KR101485857B1 - 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 환원된 그래핀 옥사이드 - Google Patents

환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 환원된 그래핀 옥사이드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그래핀 옥사이드 분산용액을 제조하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 제조된 분산용액만을 환류시키는 단계(단계 2);를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법은 환원제를 사용하지 않기 때문에 친환경적이고, 경제적인 효과가 있다. 또한, 환원제를 사용하지 않기 때문에, 환원제에 포함되어 있는 질소(N) 또는 붕소(B) 등과 같은 다양한 헤테로 원자들이 그래핀 구조 내에 불순물로 존재하여 그래핀의 특성을 변화시키는 문제가 없는 효과가 있다. 또한, 탄소/산소 원자비가 2.4 내지 7.5인 환원된 그래핀 옥사이드를 제공하며, 환류 시간을 통해 탄소/산소 원자비를 조절할 수 있기 때문에 각 분야에서 그래핀에 존재하는 산소의 양이 미치는 영향에 대한 연구를 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 환원된 그래핀 옥사이드{Preparation method of reduced graphene oxide and the reduced graphene oxide thereby}
본 발명은 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 환원된 그래핀 옥사이드에 관한 것으로, 상세하게는 환원제 없이 환류를 통해 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법에 관한 것이다.
흑연(graphite)은 대표적인 층상 구조를 가지는 물질로서, 탄소 원자가 6 각형 모양으로 연결된 판상의 2 차원 그래핀(graphene)이 적층되어 있는 구조이다. 그래핀은 탄소 원자 3 개가 sp2 혼성 오비탈 결합으로 결합되어 이루어진 대표적인 단일 평판 시트로, 6 각형 결정 격자에 집적된 형태이다.
흑연에 있어서, 각 층을 이루는 그래핀 내의 탄소 원자 간 결합은 공유 결합으로 매우 강하지만, 그래핀과 그래핀 간의 결합은 반데르발스 결합으로서 상기한 공유 결합에 비하여 매우 미약하다. 그래핀은 흑연의 한 층, 즉 흑연의 (0001)면 단층을 말하는데, 흑연에 있어서 그래핀과 그래핀 간의 결합이 상기한 바와 같이 미약하므로 두께가 약 4 옹스트롱으로 매우 얇은 이차원 구조를 가지는 그래핀이 존재할 수 있다.
이러한 그래핀에서는 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성이 발견되었다. 가장 주목할 특징으로는 그래핀에서 전자가 이동할 경우 마치 전자의 질량이 제로(0)인 것처럼 흐른다는 것이며, 이는 전자가 진공 중의 빛이 이동하는 속도, 즉 광속으로 흐른다는 것을 의미한다. 또한 이러한 그래핀은 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantum hall effect)를 갖는 특징이 있다.
또한, 현재까지 알려진 상기 그래핀의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000 cm2/Vs의 높은 값을 가진다고 알려져 있다. 무엇보다도 상기 그래핀과 비슷한 계열인 탄소 나노 튜브의 경우, 합성 후 정제를 거치는 경우 수율이 매우 낮기 때문에 값싼 재료를 이용하여 합성을 하더라도 최종 제품의 가격은 비싼 반면, 흑연은 매우 싸다는 장점이 있으며, 단일벽 탄소 나노 튜브의 경우 그 키랄성 및 직경에 따라 금속, 반도체 특성이 달라질 뿐만이 아니라, 동일한 반도체 특성을 가지더라도 밴드갭이 모두 다르다는 특징을 가지므로, 주어진 단일벽 탄소 나노 튜브로부터 특정 반도체 성질 또는 금속성 성질을 이용하기 위해서는 각 단일벽 탄소 나노 튜브를 모두 분리해야 될 필요가 있으며, 이는 매우 어렵다고 알려져 있다.
반면, 그래핀의 경우, 주어진 두께의 그래핀의 결정 방향성에 따라서 전기적 특성이 변화하므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있으므로 소자를 쉽게 디자인할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 그래핀의 특징은 향후 탄소계 전기 소자 또는 탄소계 전자기 소자 등에 매우 효과적으로 이용될 수 있다.
이때, 그래핀을 제조하는 방법은 크게 기계적 박리법, SiC 결정 열분해법, 박리-재삽입-팽창법, 화학 증기 증착법, 에피텍시 합성법 및 화학적 박리법 등이 있다.
기계적 박리법은 스카치 테이프의 접착력을 이용한 것으로서, 흑연 시료에 셀로판 테이프를 붙인 다음 셀로판 테이프를 떼어내면 셀로판 테이프 표면에 흑연으로부터 떨어져 나온 단층 그래핀이 붙어 있어 이를 수집하는 방식이다. 그러나, 이러한 기계적 박리법의 경우, 떨어져 나온 그래핀은 그 모양이 종이가 찢어진 형상으로 일정하지 않고, 그 크기가 마이크로 미터 수준에 불과하여 대면적의 그래핀을 얻는 것이 불가능하고, 최종 수율이 극히 낮아서 많은 시료가 필요한 연구에 적합하지 못하다는 문제가 있다.
SiC 결정 열분해법은 SiC 단결정을 가열하게 되면, 표면의 SiC가 분해되어 Si는 제거되고 남아 있는 카본(C)에 의해 그래핀이 생성되는 원리를 이용한 방법이다. 그러나, 이와 같은 열분해 방법의 경우, 출발 물질로 사용하는 SiC 단결정이 매우 고가이며, 그래핀을 대면적으로 얻기가 매우 어렵다는 문제가 있다.
박리-재삽입-팽창법은 흑연에 발연 황산을 삽입시킨 후 매우 높은 온도의 로(furnace)에 넣으면, 황산이 팽창하면서 그 가스에 의해 흑연이 팽창되고 이를 TBA와 같은 계면활성제에 분산시켜 그래핀을 제조하는 방법이다. 이러한 박리-재삽입-팽창법도 실제 그래핀 수율이 매우 낮으며 사용된 계면활성제로 인해 층간 접촉 저항이 커서 만족할만한 전기적 특성을 내지 못하고 있다.
화학 증기 증착법은 고온에서 탄소와 카바이드 합금을 잘 형성하거나 탄소를 잘 흡착하는 전이 금속을 촉매층으로 이용하여 그래핀을 합성하는 방법이다. 이 방법은 공정이 까다롭고 중금속 촉매를 사용하고 있으며 대량 생산에는 많은 제한이 따르고 있다.
에피텍시 합성법은 고온에서 결정에 흡착되어 있거나 포함되어 있던 탄소가 기판 표면의 결을 따라 그래핀으로 성장되는 원리를 이용한 방법이다. 이 방법으로 제조된 그래핀은 기계적 박리법과 화학 증기 증착법에 의하여 성장한 그래핀 보다 상대적으로 전기 특성이 좋지 못할 뿐 아니라 기판이 매우 비싸고 소자를 제작하기 매우 어렵다는 단점이 있다.
화학적 박리법은 흑연을 산화시키고 초음파 등을 통해 파쇄하여 수용액 상에 분산된 산화 그래핀을 만든 후 하이드라진 등의 환원제를 이용하여 다시 그래핀으로 환원시키는 방법이다.
이러한 그래핀의 제조 방법에 있어서, 그래핀을 가장 손쉽게 제조할 수 있는 화학적 박리법, 즉 흑연을 산화시킨 후 환원시키는 방법이 가장 많이 이용되고 있다.
상기 화학적 박리법을 이용하여 그래핀을 제조하는 방법은 그래핀을 대량으로 생산할 수 있고, 흑연을 원료물질로 사용하기 때문에 그래핀의 생산단가가 저렴한 장점이 있다. 또한, 화학적 박리법은 액상에서 균일한 콜로이드 형태로 그래핀을 얻을 수 있기 때문에 다양한 형태로 적용할 수 있을 뿐만 아니라 화학적 변형을 통하여 그래핀에 원하는 특성들을 도입할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 화학적 박리법을 이용하여 제조된 그래핀 즉, 그래핀 옥사이드는 산화 및 초음파를 처리하는 과정에서 sp2 혼성탄소 구조가 많이 파괴되어 물리적 성질이 좋지 않은 문제가 있다. 따라서, 상기 그래핀 옥사이드는 화학적 환원반응을 통해 sp2 혼성탄소 구조를 복원시키는 단계를 필요로 한다. 화학적 박리법을 이용하여 제조된 그래핀 옥사이드를 화학적으로 환원반응을 시키게 되면, 그래핀 옥사이드에 결합된 산소를 포함하는 작용기들이 제거되고, sp2 혼성탄소 구조가 복원되어 그래핀과 비슷한 구조를 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 (Reduced graphene oxide)가 생성된다.
상기 그래핀 옥사이드를 환원시키는데 일반적으로 히드라진하이드레이트(Hydrazine hydrate), 소듐보로하이드레이트(NaBH4) 및 황산(H2SO4) 등의 환원제를 사용하고 있다. 그러나, 상기와 같이 환원제를 사용하여 그래핀 옥사이드를 환원시키는 방법은 환원제 사용의 제약, 낮은 효율성 및 불순물 포함 등의 문제점이 있다. 이로 인해 새로운 제조방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
상기와 같이, 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 종래 기술에 따르면, 대한민국 등록특허 제10-1084975호에서는 그래핀 필름을 제조하는 방법이 개시된 바 있다. 상세하게는, 가열하여 환원시키는 방법, 별도로 수소를 공급하여 환원시키는 방법 및 하이드라진 및 암모니아 혼합액의 환원제로 처리하여 환원시키는 방법을 제공한다. 그러나, 상기 방법은 일반적으로 통용되어 사용되는 그래핀 옥사이드의 환원방법을 사용하며, 이로부터 제조되는 그래핀은 그래핀 구조 안에 불순물이 존재하여 물성이 감소할 수 있으며, 그래핀에 존재하는 산소의 양을 조절할 수 없는 문제가 있다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2011-0115389호에서는 전도도가 높은 그래핀을 코팅하는 방법 및 상기 방법을 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법이 개시된 바 있다. 상세하게는, 상온 및 1 - 20 mbar 압력하에서 수소 플라즈마 가스를 10 - 200 W 전력으로 5 - 300 초간 주입하여 그래핀 옥사이드를 환원시키는 방법을 제공한다. 그러나, 상기 방법은 진공에 가까운 환경을 조성하고, 수소 플라즈마 가스를 사용하여 그래핀 옥사이드를 환원시킴으로써 공정의 제어가 다소 복잡하며, 상대적으로 비용이 많이 드는 문제가 있다.
나아가, 대한민국 등록특허 제10-1109961호에서는 그래핀을 제조하는 방법이 기재된 바 있으며, 상세하게는 상기 특허문헌에서 그래핀 옥사이드를 환원시키는 방법으로 하이드라진, 소듐보로하이드라이드, 소듐나프탈레나이드, 소듐안트라세나이드, 소듐벤조페놀, 소듐아세나플레나이드, 페로센, 리튬알루미늄하이드라이드, 리튬트리스(터부복시)알루미늄하이드라이드보란, 9-보라바이시클로[3.3.1]노난, 디이소부틸알루미늄하이드라이드 중 1종 이상의 환원제를 사용하여 그래핀 옥사이드를 환원시키는 방법을 제공한다. 그러나, 상기 방법은 일반적으로 통용되어 사용되는 그래핀 옥사이드의 환원방법을 사용하며, 이로부터 제조되는 그래핀은 그래핀 구조 안에 불순물이 존재하여 물성이 감소할 수 있으며, 그래핀에 존재하는 산소의 양을 조절할 수 없는 문제가 있다.
이에, 본 발명자들은 화학적 박리법을 이용하여 제조된 그래핀 옥사이드를 환원시킬 수 있는 방법을 연구하던 중, 그래핀 옥사이드 분산용액을 환류시키는 방법을 통해 그래핀 옥사이드에 결합된 산소를 포함하는 작용기들을 효과적으로 환원시킬 수 있는 친환경적인 방법을 개발하였으며, 환류 시간을 조절하여 그래핀에 존재하는 산소의 양을 조절할 수 있는 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 환원된 그래핀 옥사이드를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
그래핀 옥사이드 분산용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 제조된 분산용액만을 환류시키는 단계(단계 2);를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
상기의 방법으로 제조되며, 탄소/산소 원자비가 2.4 내지 7.5인 환원된 그래핀 옥사이드를 제공한다.
나아가, 본 발명은
상기의 방법으로 제조되며, 탄소/산소 원자비가 4 내지 7인 환원된 그래핀 옥사이드를 제공한다.
본 발명에 따른 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법은 환원제를 사용하지 않기 때문에 친환경적이고, 경제적인 효과가 있다. 또한, 환원제를 사용하지 않기 때문에, 환원제에 포함되어 있는 질소(N) 또는 붕소(B) 등과 같은 다양한 헤테로 원자들이 그래핀 구조 내에 불순물로 존재하여 그래핀의 특성을 변화시키는 문제가 없는 효과가 있다. 또한, 탄소/산소 원자비가 2.4 내지 7.5인 환원된 그래핀 옥사이드를 제공하며, 환류 시간을 통해 탄소/산소 원자비를 조절할 수 있기 때문에 각 분야에서 그래핀에 존재하는 산소의 양이 미치는 영향에 대한 연구를 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 4, 비교예 1 및 비교예 3에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드의 열중량 분석기(Thermogravimetry analysis) 그래프이고;
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드의 X-선 광전자 분광기(X-ray photoelectron spectroscopy) 그래프이고;
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드를 X-선 광전자 분광기(X-ray photoelectron spectroscopy)로 분석한 탄소/산소 원자비를 나타낸 그래프이고;
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드를 원소 분석기(Elemental analyzer)로 분석한 탄소/산소 원자비를 나타낸 그래프이고;
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드의 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier transform infrared spectroscopy) 그래프이고;
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드의 핵자기 공명 분광법(Nuclear magnetic resonance spectroscopy) 그래프이고;
도 7은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드의 X-선 회절법(X-ray diffraction) 그래프이다.
본 발명은
그래핀 옥사이드 분산용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 제조된 분산용액만을 환류시키는 단계(단계 2);를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법에 있어서, 단계 1은 그래핀 옥사이드 분산용액을 제조하는 단계이다.
상기 단계 1은 그래핀 옥사이드 분산용액을 제조하는 단계로서, 일반적으로 그래핀 옥사이드를 제조할 수 있는 방법을 사용하여 용매에 분산시켜 그래핀 옥사이드 분산용액을 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 1의 그래핀 옥사이드는 흑연을 강산 또는 산화제로 산화시켜 제조되는 그라파이트 옥사이드를 용매 하에서 박리하여 제조된 그래핀 옥사이드를 사용할 수 있다.
이때, 상기 그라파이트 옥사이드는 흑연을 당업에서 통상으로 사용하는 방법으로 산화시킨 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 그라파이트 옥사이드는 황산, 질산과 같은 강산을 이용하여 흑연을 산화시켜 제조될 수 있고, 염화칼륨, 과황산칼륨, 질산암모늄세륨, 과산화수소, 과요오드산, 과망간산칼륨 및 중크롬산칼륨 등과 같은 강한 산화제를 이용하여 흑연을 산화시켜 제조될 수 있다. 상기 그라파이트 옥사이드의 산화정도는 흑연의 산화반응 온도에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 옥사이드를 박리시키기 위한 용매로는 물, 에탄올(Ethanol), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF), 디메틸설폭사이드(Dimethylsulfoxide, DMSO), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF) 및 아세톤(Acetone) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 산소를 포함하는 작용기를 제공하여 그라파이트 옥사이드의 각각의 면을 용이하게 박리시킬 수 있는 용매라면 이에 제한 없이 사용할 수 있다.
나아가, 상기 그라파이트 옥사이드를 용매하에서 박리시키는 방법으로는 그라파이트 옥사이드를 용매에 첨가하여 초음파조사를 조사하거나 교반시키는 방법을 사용할 수 있으며, 이로부터 그래핀 옥사이드 분산용액을 제조할 수 있다.
예를 들면, 그라파이트 옥사이드에는 흑연이 산화되는 과정에서 산소류의 작용기들이 결합되어 있어 본 발명에서 사용되는 산소를 포함하는 작용기를 갖는 용매들과 친화력이 뛰어난 특징이 있다. 따라서, 상기 그라파이트 옥사이드를 용매하에서 초음파조사 또는 교반시켜 박리시키게 되면, 그라파이트 옥사이드를 구성하는 면과 면사이에 용매가 용이하게 삽입되고, 용매로부터 제공받은 산소를 포함하는 작용기들이 각각의 면과 결합됨으로써 각각의 면이 박리될 수 있다. 이때, 상기 그라파이트 옥사이드로부터 박리된 각각의 면을 그래핀 옥사이드로 정의한다.
다음으로, 본 발명에 따른 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 분산용액만을 환류시키는 단계이다.
일반적으로, 그래핀 옥사이드를 환원시키는데 히드라진하이드레이트(Hydrazine hydrate), 소듐보로하이드레이트(NaBH4) 및 황산(H2SO4) 등의 환원제를 사용하고 있다. 그러나, 상기와 같이 환원제를 사용하여 그래핀 옥사이드를 환원시키는 방법은 환원제 사용의 제약, 낮은 효율성 및 불순물 포함 등의 문제점이 있다. 또한, 환원제 자체가 독성을 가지고 있어 친환경적이지 않고, 그래핀에 존재하는 산소의 양을 조절할 수 없는 문제가 있다.
이에, 본 발명에 따른 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법은 그래핀 옥사이드를 분산시킨 용액에 기타 첨가제 없이 환류시키는 공정을 통해 그래핀 옥사이드를 환원시키고 있기 때문에 순수한 그래핀 옥사이드를 얻을 수 있다. 또한, 환류 시간을 조절함으로써 그래핀 옥사이드에 존재하는 산소의 양을 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 2의 분산용액은 그래핀 옥사이드 및 용매 외에 다른 첨가 물질을 포함하지 않을 수 있다. 상기 분산용액은 그래핀 옥사이드를 용매에 분산시킨 분산용액으로서, 상기 분산용액을 환류시키는 것만으로도 환원된 그래핀 옥사이드를 제조할 수 있다.
이때, 상기 단계 2의 환류는 72 시간 이상을 수행하는 것이 바람직하며, 72 시간 내지 1,000 시간을 수행하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 환류 시간을 조절하여 탄소/산소 비율을 조절하여 원하는 탄소/산소 비율을 가지는 그래핀 옥사이드를 제조할 수 있다. 만약, 상기 단계 2의 환류를 72 시간 미만으로 수행할 경우에는 산소를 포함하는 작용기의 환원이 적은 문제가 있다.
또한, 상기 단계 2의 환류는 80 내지 150 ℃의 온도에서 수행할 수 있다. 만약, 상기 단계 2의 환류를 80 ℃의 온도 미만에서 수행할 경우에는 그래핀 옥사이드의 환원반응이 수행되기 어렵거나, 반응시간이 더욱 길어지는 문제가 있으며, 150 ℃를 초과하는 온도에서 수행할 경우에는 증기가 과도하게 생성되어 장시간 가동시 안전의 문제가 있다. 또한, 상기 환류를 수행하는 온도는 사용되는 환류액에 따라 달라질 수 있다. 일례로서, 환류액으로써 물을 사용하는 경우에는 그래핀 옥사이드 분산용액을 130 ℃에서 환류시킬 수 있다.
상기 환류과정에서 제조되는 환원된 그래핀 옥사이드는 용액 내에서 침전되므로 용액부분이 투명해지는 것으로 반응이 완결된 것을 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법은 상기 단계 2 이후에 환원된 그래핀 옥사이드를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 환원된 그래핀 옥사이드를 회수하는 단계는 냉각, 여과, 세척 및 건조 단계 순으로 수행될 수 있다.
상기 단계 2의 분산용액을 환류시켜 생성된 환원된 그래핀 옥사이드는 표면이 불안정하여 환원된 그래핀 옥사이드 간에 작용하는 반데르발스 힘에 의해 과도하게 응집할 수 있으므로 상온으로 서서히 냉각시키는 것이 바람직하다.
상기 단계 2에서 환류시킨 용액을 냉각시킨 후, 당업계에서 사용되는 통상의 여과방법을 사용하여 상기 단계 2에서 생성된 환원된 그래핀 옥사이드를 여과시킬 수 있다. 상기 여과시킨 환원된 그래핀 옥사이드는 제조과정 중에 사용된 용매를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 여과시킨 환원된 그래핀 옥사이드를 용매를 사용하여 세척하여 불순물을 제거하여 제조되는 환원된 그래핀 옥사이드의 순도를 높일 수 있다.
또한, 상기 세척시킨 환원된 그래핀 옥사이드를 진공하에서 10 내지 12 시간 동안 건조시키는 것이 바람직하며, 이로부터 최종생성물인 탄소/산소 원자비가 2.4 내지 7.5인 환원된 그래핀 옥사이드를 얻을 수 있다. 바람직하게는 탄소/산소 원자비가 4 내지 7인 환원된 그래핀 옥사이드를 얻을 수 있다.
상기 환원된 그래핀 옥사이드를 회수하는 방법은 당업계에서 통상적으로 사용하는 방법을 이용하여 수행할 수 있으며, 상기 언급한 방법만으로 한정되지 않는다.
또한, 본 발명은
상기의 방법으로 제조되며, 탄소/산소 원자비가 2.4 내지 7.5인 환원된 그래핀 옥사이드를 제공한다. 바람직하게는, 탄소/산소 원자비가 4 내지 7인 환원된 그래핀 옥사이드를 제공한다.
상기 환원된 그래핀 옥사이드는 그래핀 옥사이드와 용매만을 사용하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드로서, 일반적으로 환원제가 사용되는 경우 사용되는 시약 자체의 독성이 있는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 환원제에 포함되어 있는 질소(N) 또는 붕소(B) 등과 같은 다양한 헤테로 원자들이 그래핀 구조 내에 존재하여 그래핀의 특성을 변화시키는 문제를 해결할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 환원된 그래핀 옥사이드는 기타 첨가제가 들어가지 않아 친환경적이고, 경제적이며, 불순물 없이 환원된 그래핀 옥사이드이다.
또한, 상기 환원된 그래핀 옥사이드는 탄소/산소의 원자비가 2.4 내지 7.5로 환원되어 있으며, 바람직하게는 탄소/산소의 원자비가 2.4 내지 7.5로 충분히 환원되어 있다. 이러한 환원된 그래핀 옥사이드는 환류 시간을 통해 탄소/산소 원자비를 조절할 수 있기 때문에 각 분야에서 그래핀에 존재하는 산소의 양이 미치는 영향에 대한 연구를 수행할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 환원된 그래핀 옥사이드의 제조 1
단계 1: 100 ㎖ 둥근 플라스크에 그라파이트 옥사이드 75 ㎎, 물 25 ㎖ 및 교반용 막대자석(stirring bar)을 넣은 후, 초음파 세정기(ultrasonic cleaner, Branson Ultrasonics Cooperation,멕시코)를 이용하여 초음파를 조사하여 그래핀 옥사이드 분산용액을 제조하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 그래핀 옥사이드 분산용액을 130 ℃로 예열된 오일조에 넣고 72 시간 동안 환류시켜 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하였다.
<실시예 2> 환원된 그래핀 옥사이드의 제조 2
상기 실시예 1의 단계 2에서 그래핀 옥사이드 분산용액을 120 시간 동안 환류시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하였다.
<실시예 3> 환원된 그래핀 옥사이드의 제조 3
상기 실시예 1의 단계 2에서 그래핀 옥사이드 분산용액을 168 시간 동안 환류시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하였다.
<실시예 4> 환원된 그래핀 옥사이드의 제조 4
상기 실시예 1의 단계 2에서 그래핀 옥사이드 분산용액을 336 시간 동안 환류시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하였다.
<비교예 1>
100 ㎖ 둥근 플라스크에 그라파이트 옥사이드 75 ㎎, 물 25 ㎖ 및 교반용 막대자석(stirring bar)을 넣은 후, 초음파 세정기(ultrasonic cleaner, Branson Ultrasonics Cooperation,멕시코)를 이용하여 초음파를 조사하여 그래핀 옥사이드 분산용액을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1의 단계 2에서 그래핀 옥사이드 분산용액을 6 시간 동안 환류시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1의 단계 2에서 그래핀 옥사이드 분산용액을 12 시간 동안 환류시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하였다.
<비교예 4>
상기 실시예 1의 단계 2에서 그래핀 옥사이드 분산용액을 24 시간 동안 환류시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하였다.
<실험예 1> 열중량 분석
본 발명에 따른 환류 시간을 조절하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드의 환원효과를 알아보기 위하여, 상기 실시예 1 내지 실시예 4, 비교예 1 및 비교예 3에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드를 열중량 분석기(Thermogravimetry analysis, TGA, NETZSCH, STA 409 PC)를 이용하여 온도에 대한 질량변화를 분석하였고, 이를 도 1에 나타내었다.
일반적으로, 온도 100 ℃ 이하에서는 그래핀 옥사이드 안에 존재하는 물 분자들이 증발하면서 생기는 질량 감소이다. 또한, 온도 200 ℃ 부근에서 질량 감소가 발생할 수 있는데, 이는 그래핀 옥사이드에 존재하는 다양한 산소 작용기들 중에서 반응성이 좋은 산소 작용기가 열에 의해 그래핀 옥사이드에서 분해되며 생기는 질량 감소이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 환원되지 않은 그래핀 옥사이드인 비교예 1의 경우에는 25 내지 200 ℃의 온도 범위에서 질량이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 환류를 24 시간 동안 수행하여 제조된 비교예 2의 환원된 그래핀 옥사이드의 경우에는 비교예 1보다는 적게 감소하지만, 25 내지 200 ℃의 온도 범위에서 큰 감소 폭을 보여주는 것을 확인할 수 있었다.
반면, 환류를 72 시간 동안 수행하여 제조된 실시예 1의 환원된 그래핀 옥사이드의 경우에는 25 내지 200 ℃의 온도 범위에서의 질량 감소가 현저히 감소한 것을 확인할 수 있다. 또한, 환류를 각각 120 시간, 168 시간 및 336 시간 동안 수행하여 제조된 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4의 환원된 그래핀 옥사이드의 경우에는 질량 감소가 거의 없는 것을 확인할 수 있다.
이로부터, 오랜 시간 환류를 수행하게 되면, 환류를 통해 환원된 그래핀 옥사이드 내에 수분과 산소 작용기는 더욱 감소한다는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2> X-선 광전자 분광기 분석
본 발명에 따른 환류 시간을 조절하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드의 환원효과를 알아보기 위하여, 상기 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드를 X-선 광전자 분광기(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS, Thermo Fisher Scientific, Angle-Resolved X-ray Photoelectron Spectrometer)를 사용하여 분석하였고, 그 결과를 도 2 및 표 1에 나타내었다.
일반적으로, 그래핀 옥사이드 구조에서 sp2 혼성 탄소에 해당하는 피크는 284.6 eV의 결합 에너지에서 나타나며, 산소가 포함된 작용기(수산기, 에폭시기, 케톤기 및 카르복실기 등)들에 대한 피크는 286 내지 290 eV의 결합 에너지에서 나타난다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 환원되지 않은 그래핀 옥사이드인 비교예 1의 경우에는 산소가 포함된 작용기들에 대한 피크(286 내지 290 eV)가 매우 크게 나타났으며, sp2 혼성 탄소에 해당하는 피크(284.6 eV)는 상대적으로 작은 것을 확인할 수 있었다. 반면, 환류를 6 시간 동안 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드인 비교예 1부터 환류를 336 시간 동안 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드인 실시예 4를 살펴보면, 환류 시간이 증가할수록 sp2 혼성 탄소에 해당하는 피크(284.6 eV)는 점점 커지며, 산소가 포함된 작용기들에 대한 피크(286 내지 290 eV)는 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 환류를 72 시간 이상 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드인 실시예 1 내지 실시예 4의 경우에는 산소가 포함된 작용기들에 대한 피크(286 내지 290 eV)가 거의 관찰되지 않는 것을 확인할 수 있다.
이로부터, 본 발명에 따른 환원된 그래핀 옥사이드는 환류 시간을 조절함으로써, 환원정도가 우수한 환원된 그래핀 옥사이드를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 환원된 그래핀 옥사이드에서 탄소/산소 원자비를 확인할 수 있다. 이러한 탄소/산소 원자비는 그래핀의 산소의 양, 즉 작용기들이 얼마나 남아 있는지 확인할 수 있으며, 이를 통해 환원 정도를 확인할 수 있다.
이때, 환원되지 않은 그래핀 옥사이드인 비교예 1의 탄소/산소 원자비는 1.97을 나타낸다. 한편, 환류를 통해 환원된 그래핀 옥사이드인 비교예 2 내지 비교예 4 및 실시예 1 내지 실시예 4의 경우에는, 환류를 수행하는 시간이 증가할수록 탄소/산소 원자비가 향상하는 것을 확인할 수 있다.
환류를 6 시간 동안 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드인 비교예 2의 경우에는 탄소/산소 원자비가 2.42로 낮은 값을 보이는 반면, 환류를 336 시간 동안 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드인 실시예 4의 경우에는 탄소/산소 원자비가 6.57로 매우 높은 값을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
이를 통해, 환류 시간을 조절하여 그래핀 옥사이드의 환원정도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
탄소/산소
원자비		 4.30 5.07 5.95 6.57 1.97 2.42 2.59 2.88
<실험예 3> 원소 분석기 분석
본 발명에 따른 환류 시간을 조절하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드의 환원효과를 알아보기 위하여, 상기 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드를 원소 분석기(Elemental analyzer, EA, Thermo Finnigan, FlashEA 1112)를 사용하여 분석하였고, 이를 도 4 및 표 2에 나타내었다.
상기 원소를 분석하는 방법은 원소 분석기 내에 잔류하는 공기 중의 산소 및 이산화탄소를 제거한 후, 시료를 연소시켜 발생하는 기체의 양으로 탄소, 질소, 산소 및 수소의 질량을 측정하는 방법이다.
하기, 표 2에 나타낸 바와 같이, 원소 분석기를 통해 환원된 그래핀 옥사이드에서 탄소/산소 원자비를 확인할 수 있다. 이러한 탄소/산소 원자비는 그래핀의 산소의 양, 즉 작용기들이 얼마나 남아 있는지 확인할 수 있으며, 이를 통해 환원 정도를 확인할 수 있다.
이때, 환원되지 않은 그래핀 옥사이드인 비교예 1의 탄소/산소 원자비는 1.34를 나타낸다. 한편, 환류를 통해 환원된 그래핀 옥사이드인 비교예 2 내지 비교예 4 및 실시예 1 내지 실시예 4의 경우에는, 환류를 수행하는 시간이 증가할수록 탄소/산소 원자비가 향상하는 것을 확인할 수 있다.
환류를 6 시간 동안 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드인 비교예 2의 경우에는 탄소/산소 원자비가 1.89로 낮은 값을 보이는 반면, 환류를 336 시간 동안 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드인 실시예 4의 경우에는 탄소/산소 원자비가 6.85로 매우 높은 값을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
이를 통해, 환류 시간을 조절하여 그래핀 옥사이드의 환원정도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
탄소/산소
원자비		 4.20 5.52 6.35 6.85 1.34 1.89 2.04 2.44
<실험예 4> 푸리에 변환 적외선 분광법 분석
본 발명에 따른 환류 시간을 조절하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드의 환원효과를 알아보기 위하여, 상기 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드를 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR, Bruker, Bruker VERTEX 80V)을 사용하여 분석하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 환원되지 않은 그래핀 옥사이드인 비교예 1과 환류를 각각 6 시간, 12 시간, 24 시간 동안 수행하여 제조된 비교예 2 내지 비교예 4의 환원된 그래핀 옥사이드의 푸리에 변환 적외선 분광법 스펙트럼을 살펴보면, 약 1050 cm-1의 파수에서는 알콕사이드(C-O)를 나타내는 피크, 약 1220 cm-1의 파수에서는 에폭사이드(C-O)를 나타내는 피크, 약 1380 cm-1의 파수에서는 카르복시기(C-O)를 나타내는 피크, 약 700 내지 1400 cm-1의 파수에서는 방향족(C=C)를 나타내는 피크, 약 1720 cm-1의 파수에서는 카르복시기 및 카르보닐기(C=O)를 나타내는 피크가 나타난다.
이때, 환류를 6 시간 내지 336 시간 동안 수행하여 제조된 비교예 2 내지 비교예 4 및 실시예 1 내지 실시예 4의 환원된 그래핀 옥사이드의 푸리에 변환 적외선 분광법 스펙트럼을 살펴보면, 환류를 수행하는 시간이 길어질수록 카르복시기를 나타내는 약 1380 cm-1 및 1720 cm-1 피크가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 환류를 72 시간 내지 336 시간 동안 수행하여 제조된 실시예 1 내지 실시예 4의 환원된 그래핀 옥사이드의 푸리에 변환 적외선 분광법 스펙트럼을 살펴보면, 비교예 1 내지 비교예 4에서는 약 1620 cm-1의 파수에서 나타나던 피크가 약 1580 cm-1의 파수에서 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 약 1050 내지 1250 cm-1의 파수에서 넓은 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 환류를 72 시간 이상 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드에서 구조의 변화가 일어났다는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 5> 핵자기 공명 분광법 분석
본 발명에 따른 환류 시간을 조절하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드의 환원효과를 알아보기 위하여, 상기 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드를 핵자기 공명 분광법(Nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR, Varian, Varian unityINOVA)을 사용하여 분석하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 환원되지 않은 그래핀 옥사이드인 비교예 1의 핵자기 공명 분광법 스펙트럼을 살펴보면, 약 61 ppm에서 나타난 피크는 C-O-C를 나타내며, 약 70 ppm에서 나타난 피크는 C-OH 피크를 나타낸다. 또한, 약 98 ppm에서 나타난 피크는 O-C-O를, 약 129 ppm에서 나타난 피크는 방향족 C=C를, 약 165 ppm에서 나타난 피크는 O=C-O를, 약 189 ppm에서 나타난 피크는 C=O를 나타낸다.
이때, 환원되지 않은 그래핀 옥사이드인 비교예 1과 환류를 72 시간 및 336 시간 동안 수행하여 제조된 실시예 1 및 실시예 3의 환원된 그래핀 옥사이드의 핵자기 공명 분광법 스펙트럼을 살펴보면, 비교예 1에서는 약 129 ppm에서 나오던 C=C 피크가 실시예 1 및 실시예 4에서는 약 120 ppm에서 나오는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 환류를 72 시간 이상 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드는 구조의 변화가 생기는 것을 확인할 수 있다.
또한, 환원되지 않은 그래핀 옥사이드인 비교예 1에서는 약 61 ppm 및 70 ppm에서 나타난 C-O-C 및 C-OH의 강한 피크가 환류를 72 시간 수행하여 제조된 실시예 1의 환원된 그래핀 옥사이드에서는 매우 약한 피크로 관찰되는 것을 확인할 수 있다. 나아가, 환류를 168 시간 이상 수행하여 제조된 실시예 3의 환원된 그래핀 옥사이드에서는 약 60 내지 70 ppm에서 피크가 관찰되지 않았으며, 약 165 pp에서 나타나는 O=C-O 피크 및 약 189 ppm에서 나타나는 C=O 피크 또한 관찰되지 않았다.
이를 통해, 환류를 72 시간 이상 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드는 그래핀에 붙어 있는 산소 작용기들 중에서 O-C-O 및 C-O-C가 가장 먼저 없어지고, C=O, O=C-O 및 C-OH가 나중에 없어진다는 것을 알 수 있으며, 환류 시간을 조절하여 그래핀 옥사이드의 환원정도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 6> X-선 회절법 분석
본 발명에 따른 환류 시간을 조절하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드의 환원효과를 알아보기 위하여, 상기 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 및 그래핀 옥사이드를 X-선 회절법(X-ray diffraction, XRD, Rigaku, Rigaku DMAX 2500)을 사용하여 분석하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 환원되지 않은 그래핀 옥사이드인 비교예 1에서는 11 °에 나타나는 피크가 환류가 수행되면 12 °로 이동하는 것을 관찰할 수 있다. 이는 그래핀 옥사이드가 환류를 통해 환원이 되면서 그래핀에 붙어 있던 산소 작용기들이 해리되어 그래핀 층 사이의 거리가 좁아지기 때문이다.
또한, 환류를 72 시간 이상 수행하여 제조된 실시예 1 내지 실시예 4의 환원된 그래핀 옥사이드의 경우, 환원된 그래핀 옥사이드에서 관찰할 수 있는 26 °에서 피크가 관찰된다.
이를 통해, 환류를 72 시간 이상 수행하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드에서 구조의 변화가 일어났다는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 환원된 그래핀 옥사이드는 그래핀 옥사이드와 용매만을 사용하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드로서, 일반적으로 환원제가 사용되는 경우 사용되는 시약 자체의 독성이 있는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 환원제에 포함되어 있는 질소(N) 또는 붕소(B) 등과 같은 다양한 헤테로 원자들이 그래핀 구조 내에 존재하여 그래핀의 특성을 변화시키는 문제를 해결할 수 있다.
이에 따라, 기타 첨가제가 들어가지 않아 친환경적이고, 경제적이며, 불순물 없이 환원된 그래핀 옥사이드이다.
또한, 상기 환원된 그래핀 옥사이드는 충분히 환원되어 있고, 환류 시간을 통해 탄소/산소 원자비를 조절할 수 있기 때문에 각 분야에서 그래핀에 존재하는 산소의 양이 미치는 영향에 대한 연구를 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 그래핀 옥사이드 분산용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
    상기 단계 1에서 제조된 분산용액만을 환류시키는 단계(단계 2);를 포함하며,
    상기 단계 2의 환류는 72 내지 1,000 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 분산용액은 분산제를 포함하는 기타 첨가제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 그래핀 옥사이드는 흑연을 강산 또는 산화제로 산화시켜 제조되는 그라파이트 옥사이드를 용매 하에서 박리하여 제조된 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 분산용액은 물, 에탄올(Ethanol), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF) 및 아세톤(Acetone)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2의 환류는 80 내지 150 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2 이후에 환원된 그래핀 옥사이드를 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ACS Nano 2011, Vol.5, pp.4380-4391 (2011.04.07.) *
ACS Nano 2011, Vol.5, pp.4380-4391 (2011.04.07.)*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170140907A (ko) 2016-06-14 2017-12-22 광운대학교 산학협력단 환원 그래핀 옥사이드 및 이의 현탁액의 제조 방법

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