KR101630533B1 - 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법 및 이를 이용한 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름 - Google Patents

고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법 및 이를 이용한 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (i) 그래핀 옥사이드, 금속 나노입자 전구체 및 당류를 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계; 및 (ii) 상기 혼합 용액에 플라즈마를 처리하는 단계;를 포함하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제공한다. 또한 본 발명은 상기 분산액을 이용하여 제조한 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름에 관한 것이다.

Description

고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법 및 이를 이용한 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름 {MANUFACTURING METHOD OF HYGHLY DISPERSIBLE REDUCED GRAPHENE OXIDE BASED METAL NANOPARTICLE DISPERSION AND METAL NANOPARTICLE FILM USING THEREOF}
본 발명은 방전 기체 없이 플라즈마를 발생하여 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조한 필름에 관한 것이다.
우수한 촉매력과 큰 비표면적을 갖고 있는 금속 나노입자는 다양한 분야에서 많은 관심을 받고 있는 재료이다. 하지만, 실제 금속 나노입자의 사용시 금속 나노입자의 높은 표면에너지로 인해 사용 과정에서 금속 나노입자 간에 응집이 발생하고 있어 사용에 제한을 받고 있다. 이를 위한 대안으로 금속 나노입자를 탄소재료와 같은 기재의 표면 위에 고정화시키는 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 연구에 있어서, 금속 나노입자를 기재의 표면 위에 고정화 시 균일한 크기를 갖도록 금속 나노입자의 크기, 모양, 분산도를 조절하는 것이 핵심이 된다.
한편, 고정화 기재로서 탄소재료는 화학적 안정성과 높은 비표면적을 갖고 있어 가장 적합한 재료로 논의되고 있다. 특히, 그래핀은 우수한 전기적, 광학적, 기계적 성질들로 인해 최근 많은 관심을 받고 있다. 그러나 그래핀은 보통 고온의 화학기상증착법을 통해 제조되기 때문에 대량 생산에는 문제가 있다. 이에, 현재까지 그래파이트로부터 박리되고 산화된 그래핀 옥사이드가 금속 나노입자의 기재로 많이 이용되고 있다.
일반적으로 그래핀 옥사이드를 기반으로 하는 금속 나노입자 합성 공정은 하이드라진, 소듐 보로하이드리드와 같은 독성 물질을 환원제로 사용하기 때문에, 이들로 인해 환경적인 문제가 발생하게 된다. 또한, 상대적으로 긴 반응시간이 필요하며, 환원 과정에서 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자는 분산성을 잃게 되는 단점이 발생한다.
한편, 플라즈마 기술을 이용하여 금속 나노입자를 합성하거나, 혹은 탄소 기반 금속 나노입자를 합성한 연구는 종종 진행되고 있다. 하지만, 플라즈마 발생을 위한 방전 기체로 헬륨이나 아르곤과 같은 환원 기체나, 독성은 없지만 폭발성이 있는 기체인 수소를 이용하고 있는 실정이다.
이에, 본 발명자들은 상기한 한계점을 극복하고자, 환원제로 독성 물질이나 플라즈마 방전 기체를 이용하지 않으며, 단일 공정으로 유기용매에서 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제조하는 방법을 개발하기에 이르렀다.
대한민국 공개특허공보 제10-2007-0010715호
본 발명의 목적은 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 이용한 필름의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 방법으로 제조된 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
(i) 그래핀 옥사이드, 금속 나노입자 전구체 및 당류를 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
(ii) 상기 혼합 용액에 플라즈마를 처리하는 단계;
를 포함하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법을 제공한다.
본 명세서에서 사용되는 용어, “고분산성”은 용액상에 고도로 해응집되고 분산될 수 있는 성질을 말하며, 본 발명에서 금속 나노입자 분산액에 고도로 분산될 수 있는 금속 나노입자를 말한다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "그래핀　옥사이드(graphene oxide)"는 그라파이트를 산화시켜 산화물을 형성한 것으로서, 일부 산소 관능기를 갖고 있는 화합물들로 이루어진　그래핀　네트워크 형태이다.
본 명세서에서 사용되는　용어　"환원된　그래핀　옥사이드" 또는 "환원된　그래핀"은 이와 같은　그래핀　옥사이드를 환원시켜 얻어진 환원물을 의미한다.
본 발명의 상기 (i) 단계에서의 그래핀 옥사이드의 농도는 0.01 내지 99 wt%로 포함될 수 있다.
상기 (i) 단계에서의 금속 나노입자 전구체는 귀금속 또는 전이금속을 함유하는 금속 나노입자 전구체라면 이에 제한되지 않으나, 백금(Pt), 금(Au), 니켈(Ni), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 바나듐(V), 철(Fe), 텅스텐(W), 은(Ag), 구리(Cu) 및 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 백금을 포함하는 화합물일 수 있다.
구체적으로 상기 (i) 단계에서의 금속 나노입자 전구체는 귀금속 또는 전이금속을 함유하는 금속 나노입자 전구체라면 이에 제한되지 않으나, 테트라클로로플라티네이트, 포타슘 헥사클로로플라티네이트, 포타슘 테트라클로로플라티네이트, 테트라클로로금(Ⅲ)산 4수화물, 염화팔라듐염산, 질산은, 염화백금산, 헥사클로로백금(IV)산, 염화 백금산 6수화물, 염화 백금산 수화물, 염화금, 염화금 3수화물, 염화팔라듐(II), 테트라민팔라듐(II)니트레이트 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 염화백금산일 수 있다.
　상기 (i) 단계에서의 금속 나노입자 전구체 용액의 농도는 이에 제한되지 않으나, 0.01 내지 1000 mM 또는 0.01 내지 500 mM 또는 0.01 내지 200 mM일 수 있다. 상기 금속 나노입자 전구체 용액의 농도가 증가할수록 기재에 분산 부착되는 금속 나노입자가 균일 분산될 수 있다.
상기 (i) 단계에서의 당류는 단당류 또는 이당류일 수 있으며, 이에 제한되지 않으나 바람직하게는 플럭토오스(fructose), 글루코오스(glucose), 갈락토오스(galactose), 슈크로오스(sucrose), 말토오스(maltose), 락토오스(lactose) 및 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나일 수 있고, 가장 바람직하게는 플럭토오스일 수 있다.
상기 (i) 단계에서의 당류의 농도는 이에 제한되지 않으나, 0.01 내지 10 M 로 포함될 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 경우 금속 나노입자의 형성과 그래핀 옥사이드의 환원이 어려울 수 있다.
상기 (i)단계에서의 혼합 용액을 제조하기 위한 용매는 금속 나노입자 전구체 용액을 제조하기 위해 무독성이거나 상온에서 액상인 용매라면 이에 제한되지 않으나, 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란, 클로로포름, 아세톤, 아세토나이트릴 및 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 (ii) 단계에서의 플라즈마 처리는 직류 또는 교류 전압을 사용하여 발생시킬 수 있는 플라즈마라면 이에 제한되지 않으나, 교류 라디오파 또는 마이크로웨이브 플라즈마일 수 있다. 본 발명의 구체예에서, 직류전원(DC), 교류전원(AC), 또는 마이크로웨이브 전원을 플라즈마 반응기 내에 위치한 제 1전극과 제 2전극에 인가하여 제 1전극과 제 2전극 사이에 발생하는 플라즈마를 이용할 수 있다.
상기 (ii) 단계에서의 플라즈마 처리 온도는 이에 제한되지 않으나, 1 내지 80 ℃로 유지할 수 있다. 온도가 증가할수록 금속 나노입자의 크기가 증가될 수 있으며, 본 발명의 구체예에서 온도범위는 적절한 금속 나노입자 크기 설정을 위한 범위로 설정하였다.
상기 (ii) 단계에서의 플라즈마 처리시, 상기 혼합 용액의 혼합 속도는 이에 제한되지 않으나 1 내지 2,000 rpm일 수 있다. 혼합 속도가 2,000 rpm을 초과하는 경우, 혼합 용액의 출렁거림이 심해져 플라즈마가 불안정해질 수 있다.
상기 (ii) 단계에서의 플라즈마 처리시, 플라즈마 출력은 이에 제한되지 않으나, 플라즈마에 1 내지 50 kV 의 직류전원의 전압, 1 내지 100 mA의 전류, 그리고 1 내지 5000 W의 전력이 공급될 수 있다. 상기 전압 범위를 벗어나는 경우, 구체적으로 전압이 1 kV 미만인 경우, 본 발명의 도 4, (a) 및 (b) 와 같이 금속 나노입자의 합성이 어려움이 있을 수 있다.
본 발명의 구체예에서, 상기 (ii) 단계에서의 플라즈마 처리시, 제 1전극은 상기 혼합 용액 위로 1 내지 10mm의 간격으로 위치하며, 제 2전극은 상기 혼합 용액 내로 담가 놓을 수 있다. 상기 제 1전극이 용액과 너무 가까우면, 용액의 혼합에 의한 출렁거림으로 전극과 용액이 접촉할 수 있고, 이로 인해 플라즈마가 소멸될 수 있다.
본 발명의 구체예에서, 상기 제 1전극은 음으로 하전되고, 제 2전극이 양으로 하전되거나, 혹은 제 1전극이 양으로 하전되고, 제 2전극이 음으로 하전될 수 있다. 상기 제1전극이 양으로 하전되고, 제 2전극이 음으로 하전되는 경우, 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자의 생성시간이 단축될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제공한다.
본 발명의 상기 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액은 환원제로서 독성 물질이나 플라즈마 방전 기체를 이용하지 않고, 단일 공정으로 쉽고, 빠르게 제조할 수 있다. 또한 한 종 혹은 두 종 이상의 금속화합물을 이용하여 단일 혹은 다종 금속 나노입자를 고정화시킨 환원된 그래핀 옥사이드 분산액을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한,
(i) 그래핀 옥사이드, 금속 나노입자 전구체 및 당류를 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계;
(ii) 상기 혼합 용액에 플라즈마를 처리하여 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제조하는 단계; 및
(iii) 상기 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 기재 상에 도포하는 단계; 를 포함하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름의 제조방법을 제공한다.
상기 혼합 용액을 제조하기 위한 용매는 금속 나노입자 전구체 용액을 제조하기 위해 무독성이거나 상온에서 액상인 용매라면 이에 제한되지 않으나, 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란, 클로로포름, 아세톤, 아세토나이트릴 및 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 기재는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름을 제조하기 위한 용매에 의하여 분해되거나 침식이 되지 않는 고체 소재라면 이에 제한되지 않으나, 금속산화물, 금속, 세라믹, 폴리머, 탄소소재(Carbon materials), 유리, 플라스틱 또는 필름소재의 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 복합체일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름을 제공한다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명의 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액은 환원제로서 독성 물질이나 플라즈마 방전 기체를 이용하지 않으며, 단일 공정으로 제조되기 때문에 쉽고, 빠르게 제조할 수 있다. 또한 한 종 혹은 두 종 이상의 금속화합물을 이용할 수 있는바, 단일 혹은 다종 금속 나노입자를 고정화시킨 환원된 그래핀 옥사이드 분산액을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 분산액을 이용하는 경우, 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름을 제조할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제조하기 위해 사용된 플라즈마 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 구체예에 따른, 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 사진 이미지로, 분산액의 환원 정도를 비교한 결과이다.
도 3은 플라즈마 처리 시간에 따른 혼합 용액의 pH변화를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 구체예에 따른, 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자의 모폴로지를 확인하기 위한 투과전자현미경 이미지를 나타낸다 ((a): 실시예 1에 따른 백금 나노입자의 모폴로지 (b) 실시예 2에 따른 백금 나노입자의 모폴로지).
도 5는 본 발명의 구체예에 따른, 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자의 엑스선 회절 패턴을 나타낸다 (2theta: rGO(002):24.2˚ , Pt(111):39.4˚ , Pt(200):45.87˚, Pt(220):66.8˚, Pt(311):80.08˚.
도 6는 본 발명의 구체예에 따라 제작된 필름의 투과도에 따른 면저항을 나타낸다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액 제조방법
18 ml의 증류수에 2 ml의 그래핀 옥사이드 수용액 (5mg/ml)을 첨가한 후, 30분 동안 초음파 처리를 하여 그래핀 옥사이드가 잘 분산되도록 하였다. 2g의 플럭토오스(Sigma-aldrich)와 200 mM 염화백금산(Sigma-aldrich) 0.3 ml를 잘 분산된 그래핀 옥사이드 수용액에 첨가하고, 모든 시약들이 잘 분산되도록 다시 초음파 처리를 하였다. 분산된 용액을 직류 전원공급기(KSL-50/200GD, KOREA SWITCHING)가 연결된 용액 플라즈마 장비를 통해 200 rpm에서 스터링을 해주면서 플라즈마 출력 6 kV에서 1시간 동안 플라즈마 환원을 진행하였다. 플라즈마 방전시 작업전극으로는 티타늄 로드를 이용하였으며, 상대전극은 백금 와이어를 이용하였다. 이때, 작업전극과 용액 사이를 5 mm 떨어뜨렸으며, 이 작업전극과 양으로 하전된 용액 사이에 높은 전압차로 인해 플라즈마가 발생된다. 하기 그림은 용액 플라즈마 장비를 보여주고 있다. 합성된 rGO-Pt용액을 증류수와 이소프로판올을 이용해 각각 3번 원심분리와 세척을 진행한 후 20 ml의 이소프로판올에 분산시켰다. 환원된 그래핀 옥사이드 기반 백금 나노입자를 확인하기 위해 투과전자현미경을 이용하여 측정하였다.
실시예 2. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액 제조방법 - 플라즈마 출력 변경
상기 실시예 1에서 플라즈마 출력을 4 kV에서 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제조하였다.
비교예 1. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액 제조방법 - 플럭토오스 미첨가
상기 실시예 1에서 플럭토오스를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제조하였다.
비교예 2. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액 제조방법 - 염화백금산 미첨가
상기 실시예 1에서 염화백금산을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제조하였다.
비교예 3. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액 제조방법- 플럭토오스 및 염화백금산 미첨가
상기 실시예 1에서 플럭토오스와 염화백금산을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제조하였다.
비교예 4. 플라즈마 방전 없이 열처리에 의한 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액 제조
상기 실시예 1에서 플라즈마 방전을 이용하지 않고, 80℃에서 3시간 동안 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제조하였다.
비교예 5. 플라즈마 방전 처리된 플럭토오스 용액의 제조
2 g의 플럭토오스와 20 ml의 증류수로 제조된 플럭토오스 용액을 플라즈마 출력 6 kV에서 1시간동안 처리된 용액을 제조하였다.
실험예 1. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 육안 평가
실시예 1, 3, 4, 5 및 비교예 1에서 제조된 고분산성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 그래핀 옥사이드의 환원된 정도를 육안으로 확인하였다. 일반적으로 그래핀 옥사이드는 갈색을 띠고 있지만, 환원 과정 동안 검은색으로 변화하는 성질을 갖고 있다.
도 2는 사진이미지를 보여주고 있다. 이를 통해 실시예 1과 실시예 4에서 용액의 색깔이 검은색으로 변화함으로써 그래핀 옥사이드가 환원된 것을 확인할 수 있었으며, 이는 플럭토오스의 첨가가 그래핀 옥사이드와 백금 나노입자의 환원에 영향을 미치는 것을 나타낸다.
실험예 2. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 플라즈마 처리 시간에 따른 pH 의 변화
도 3은 플라즈마 처리 시간에 따른 혼합 용액의 pH변화를 보여주고 있다. 이는 플럭토오스를 첨가한 경우와 플럭토오스를 첨가하지 않은 동일한 조건의 실험을 비교하면, 플럭토오스를 첨가한 경우에 보다 큰 pH의 변화를 확인할 수 있다. 이는 플라즈마 처리에 의해 플럭토오스 내의 수소 원자가 수소 이온으로 해리되어 나와 pH가 감소됐기 때문이다. 이 수소 이온에 의해 그래핀 옥사이드와 백금 나노입자의 환원이 진행되게 된다.
실험예 3. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 HPLC 분석
플럭토오스 처리에 따른 그래핀 옥사이드와 금속 전구체의 환원을 확인하기 위해 HPLC 분석을 수행하였다. 구체적으로 실시예 1에서 제작된 용액을 원심분리기와 시린지 필터를 이용하여 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자를 제거시킨 나머지 용액에 대해 HPLC 분석을 수행하였다. 결과는 하기 표 1과 같다.
성분 농도 (mg/ml)
1 플럭토오스 74.4 (±0.6)
2 아스코르빈산 4.3 (±0.05)
표 1을 보면, 플라즈마 처리 후에 소량의 아스코르빈산이 생성된 것을 확인할 수 있다. 이는 실험예 2에서 본 봐와 같이 플럭토오스 내의 일부 수소 원자들이 해리가 되어 아스코르빈산으로 전환되기 때문이다. 이렇게 형성된 아스코르빈산과 음으로 하전된 전극에서 발생하는 전자에 의해 그래핀 옥사이드와 금속 전구체를 환원시키게 된다.
실험예 4. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 모폴로지 확인
실시예 1, 2에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 기반 백금 나노입자의 모폴로지를 확인하기 위해 투과전자현미경을 이용하여 측정하였다.
도 4는 투과전자현미경의 이미지를 보여주고 있으며, (a)는 실시예 1에서 얻은 환원된 그래핀 옥사이드 기반 백금 나노입자의 투과전자현미경 이미지를, (b)는 실시예 2에서 얻은 환원된 그래핀 옥사이드 기반 백금 나노입자의 투과전자현미경 이미지를 보여주고 있다. 플라즈마의 출력이 4 kV 보다 6 kV에서 보다 고르고, 많은 백금 나노입자가 형성됨을 확인할 수 있다.
실험예 5. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 엑스선 회절 패턴 확인
실시예 1, 2에서 제조된 환원된 그래핀 옥사이드 기반 백금 나노입자의 엑스선 회절 패턴을 측정하였다.
도 5는 엑스선 회절 패턴의 이미지를 보여주고 있으며, 2 세타=24.2도 부근에서 환원된 그래핀 옥사이드와 연관된 피크와 면심입방구조를 갖는 백금의 회절 피크와 일치하는 2 세타=39.4도, 45.9도, 66.88도, 80.1도에서 피크를 보이고 있다.
실험예 6. 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 이용한 필름 제작
실시예 1, 4에서 제조된 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 백금 나노입자 분산액을 슬라이드 글라스 위에 떨어뜨린 후, 2,000 rpm에서 스핀코팅법을 통해 제작된 필름을 제작하였다. 그 필름의 두께는 떨어뜨린 방울 수로 조절하였다.
도 6은 제작된 필름의 투과도에 따른 면저항을 보이고 있다. 그래핀 옥사이드는 약 1012 Ω/sq 의 표면 저항을 갖고 있지만, 본 연구에서 얻은 환원된 그래핀 옥사이드의 표면저항은 그 보다 훨씬 작은 값을 갖는다. 이를 통해 그래핀 옥사이드가 환원된 사실을 알 수가 있다.

Claims (17)

  1. (i) 그래핀 옥사이드, 금속 나노입자 전구체 및 당류를 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
    (ii) 상기 혼합 용액에 플라즈마를 처리하는 단계;
    를 포함하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (i) 단계에서의 당류는 플럭토오스(fructose), 글루코오스(glucose), 갈락토오스(galactose), 슈크로오스(sucrose), 말토오스(maltose), 락토오스(lactose) 및 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (i) 단계에서의 당류의 농도는 0.01 내지 10 M 인 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (i) 단계에서의 그래핀 옥사이드의 농도는 0.01 내지 99 wt%인 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (i) 단계에서의 금속 나노입자 전구체는 백금(Pt), 금(Au), 니켈(Ni), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 바나듐(V), 철(Fe), 텅스텐(W), 은(Ag), 구리(Cu) 및 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 화합물인 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기(i) 단계에서의 금속 나노입자 전구체의 농도는 0.01 내지 1000 mM인 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (i)단계에서의 혼합 용액의 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란, 클로로포름, 아세톤, 아세토나이트릴 및 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 (ii) 단계에서의 플라즈마 처리는 직류전원(DC), 교류전원(AC), 또는 마이크로웨이브 전원을 플라즈마 반응기 내에 위치한 제 1전극과 제 2전극에 인가하여 제 1전극과 제 2전극 사이에 발생하는 플라즈마를 이용하는 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 (ii) 단계에서의 플라즈마 처리 온도는 1 내지 80 ℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 (ii) 단계에서의 플라즈마 처리시, 상기 혼합 용액의 혼합 속도는 1 내지 2,000 rpm인 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 (ii) 단계에서의 플라즈마 처리시, 플라즈마의 출력은 1 내지 50 kV 의 직류전원의 전압, 1 내지 100 mA의 전류, 그리고 1 내지 1000 W의 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 (ii) 단계에서의 플라즈마 처리시, 제 1전극은 상기 혼합 용액 위로 1 내지 10mm의 간격으로 위치하며, 그리고 제 2전극은 상기 혼합 용액 내로 담가 놓은 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 제 1전극이 음으로 하전되고, 제 2전극이 양으로 하전되거나, 혹은 제 1전극이 양으로 하전되고, 제 2전극이 음으로 하전된 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액의 제조방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액.
  15. (i) 그래핀 옥사이드, 금속 나노입자 전구체 및 당류를 포함하는 혼합 용액을 제조하는 단계;
    (ii) 상기 혼합 용액에 플라즈마를 처리하여 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 제조하는 단계; 및
    (iii) 상기 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 분산액을 기재 상에 도포하는 단계; 를 포함하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 혼합 용액의 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란, 클로로포름, 아세톤, 아세토나이트릴 및 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름의 제조방법.
  17. 제15항 또는 제16항의 방법으로 제조된 고분산성의 환원된 그래핀 옥사이드 기반 금속 나노입자 필름.
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