and the spacing after heat treatment was reduced to 0,6 nm (Comparative Example 2).

염료가 삽입된 본원 발명의 산화흑연은 층간 간격이 0.8nm 이상(실시예 1 및 2)이고, 열처리 후에 상기 간격이 1.1nm (실시예 3 및 4)로 증가하였다.The graphite oxide of the present invention having the dye incorporated therein has an interlayer spacing of 0.8 nm or more (Examples 1 and 2), and after the heat treatment, the spacing increased to 1.1 nm (Examples 3 and 4).

도 1은 본 발명의 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 산화흑연에 대한 X-선 회절 스펙트럼이다.1 is an X-ray diffraction spectrum of graphite oxide produced in Comparative Example 1, Example 1 and Example 2 of the present invention.

도 2는 본 발명의 비교예 2, 실시예 3 및 실시예 4에서 제조된 산화흑연에 대한 X-선 회절 스펙트럼이다.2 is an X-ray diffraction spectrum of graphite oxide produced in Comparative Example 2, Example 3 and Example 4 of the present invention.

Claims (12)

층상 구조(layered structure)를 가지며, 상기 층(layer)간에 염료(dye)가 삽입된 팽창산화흑연.Expanded graphite having a layered structure and dye interposed between the layers. 제 1 항에 있어서, 상기 염료의 열분해 온도가 200℃ 초과인 것을 특징으로 하는 팽창산화흑연.The expanded graphite according to claim 1, wherein the dye has a pyrolysis temperature of more than 200 ° C. 제 1 항에 있어서, 상기 염료가 단량체(monomer) 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 팽창산화흑연.The expanded graphite according to claim 1, wherein the dye is present in the form of a monomer. 제 1 항에 있어서, 상기 염료가 바소쿠프로인디술폰산의 다이소듐염 (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt, B1125), 쿠마린 343(Coumarin 343), 메틸렌블루(methylene blue, C16H18ClN3S), 브릴리언트 크레실블루(Brilliant cresyl blue, C17H21ClN4O) 및 루시제닌(bis-N-methylacridinum nitrate)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 팽창산화흑연.The method of claim 1 wherein the disodium salt of the indicator acid wherein the dye in Lancet COOP (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt, B1125), coumarin 343 (Coumarin 343), methylene blue (methylene blue, C 16 H 18 ClN 3 S), brilliant Characterized in that the graphite is at least one compound selected from the group consisting of Brilliant cresyl blue (C 17 H 21 ClN 4 O) and bis-N-methylacridinum nitrate. 제 1 항에 있어서, 상기 팽창산화흑연의 층간 간격(d002)이 0.8nm 이상인 것을 특징으로 하는 팽창산화흑연.The expanded graphite oxide according to claim 1, wherein the interlayer spacing (d 002 ) of the expanded graphite oxide is 0.8 nm or more. 제 1 항에 있어서, 상기 팽창산화흑연의 층간 간격(d002)이 0.8 ~ 1.5nm 인 것을 특징으로 하는 팽창산화흑연.The expanded graphite oxide according to claim 1, wherein the interlayer spacing (d 002 ) of the expanded graphite oxide is 0.8 to 1.5 nm. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 팽창산화흑연의 제조방법으로서,A process for producing expanded graphite oxide according to any one of claims 1 to 6, 원료흑연을 산화제로 산화시켜 산화흑연을 준비하는 단계; 및Oxidizing raw graphite with an oxidizing agent to prepare graphite oxide; And 상기 산화흑연과 염료(Dye)를 접촉시키는 단계;를 포함하는 팽창산화흑연의 제조 방법.And contacting the oxidized graphite with a dye (Dye). 제 7 항에 있어서, 상기 접촉이 산화흑연을 염료 용액에 첨가함에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팽창산화흑연의 제조 방법.8. The process for producing expanded graphite oxide according to claim 7, wherein the contact is made by adding graphite oxide to the dye solution. 제 8 항에 있어서, 상기 산화흑연이 pH 9 이상의 염기성 용액에 수분산된 형태로 상기 염료 용액에 첨가되는 것을 특징으로 하는 팽창산화흑연의 제조 방법.The process for producing expanded graphite oxide according to claim 8, wherein the graphite oxide is added to the dye solution in a form of water-dispersed in a basic solution having a pH of 9 or more. 제 7 항에 있어서, 상기 염료와 접촉된 흑연을 불활성 분위기에서 열처리하는 단계;를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창산화흑연의 제조 방법.8. The method of claim 7, further comprising the step of heat treating the graphite in contact with the dye in an inert atmosphere. 제 7 항에 있어서, 상기 염료의 열분해 온도가 200℃ 초과인 것을 특징으로 하는 팽창산화흑연의 제조 방법.8. The process for producing expanded graphite oxide according to claim 7, wherein the thermal decomposition temperature of the dye is higher than 200 deg. 제 7 항에 있어서, 상기 염료가 바소쿠프로인디술폰산의 다이소듐염 (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt, B1125), 쿠마린 343(Coumarin 343), 메틸렌블루(methylene blue, C16H18ClN3S), 브릴리언트 크레실블루(Brilliant cresyl blue, C17H21ClN4O) 및 루시제닌(bis-N-methylacridinum nitrate) 으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 팽창산화흑연의 제조 방법.The method of claim 7, wherein the disodium salt of the indicator acid wherein the dye in Lancet COOP (bathocuproinedisulfonic acid disodium salt, B1125), coumarin 343 (Coumarin 343), methylene blue (methylene blue, C 16 H 18 ClN 3 S), brilliant Wherein the at least one compound is at least one compound selected from the group consisting of Brilliant cresyl blue (C 17 H 21 ClN 4 O) and bis-N-methylacridinum nitrate.
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