KR101717911B1 - Manufacturing method of electrodeposited ZnO nanorod on carbon nanofiber and electrodes comprising the carbon nanofiber therefrom - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a carbon nanofiber on which a zinc oxide nanorod has grown and, more particularly, to a method including: a) a step of preparing a mixed solution by stirring polyacrylonitrile (PAN) polymer-added N,N-dimethylformamide (DMF); b) a step of preparing a polymer nanofiber by performing electrospinning on the mixed solution; c) a step of manufacturing the carbon nanofiber by calcining the polymer nanofiber at 500 to 2,000 degrees Celsius; and d) a step of growing the zinc oxide nanorod on the carbon nanofiber by electrochemical deposition, wherein the shape of a terminal end part of the zinc oxide nanorod is adjustable by electrochemical deposition. Further, the present invention relates to the carbon nanofiber on which the zinc oxide nanorod has grown that is manufactured by the same, and an electrode and a photoelectrochemical battery using the same.

Description

전기화학증착법을 통한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법 및 이로부터 제조된 탄소 나노섬유를 포함하는 전극{Manufacturing method of electrodeposited ZnO nanorod on carbon nanofiber and electrodes comprising the carbon nanofiber therefrom}[0001] The present invention relates to a method of manufacturing carbon nanofibers grown from zinc oxide nanorods by electrochemical deposition, and to an electrode comprising carbon nanofibers prepared therefrom,

본 발명은 전기화학증착법을 통한 말단부분의 형태조절이 가능한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법과 이로부터 제조된 탄소 나노섬유를 이용한 전극을 제공한다. The present invention provides a method for manufacturing carbon nanofibers grown with zinc oxide nanorods capable of controlling the shape of a terminal portion through an electrochemical deposition method and an electrode using the carbon nanofibers prepared therefrom.

본 발명은 태양광을 조사를 통한 물분해 과정을 이용한 수소 생산에 적합한 전극으로서, 전기화학증착법을 통한 말단부분의 형태조절이 가능한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 제공한다. The present invention provides a carbon nanofiber in which zinc oxide nanorods capable of regulating the shape of a terminal portion by electrochemical deposition are suitable for hydrogen production using water decomposition process through irradiation of sunlight.

산화아연은 에너지 밴드갭이 3.37eV를 가지는 반도체 물질로서 태양전지, 압전소자, 가스센서, 수퍼캐패시터, 리튬이온전지 양극에 활용되고 있다. 태양광을 조사하여 물분해 과정을 통한 수소생산을 하는 기술에서 핵심적인 요소는 반도체 재료의 양자효율과 광여기된 전자의 수명을 들 수 있는데, 산화아연은 양자효율이 낮고 광여기된 전자의 수명이 짧아 산화아연을 단독으로 사용하여 태양광을 조사를 통한 물분해 과정을 이용한 수소생산 부분에 활용하기에는 어렵다는 문제점을 갖고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명자는 말단의 형태를 조절하여 산화아연 나노로드를 전기화학증착법으로 탄소 나노섬유 표면상에 성장시켜 제조한 뒤 이를 수소생산용 전극으로 사용하여 수용액 상에서 태양광을 조사를 통한 물분해를 이용한 수소생산에 응용하였다.Zinc oxide is a semiconductor material having an energy band gap of 3.37 eV and is utilized in solar cells, piezoelectric devices, gas sensors, super capacitors, and lithium ion battery electrodes. A key element in the technology of hydrogen production through water degradation by irradiating sunlight is the quantum efficiency of the semiconductor material and the lifetime of the photoexcited electron. The zinc oxide has a low quantum efficiency and a long lifetime It is difficult to utilize the zinc oxide alone in the hydrogen production part using the water decomposition process through the irradiation of sunlight. In order to solve this problem, the inventors of the present invention prepared nanotubes of zinc oxide on the surface of carbon nanofibers by electrochemical deposition method by adjusting terminal shape and then used it as an electrode for hydrogen production to irradiate sunlight in an aqueous solution Hydrogen production using water was applied to hydrogen production.

기존의 산화아연을 탄소 나노섬유 상에 성장시키는 기술로는 다음과 같은 방법이 있다. 대한민국 공개특허 10-2013-0067870호는 무전해 도금법으로 산화아연 나노로드를 탄소섬유에 성장시킨다. 여기서 산화아연의 역할은 탄소섬유의 강도를 향상시키는데 중점을 두고 있으며 수소 생산을 위한 전극소재와는 관련성이 없으며 또한 대한민국 공개특허 제10-2010-0086592호는 수열합성법을 이용하여 산화아연 로드를 제조할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 그러나 나노로드를 제조시 포토레지스터 패턴이 꼭 필요하여 제조단계가 복잡하다는 단점이 있다. The following techniques are available for growing conventional zinc oxide on carbon nanofibers. Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0067870 grows zinc oxide nano-rods on carbon fibers by electroless plating. Here, the role of zinc oxide is focused on improving the strength of the carbon fiber and is not related to the electrode material for hydrogen production. Also, Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0086592 discloses a method of manufacturing a zinc oxide rod by hydrothermal synthesis And how to do it. However, there is a disadvantage in that a manufacturing step is complicated because a photoresist pattern is necessary when manufacturing a nano rod.

이러한 방법을 통해서 제조된 산화아연은 분포가 균일하지 않고 형태 조절이 비교적 어려운 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 고가의 장비를 필요로 하지 않으며 비교적 단순한 공정에 의하여 전기화학증착법을 통한 형태조절이 가능한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 제조하고 이를 수소생산용 전극으로 사용하여 태양광 조사를 통한 물분해 과정을 이용한 수소생산에 활용하는 방법을 제시하고자 한다. The zinc oxide produced by this method has a disadvantage in that the distribution is not uniform and the shape control is relatively difficult. In order to solve this problem, the inventors of the present invention prepared carbon nanofibers grown with zinc oxide nanorods that can be controlled in shape through electrochemical deposition by a relatively simple process, And to propose a method to utilize it in the production of hydrogen using the water decomposition process through solar irradiation.

한국 공개특허 제2013-0067870호Korean Patent Publication No. 2013-0067870 한국 공개특허 제2010-0086592호Korea Patent Publication No. 2010-0086592

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 탄소섬유가 가지고 있는 큰 비표면적과 전기적인 특성과 함께, 산화아연에 의한 촉매적인 활성을 모두 이용할 수 있는 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 제조하는 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention relates to a method for producing carbon nanofibers grown with zinc oxide nanorods capable of utilizing both the specific surface area and electrical characteristics of carbon fibers and the catalytic activity of zinc oxide ≪ / RTI >

또한, 본 발명은 상기 방법에 따라 탄소 나노섬유 상에 산화아연을 균일하게 증착시키고 산화아연 나노로드의 말단부분 형태를 용이하게 조절함으로써, 이를 포함한 전극을 이용하여 태양광 조사를 통한 물분해 시 수소생산 효율을 증대시키고자 한다. In addition, according to the present invention, zinc oxide is uniformly deposited on carbon nanofibers according to the above method, and the end portion shape of the zinc oxide nano-rod is easily controlled. Thus, And to increase production efficiency.

본 발명의 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법은, a) 폴리아크로니트릴(PAN) 고분자를 N,N-디메틸포름아미드(DMF)에 첨가하여 교반함으로써 혼합 용액을 제조하는 단계; b) 상기 혼합 용액을 전기 방사하여 고분자 나노섬유를 제조하는 단계; c) 상기 고분자 나노섬유를 500 내지 2000℃에서 소성하여 탄소 나노섬유를 제조하는 단계; 및 d) 전기화학증착법을 통해 상기 탄소 나노섬유 상에 산화아연 나노로드를 성장시키는 단계를 포함하는 것이다.A method for producing a carbon nanofiber in which a zinc oxide nano-rod of the present invention is grown comprises the steps of: a) preparing a mixed solution by adding a polyacronitrile (PAN) polymer to N, N-dimethylformamide (DMF) and stirring the mixture; b) electrospinning the mixed solution to produce a polymer nanofiber; c) firing the polymer nanofibers at 500 to 2000 占 폚 to produce carbon nanofibers; And d) growing zinc oxide nanorods on the carbon nanofibers through electrochemical deposition.

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, a) 단계의 혼합 용액이 총 중량을 기준으로, 5 내지 20 중량%의 PAN을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the production process of the present invention, the mixed solution of step a) may comprise 5 to 20% by weight of PAN, based on the total weight.

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, b) 단계의 전기 방사 시 5 내지 100kV의 전압이 인가될 수 있다.According to an embodiment of the manufacturing method of the present invention, a voltage of 5 to 100 kV may be applied during the electrospinning of step b).

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, c) 단계의 고분자 나노섬유가 500℃ 내지 1500℃에서 소성될 수 있다.According to one embodiment of the production method of the present invention, the polymer nanofibers of step c) can be calcined at 500 ° C to 1500 ° C.

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, 고분자 나노섬유의 소성이 1 내지 4시간동안 이루어질 수 있다.According to one embodiment of the production method of the present invention, the firing of the polymer nanofibers can be performed for 1 to 4 hours.

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, d) 단계가 50℃ 내지 80℃에서 수행될 수 있다.According to one embodiment of the production process of the present invention, step d) can be carried out at 50 캜 to 80 캜.

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, d) 단계에서 산화아연의 전구체로서 아세트산 아연, 염화아연 또는 질산아연이 사용될 수 있다.According to one embodiment of the production process of the present invention, zinc acetate, zinc chloride or zinc nitrate may be used as a precursor of zinc oxide in step d).

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, 상기 산화아연 전구체는 0.1 mM에서 5 mM의 농도로 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the zinc oxide precursor may be used at a concentration of 0.1 mM to 5 mM.

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, d) 단계의 전기화학증착법 수행 시 전해질로서 염화칼륨이 사용될 수 있다.According to one embodiment of the production method of the present invention, potassium chloride may be used as an electrolyte in performing electrochemical deposition in step d).

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, 상기 염화칼륨의 농도가 0.1 mM 내지 0.5 mM일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the concentration of the potassium chloride may be 0.1 mM to 0.5 mM.

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, d) 단계에서 1V 에서 20V 의 전압을 인가하여 전기화학증착법을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the manufacturing method of the present invention, the electrochemical deposition method may be performed by applying a voltage of 1 V to 20 V in step d).

본 발명의 제조방법의 일 실시예에 따르면, d) 단계가 15분에서 5시간 동안 수행될 수 있다.According to one embodiment of the production process of the present invention, step d) can be carried out for 15 minutes to 5 hours.

본 발명의 전극은 전술한 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 상기 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 이용하는 것이다.The electrode of the present invention uses the carbon nanofibers on which the zinc oxide nano-rods grown according to the manufacturing method of the present invention described above are grown.

본 발명의 전극의 일 실시예에 따르면, 산화아연 나노로드가100 nm 내지 1 μm의 길이를 가질 수 있다.According to one embodiment of the electrode of the present invention, the zinc oxide nanorods may have a length of 100 nm to 1 占 퐉.

본 발명의 전극의 일 실시예에 따르면, 산화아연 나노로드의 직경이 20 nm 내지 300 nm의 범위를 가질 수 있다.According to one embodiment of the electrode of the present invention, the diameter of the zinc oxide nano-rods may range from 20 nm to 300 nm.

본 발명의 전극의 일 실시예에 따르면, 탄소 나노섬유의 길이가 100 nm 내지 10 μm의 범위일 수 있다.According to one embodiment of the electrode of the present invention, the length of the carbon nanofibers may range from 100 nm to 10 mu m.

본 발명의 전극의 일 실시예에 따르면, 탄소 나노섬유의 직경이 50 nm 내지 2 μm범위일 수 있다.According to one embodiment of the electrode of the present invention, the diameter of the carbon nanofibers may range from 50 nm to 2 [mu] m.

본 발명의 전극의 일 실시예에 따르면, 탄소 나노섬유의 종횡비가 2 내지 100범위일 수 있다.According to one embodiment of the electrode of the present invention, the aspect ratio of the carbon nanofibers may range from 2 to 100. [

본 발명의 전극의 일 실시예에 따르면, 산화아연 나노로드의 말단부분이 오목하거나 볼록한 형태일 수 있다.According to one embodiment of the electrode of the present invention, the terminal portion of the zinc oxide nano-rod may be concave or convex.

본 발명의 광전기화학 전지는 전술한 본 발명의 전극, 전해질 및 상대전극을 포함하는 것이다.The photoelectrochemical cell of the present invention includes the above-described electrode, electrolyte, and counter electrode of the present invention.

본 발명에 따른 제조방법은 기존의 수열합성법보다 더욱 간단하며 산화아연의 형태 및 길이를 비교적 쉽게 조절할 수 있다. 또한, 전기화학증착법으로 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유는 기존의 산화아연 입자가 가지고 있는 특성에 탄소섬유가 가지고 있는 큰 비표면적과 전기적인 특성을 가지고 있을 뿐 아니라, 그 위에 성장된 산화아연 나노로드로 인해 촉매적인 활성을 추가적으로 활용할 수 있다. The production process according to the present invention is simpler than the conventional hydrothermal synthesis method, and the shape and length of zinc oxide can be relatively easily controlled. In addition, the carbon nanofibers grown with zinc oxide nanorods by the electrochemical vapor deposition method have a large specific surface area and electric characteristics possessed by the conventional zinc oxide particles, Zinc nanorods can additionally utilize catalytic activity.

나아가, 본 발명에 따르면 고가의 장비를 필요로 하지 않으며 비교적 단순한 공정에 의하여 말단부분의 형태조절이 가능한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 제조할 수 있으며, 이를 수소발생용 전극으로 사용하여 태양광 조사를 통한 물분해 과정을 이용한 수소생산에 활용할 수 있다. Further, according to the present invention, it is possible to manufacture carbon nanofibers grown with zinc oxide nanorods which do not require expensive equipment and can control the shape of the terminal portions by a relatively simple process, It can be used for hydrogen production using water decomposition process through solar irradiation.

도 1 은 본 발명의 실시예 1의 방법으로 제조한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1의 방법으로 제조한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 EDX사진이다.
도 3 은 본 발명의 실시예 2의 방법으로 제조한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 SEM 사진이다.
도 4 은 본 발명의 실시예 2의 방법으로 제조한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 EDX 사진이다.
도 5 은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 방법으로 제조한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유 및 탄소 나노섬유의 X선 회절 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 방법으로 제조한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 수소생산용 전극으로 사용하여 태양광 조사를 통한 물분해 과정을 이용하여 생성된 수소의 양을 시간 별로 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 방법으로 제조한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 수소생산용 전극으로 사용하였을 때, 태양광 조사를 통한 물분해 과정을 이용하여 생성된 수소 발생 속도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1(왼쪽) 및 실시예 2(오른쪽)에 의해서 생성된 산화아연 나노로드의 말단부분을 도식화한 그림이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 질소 흡탈착 곡선 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예의 밴드 갭 에너지를 알 수 있는 쿠벨카 뭉크(Kubelka munk) 함수 변환 그래프이다.
1 is an SEM photograph of a carbon nanofiber grown with zinc oxide nanorods prepared by the method of Example 1 of the present invention.
2 is an EDX photograph of a carbon nanofiber grown with zinc oxide nanorods prepared by the method of Example 1 of the present invention.
3 is an SEM photograph of a carbon nanofiber grown with zinc oxide nanorods prepared by the method of Example 2 of the present invention.
4 is an EDX photograph of a carbon nanofiber grown with zinc oxide nanorods prepared by the method of Example 2 of the present invention.
FIG. 5 is an X-ray diffraction (XRD) graph of carbon nanofibers and carbon nanofibers grown with zinc oxide nanorods prepared by the methods of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the results of the water decomposition process using the carbon nanofibers grown by the zinc oxide nano-rods prepared by the methods of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, FIG. 2 is a graph showing the amount of hydrogen generated by the hydrogen generator according to time. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the results of the water decomposition process by the irradiation of sunlight when the carbon nanofibers grown by the zinc oxide nano-rods prepared by the methods of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 of the present invention were used as electrodes for hydrogen production And the hydrogen production rate is shown in FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating the end portions of the zinc oxide nano-rods produced by Example 1 (left) and Example 2 (right) of the present invention. FIG.
9 is a graph of nitrogen adsorption / desorption curves of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 of the present invention.
10 is a Kubelka munk function conversion graph showing the band gap energies of the first, second and comparative examples of the present invention.

본 발명의 일 구현예는 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법을 제공한다. 이하에서는 이에 대해 보다 구체적으로 설명한다. One embodiment of the present invention provides a method for producing carbon nanofibers grown with zinc oxide nanorods. Hereinafter, this will be described in more detail.

상기 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법은 하기 단계를 포함한다. The method for producing the carbon nanofibers grown with the zinc oxide nanorod includes the following steps.

a) 폴리아크로니트릴(PAN) 고분자를 N,N-디메틸포름아미드(DMF)에 첨가하여 교반함으로써 혼합 용액을 제조하는 단계; a) preparing a mixed solution by adding a polyacronitrile (PAN) polymer to N, N-dimethylformamide (DMF) and stirring;

b) 상기 혼합 용액을 전기 방사하여 고분자 나노섬유를 제조하는 단계;b) electrospinning the mixed solution to produce a polymer nanofiber;

c) 상기 고분자 나노섬유를 500 내지 2000℃에서 소성하여 탄소 나노섬유를 제조하는 단계; 및c) firing the polymer nanofibers at 500 to 2000 占 폚 to produce carbon nanofibers; And

d) 전기화학증착법을 통해 상기 탄소 나노섬유 상에 산화아연 나노로드를 성장시키는 단계. d) growing zinc oxide nanorods on the carbon nanofibers through electrochemical deposition.

상기 단계들은 크게 전기 방사 용액을 제조하는 단계(단계 a), 고분자 나노섬유를 제조하는 단계(단계 b), 탄소 나노섬유를 제조하는 단계(단계 c) 및 전기화학증착법을 이용하여 상기 고분자 나노섬유 상에 산화아연을 증착하는 단계 (단계 d)를 포함한다.The steps are generally divided into a step (a) of producing an electrospinning solution, a step (b) of producing a polymer nanofiber, a step (c) of producing a carbon nanofiber, and a step (Step d). ≪ / RTI >

전기 방사용 용액의 제조Manufacture of Electrospray Solutions

먼저, 고분자 나노섬유를 제조하기 위하여, 전기 방사용 용액을 제조한다. 본 발명의 일 구현예로서, 전기 방사용 용액은 폴리아크로니트릴(PAN) 고분자를 N,N-디메틸포름아미드(DMF)에 첨가하여 교반함으로서 얻어지는 혼합 용액일 수 있다. 상기 혼합 용액은 총 중량을 기준으로, 약 5 내지 20 중량% 의 PAN을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 약 10내지 15 중량%의 PAN을 포함할 수 있다. First, an electrolytic solution is prepared to prepare polymer nanofibers. In an embodiment of the present invention, the electrolytic solution may be a mixed solution obtained by adding a polyacronitrile (PAN) polymer to N, N-dimethylformamide (DMF) and stirring. The mixed solution may contain about 5 to 20 wt% of PAN, preferably about 10 to 15 wt% of PAN, based on the total weight.

본 발명의 일 구현예에서, DMF 9 중량부에 대하여 1 중량부의 PAN을 첨가하여60℃에서 4시간 교반하고, 상온에서 12시간 교반하여 10 중량%의 PAN 용액을 제조하고 60℃에서 12시간 교반함으로써, 연갈색의 PAN/DMF 혼합용액을 제조할 수 있다. In one embodiment of the present invention, 1 part by weight of PAN was added to 9 parts by weight of DMF, and the mixture was stirred at 60 DEG C for 4 hours and then stirred at room temperature for 12 hours to prepare a 10% by weight PAN solution. , A light brown PAN / DMF mixed solution can be prepared.

고분자 나노섬유의 제조Manufacture of Polymer Nanofibers

상기 얻어진 혼합 용액을 전기방사 장치를 이용하여 방사하여 고분자 나노섬유를 제조한다. 상가 전기방사 장치는 방사용액을 정량적으로 투입할 수 있는 정량펌프에 연결된 방사노즐, 고전압 발생기, 방사된 섬유 층을 형성시킬 전극 등으로 이루어질 수 있다. 접지된 금속판을 음극으로 사용하고, 시간당 토출량이 조절되는 펌프가 부착된 방사노즐을 양극으로 사용한다. 전압을 인가하고 용액 토출 속도를 조절하여 상기 전압은 약 5 내지 100 kV, 상기 토출 속도는 약 10 내지 200 μl/분으로 조절하여 직경이 약 700 내지 900 nm인 고분자 나노섬유를 제조할 수 있다. The obtained mixed solution is spun using an electrospinning apparatus to produce polymer nanofibers. The commercial electrospinning apparatus can be composed of a spinning nozzle connected to a metering pump capable of quantitatively injecting a spinning solution, a high voltage generator, and an electrode for forming a spun fiber layer. A grounded metal plate is used as the negative electrode, and a spinning nozzle equipped with a pump whose discharge rate is adjusted per hour is used as an anode. The polymer nanofiber having a diameter of about 700 to 900 nm can be prepared by adjusting the solution discharge rate and the voltage to about 5 to 100 kV and the discharge rate to about 10 to 200 μl / min.

탄소 나노섬유 제조Manufacture of carbon nanofibers

상기 얻어진 고분자 나노섬유는 열처리되어 탄소 나노섬유로 얻어진다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 고분자 나노섬유의 소성은 약 500 내지 2000℃에서 이루어지며, 바람직하게는 약 500℃ 내지 1500℃, 더욱 바람직하게는 약 600℃ 내지 1400℃에서 질소 분위기 하에서 소성된다. 상기 소성은 약 1 내지 4시간 동안 실시될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 탄소 나노섬유의 직경은 약 50nm 에서 2μm일 수 있다. 또한 발명의 일 구현예에서 상기 탄소 나노섬유의 길이는 약 50nm 내지 10μm이거나, 바람직하게는 약 100nm 내지 2μm의 범위일 수 있다. 탄소 나노섬유의 종횡비는 2 내지 100 범위이다. The obtained polymer nanofiber is heat-treated to obtain carbon nanofibers. In one embodiment of the present invention, the firing of the polymer nanofibers is performed at about 500 to 2000 ° C, preferably about 500 to 1500 ° C, more preferably about 600 to 1400 ° C, under a nitrogen atmosphere . The firing can be carried out for about 1 to 4 hours. In an embodiment of the present invention, the diameter of the carbon nanofibers may be about 50 nm to 2 μm. In one embodiment of the present invention, the length of the carbon nanofibers may be about 50 nm to 10 mu m, or preferably about 100 nm to 2 mu m. The aspect ratio of the carbon nanofibers is in the range of 2 to 100.

전기화학증착법을 이용한 말단부분의 형태조절이 가능한 산화아연 Zinc oxide which can control the shape of the terminal part by electrochemical vapor deposition 나노로드가Nanorod 성장된 탄소 나노섬유의 제조 Fabrication of grown carbon nanofibers

전기화학증착법을 이용하여 상기 얻어진 탄소 나노섬유의 표면에 형태조절이 가능한 산화아연 나노로드를 성장시킬 수 있다. Zinc oxide nanorods capable of controlling the morphology can be grown on the surface of the obtained carbon nanofibers by electrochemical deposition.

산화아연 나노로드의 말단부분의 형태조절을 통해 수소 생성 효율이 현저히 증가할 수 있으며, 구체적으로 말단 부분에 형태에 따라 빛 흡수율을 조절함으로써 수소 생성 속도 등을 제어하여, 생성 효율을 현저히 증가시킬 수 있다. 말단부분의 형태는 도 8에 도시된 바와 같이 오목하거나 볼록할 수 있으며, 오목한 말단부분을 가지는 경우, 에너지 밴드 갭이 작아 더 많은 빛을 흡수하고, 이에 따라 수소 생성 효율이 더욱 향상될 수 있다.The hydrogen production efficiency can be remarkably increased by controlling the shape of the terminal portion of the zinc oxide nano-rod. Specifically, by controlling the light absorption rate depending on the shape of the terminal portion, the hydrogen production rate and the like can be controlled, have. The shape of the end portion can be concave or convex as shown in FIG. 8, and when the end portion has a concave end portion, the energy band gap is small, so that more light can be absorbed and thus hydrogen generation efficiency can be further improved.

상기 산화아연 나노로드의 말단부분 형태조절은 성장용액의 성분, 이들의 농도, 전기화학증착법의 공정 조건 등을 통해 구현될 수 있다.The end portion shape control of the zinc oxide nano-rods can be realized through the components of the growth solution, their concentration, the process conditions of the electrochemical deposition method, and the like.

전기화학증착법은 성장 용액에 시료를 넣고 약 50℃ 내지 80℃의 저온 상태에서 전기장을 인가하여 비교적 짧은 시간 동안에 수직 정렬된 1차원 나노구조를 화학적으로 합성한다. 전기화학증착은 삼전극 시스템을 이용하여 얻어진다. 삼전극 시스템은 기준전극, 상대전극, 작동전극으로 구성되며 증착을 하고자 하는 금속의 전구체를 전해질과 수용액상에 첨가하여 전해질과 일정 전압 또는 전류를 인가하여 시료에 전기화학증착을 할 수 있다. 이 때 전해질로는, 염화칼륨 등이 사용될 수 있다. In the electrochemical deposition, a sample is placed in a growth solution and an electric field is applied at a low temperature of about 50 ° C to 80 ° C to chemically synthesize a vertically aligned one-dimensional nanostructure in a relatively short time. Electrochemical deposition is achieved using a three electrode system. The three-electrode system is composed of a reference electrode, a counter electrode, and a working electrode. The precursor of the metal to be deposited is added to the electrolyte and the aqueous solution, and electrochemical deposition can be performed on the sample by applying a constant voltage or current to the electrolyte. As the electrolyte, potassium chloride and the like may be used.

본 발명의 일 구현예로, 성장 용액에는 산화아연의 전구체로서 아세트산 아연, 염화아연 또는 질산아연 등이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 전기화학증착시 상기 산화아연의 농도는 약 0.1mM에서 5mM일 수 있으며, 바람직하게는 약 0.25mM에서 0.5 mM이다. 본 발명의 일 구현예에서 전기화학증착 시간은 약 15분에서 5시간이며, 바람직하게는 30분에서 3시간 범위일 수 있다. 전기화학증착은 -1 V내지 -20 V이 인가된 전기장에서 수행된다. 또한 발명의 일 구현예에서 제조되는 산화아연의 길이는 약 100nm 내지 1μm 일 수 있으며, 바람직하게는 약 450nm에서 500nm이다. 산화아연 나노로드의 직경은 약 20 nm내지 300nm의 범위를 가질 수 있다. In one embodiment of the present invention, as the precursor of zinc oxide, zinc acetate, zinc chloride, zinc nitrate, or the like may be used for the growth solution. In one embodiment of the invention, the concentration of zinc oxide during electrochemical deposition may be from about 0.1 mM to 5 mM, preferably from about 0.25 mM to 0.5 mM. In one embodiment of the invention, the electrochemical deposition time is from about 15 minutes to 5 hours, preferably from 30 minutes to 3 hours. The electrochemical deposition is performed in an electric field of -1 V to -20 V applied. The length of the zinc oxide produced in one embodiment of the invention can also be about 100 nm to 1 μm, preferably about 450 nm to 500 nm. The diameter of the zinc oxide nanorod may range from about 20 nm to 300 nm.

본 발명의 다른 구현예는, 상기 방법에 의하여 제조된 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 이용한 전극 및 전지를 제공하며, 이들은 태양 에너지 전환 분야에서, 물의 전기분해를 통한 수소 생산에 사용된다. Another embodiment of the present invention provides an electrode and a cell using the carbon nanofibers grown by the zinc oxide nano-rods produced by the above method, and they are used for production of hydrogen through electrolysis of water in the field of solar energy conversion .

특히, 본 발명은 탄소 나노섬유 상에 형태조절이 가능한 산화아연을 증착함으로써, 종래 광촉매로서 사용되는 산화아연의 나노입자에 비하여 2 내지 4배 이상의 수소 생성 효율을 가진다. 또한, 수소 생성 속도가 월등히 빠른데, 이는 탄소 나노섬유의 높은 전기 전도도와 흡착성 및 산화아연 나노로드의 말단부분의 모양 때문이다. Particularly, the present invention has a hydrogen production efficiency of 2 to 4 times or more as compared with zinc oxide nanoparticles used as a conventional photocatalyst by depositing zinc oxide capable of controlling the morphology on carbon nanofibers. In addition, the rate of hydrogen generation is much faster because of the high electrical conductivity and adsorption of the carbon nanofibers and the shape of the end portions of the zinc oxide nanorods.

실시예Example : :

실시예Example 1 One

디메틸포름아미드 (N, N-Dimethylformamide, DMF) 9중량부에 대하여 1중량부의 폴리아크릴로니트릴 (Polyacrylonitrile, PAN)을 첨가한 혼합 용액 을60℃에서 24시간 300rpm 속도로 교반하여 혼합하였다. 제조된 갈색 콜로이드 혼합물을 27게이지 주사기 바늘을 이용하여 전압 20kV, 방사속도 50 l/분 조건으로 전기 방사하였다. 방사가 끝나면 상온에서 24시간 두었다. 제조된 PAN 섬유를 대기상태에서 5℃/min으로 승온시킨 뒤 250℃에서 20분간 유지하였다. 이후 질소분위기에서 250℃에서 10분간 유지하였다. 그 후 750℃까지 5℃/min으로 승온시킨 뒤 750℃에서 1시간 유지하였다. 마지막으로 1400℃로 5℃/min으로 승온시킨 뒤 1400℃에서 1시간 유지 후 상온에서 냉각시켰다. A mixed solution prepared by adding 1 part by weight of polyacrylonitrile (PAN) to 9 parts by weight of N, N-dimethylformamide (DMF) was stirred at a temperature of 60 ° C for 24 hours at 300 rpm and mixed. The prepared brown colloid mixture was electrospun using a 27 gauge syringe needle under the conditions of a voltage of 20 kV and a spinning speed of 50 l / min. After the spinning, it was left at room temperature for 24 hours. The prepared PAN fibers were heated at a rate of 5 ° C / min in an atmospheric state and maintained at 250 ° C for 20 minutes. And then maintained at 250 DEG C for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. Thereafter, the temperature was raised to 750 ° C at a rate of 5 ° C / min and then maintained at 750 ° C for 1 hour. Finally, the temperature was increased from 1400 ° C to 5 ° C / min, and the temperature was maintained at 1400 ° C for 1 hour, followed by cooling at room temperature.

이로부터 얻은 탄소 나노섬유를 일정한 크기(1 cm × 3 cm)로 자른 뒤 아세트산 아연 용액 (0.25 mM, 50mL)을 이용하여 전기화학 증착하였다. 기준전극은 Ag/AgCl, 상대전극은 Pt wire, 작동전극은 앞서 제조한 탄소 나노섬유로 사용하고 전해질은 KCl 용액(0.1 mM)을 이용하였다. Water bath를 이용하여 60℃로 10분 정도 유지 후 기준전극 대비 -1V를 인가하여 30분간 유지한 후 80도에서 6시간 건조 후 400℃에서 30분 건조하여 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 제조하였다. The carbon nanofibers obtained were cut into a predetermined size (1 cm x 3 cm) and then electrochemically deposited using a zinc acetate solution (0.25 mM, 50 mL). The reference electrode was Ag / AgCl, the counter electrode was Pt wire, the working electrode was used as the carbon nanofiber prepared above, and the electrolyte was KCl solution (0.1 mM). The solution was maintained at 60 ° C for 10 minutes using a water bath, maintained at -1 V against the reference electrode for 30 minutes, dried at 80 ° C for 6 hours, and dried at 400 ° C for 30 minutes to obtain a carbon nanofiber .

도 1은 실시예 1에서 제조된 탄소 나노섬유의 전자현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다. 산화아연 나노로드는 약 457 ± 5 nm의 길이를 가지는 끝이 오목한 나노로드를 형성한다. Fig. 1 is an electron microscope (SEM) photograph of the carbon nanofibers prepared in Example 1. Fig. The zinc oxide nanorods form a concave nanorod with a length of about 457 ± 5 nm.

도 2 는 실시예 1의 방법으로 제조한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 EDX 사진이며, 산화아연이 탄소 나노섬유 표면에 고르게 분포함을 확인하였다. FIG. 2 is an EDX photograph of the carbon nanofiber grown with the zinc oxide nanorod prepared by the method of Example 1, and it was confirmed that the zinc oxide is evenly distributed on the surface of the carbon nanofiber.

도 5로부터 실시예 1에서 형성된 끝이 오목한 산화아연 나노로드의 결정 형태는 육방정계구조를 가짐을 확인하였다. From FIG. 5, it was confirmed that the crystal form of the zinc oxide nano-rod having the concave end formed in Example 1 had a hexagonal system structure.

도 9로부터 실시예 1에서 형성된 끝이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소나노섬유의 비표면적의 크기는 12.43 m2/g을 가짐을 확인하였다.From FIG. 9, it was confirmed that the specific surface area of the carbon nanofiber having the concave zinc oxide nanorod grown in Example 1 was 12.43 m 2 / g.

도 10으로부터 실시예 1에서 형성된 끝이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소나노섬유의 에너지 밴드 갭의 크기는 3.04 eV을 가짐을 확인하였다.10, it was confirmed that the size of the energy band gap of the carbon nanofiber having the concave zinc oxide nanorod grown in Example 1 was 3.04 eV.

실시예Example 2 2

아세트산 아연 용액의 농도를 0.50 mM, 50 mL로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여, 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 얻었다. Carbon nanofibers grown with zinc oxide nanorods were obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the zinc acetate solution was changed to 0.50 mM and 50 mL.

도 3은 실시예 2에서 제조된 탄소 나노섬유의 전자현미경(SEM) 사진을 나타낸 것이다. 산화아연 나노로드는 약 492 ± 5 nm의 길이를 가지는 끝이 볼록한 나노로드를 형성한다.Fig. 3 is an electron microscope (SEM) photograph of the carbon nanofibers prepared in Example 2. Fig. The zinc oxide nanorods form a convex nano-rod with a length of about 492 ± 5 nm.

실시예 1과 비교하여, 더욱 길고 두꺼우며 조밀한 구조를 가졌다. 이는 아연 전구체의 농도가 높아 ZnO 형성에 도움을 주는 seed 형성이 탄소 나노섬유 표면에서 더욱 잘 일어나기 때문이다. Compared with Example 1, it had a longer, thicker, and dense structure. This is because the concentration of the zinc precursor is so high that the formation of seed which helps in the formation of ZnO occurs more easily on the surface of the carbon nanofibers.

도 4 는 실시예 2의 방법으로 제조한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 EDX 사진이며, 산화아연이 탄소 나노섬유 표면에 고르게 분포함을 확인하였다. FIG. 4 is an EDX image of the carbon nanofiber grown with the zinc oxide nanorod prepared by the method of Example 2, and it was confirmed that zinc oxide is evenly distributed on the surface of the carbon nanofiber.

도 5로부터 실시예 2에서 형성된 끝이 볼록한 산화아연 나노로드의 결정 형태는 육방정계구조를 가짐을 확인하였다. From FIG. 5, it was confirmed that the crystalline form of the zinc oxide nanorod having the convex shape formed in Example 2 had a hexagonal system structure.

도 9로부터 실시예 1에서 형성된 끝이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소나노섬유의 비표면적의 크기는 12.43 m2/g을 가짐을 확인하였다.From FIG. 9, it was confirmed that the specific surface area of the carbon nanofiber having the concave zinc oxide nanorod grown in Example 1 was 12.43 m 2 / g.

도 10으로부터 실시예 1에서 형성된 끝이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소나노섬유의 에너지 밴드 갭의 크기는 3.13 eV을 가짐을 확인하였다.10, it was confirmed that the size of the energy band gap of the carbon nanofiber having the concave zinc oxide nanorod grown in Example 1 was 3.13 eV.

비교예Comparative Example 1 One

Sigma Aldrich 회사의 산화아연 나노입자를 사용하여, 태양광에 의한 물분해에 있어서 광촉매로 사용하였다. The zinc oxide nanoparticles from Sigma Aldrich were used as photocatalysts in water degradation by sunlight.

실험예: 태양광Experimental Example: Photovoltaic 조사를 통한  Through investigation 물분해Water decomposition 과정에서 생성된 수소의 측정 Measurement of hydrogen produced in the process

수소 생성 효율을 측정하기 위하여, 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 산화아연을 이용하여 태양광 조사 시의 물분해 과정을 통한 수소 생성 량을 측정하였다. In order to measure the hydrogen production efficiency, the amount of hydrogen produced through the water decomposition process during the solar irradiation was measured using the zinc oxide of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1.

상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 방법을 통하여 제조한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유 및 산화아연 입자에 대해서 태양광 스펙트럼을 모사할 수 있는 Xe arc lamp (Newport, 300 W)를 조사하면서, 물 분해를 이용한 수소생성의 효율을 측정하였다. 생성된 수소양의 측정은 기체 크로마토그래프 (Agilent GC 6890N)을 이용하여 측정하였다. The carbon nanofibers and zinc oxide particles on which the zinc oxide nano-rods prepared by the methods of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were grown were subjected to Xe arc lamp (Newport, 300 W ), The efficiency of hydrogen production using water decomposition was measured. The measurement of the generated water was performed using a gas chromatograph (Agilent GC 6890N).

구체적으로는 기체가 갖고 있는 고유의 열전도도 차이 값을 이용하여 기체의 정성 정량을 측정할 수 있는 열전도도 탐지기를 이용하여 생성되는 수소의 정성 정량분석을 실시하였다. 시료의 크기는 1 cm × 3 cm로 고정하였다. 태양광에 의해 산화아연은 기본적으로 광전효과에 의해 전자와 정공이 생성되는데 전자가 물 속에 존재하는 프로톤과 결합하여 수소를 형성하게 된다. 이 수소생성반응은 생성되었던 전자와 정공이 재결합하는 반응과 서로 경쟁관계에 있다. 일반적으로 이 재결합 반응을 억제하기 위하여 생성되었던 정공을 없애주는 희생시약을 첨가하여 수소생성 효율을 측정한다.Specifically, the qualitative analysis of hydrogen produced by using the thermal conductivity detector which can measure the qualitative measurement of the gas using the inherent thermal conductivity difference value of the gas was performed. The size of the sample was fixed to 1 cm × 3 cm. By the sunlight, zinc oxide basically generates electrons and holes by the photoelectric effect. Electrons combine with protons present in water to form hydrogen. This hydrogen production reaction is in competition with the reaction of electron and hole recombination. In general, hydrogen production efficiency is measured by adding a sacrificial reagent which eliminates the holes generated to suppress the recombination reaction.

본 실시예에서, 사용한 희생시약으로는 Na2S와 Na2SO3를 각각 0.1M 농도로 고정하여 사용하였다. 상기 방법에 따라 제조된 산화아연이 성장된 탄소 나노섬유를 수소생성용 전극으로 사용하여 태양광 조사를 통한 물분해 과정을 이용한 수소의 생성 특성을 도 6 및 도7 에 도시하였으며, 이를 표 1에 정리하였다.In this example, Na 2 S and Na 2 SO 3 were fixed at a concentration of 0.1 M, respectively, as the sacrificial reagent used. FIGS. 6 and 7 show production characteristics of hydrogen using the water decomposition process by irradiation of sunlight using the carbon nanofibers grown by the above-described method, Respectively.

구분division 비표면적
(cm2/g)
Specific surface area
(cm < 2 > / g)
Band gap
(eV)
Band gap
(eV)
아세트산 아연의 농도 (mM)Concentration (mM) of zinc acetate 전기화학증착 조건
(전압(V), 시간(분))
Electrochemical deposition conditions
(Voltage (V), time (minute))
산화아연의 길이 (nm)Length of zinc oxide (nm) 수소 생성 속도
(μmol/h)
Hydrogen production rate
(μmol / h)
실시예 1Example 1 12.4312.43 3.043.04 0.250.25 -1, 30-1, 30 457457 0.42570.4257 실시예 2Example 2 9.049.04 3.133.13 0.500.50 -1, 30-1, 30 492492 0.22610.2261 비교예 1Comparative Example 1 8.458.45 3.243.24 ZnO : 0.4 mgZnO: 0.4 mg -- 2020 0.01670.0167

표 1에 개시된 바와 같이, 실시예 1이 실시예 2에 비해 수소 생성 속도가 약 2 배 이상 높았다. 이는 산화아연 나노로드의 형태의 차이에 따른 시료의 비표면적과 밴드 갭 에너지의 차이에 의한 것이다. 시료의 비표면적은 실시예 1이 실시예 2보다 약 3 cm2/g 높았으며, 밴드 갭 에너지는 실시예 1이 실시예 2보다 작아 흡수하는 빛의 영역대가 약 11 nm 정도 더 넓어 수소생성속도가 향상되었다.As shown in Table 1, the hydrogen production rate of Example 1 was about two times higher than that of Example 2. This is due to the difference between the specific surface area of the sample and the band gap energy due to the difference in the shape of the zinc oxide nano-rods. The specific surface area of the sample was about 3 cm 2 / g higher than that of Example 2, and the band gap energy of Example 1 was smaller than that of Example 2, .

비교예 1에 비하여 실시예 1의 경우 수소 발생 속도가 약 40배 이상 높았다. 이는 탄소 나노섬유의 높은 전기 전도도와 흡착 특성 및 산화아연의 형태의 차이로부터 기인한 것임을 알 수 있다.The hydrogen generation rate in Example 1 was about 40 times higher than that in Comparative Example 1. It can be seen that this is due to the difference in the electrical conductivity and adsorption characteristics of the carbon nanofibers and the shape of the zinc oxide.

Claims (20)

a) 폴리아크로니트릴(PAN) 고분자를 N,N-디메틸포름아미드(DMF)에 첨가하여 교반함으로써 혼합 용액을 제조하는 단계;
b) 상기 혼합 용액을 전기 방사하여 고분자 나노섬유를 제조하는 단계;
c) 상기 고분자 나노섬유를 소성하여 탄소 나노섬유를 제조하는 단계; 및
d) 전기화학증착법을 통해 상기 탄소 나노섬유 상에 말단부분이 오목한 산화아연 나노로드를 성장시키는 단계를 포함하되;
상기 c) 단계의 소성은 전기방사가 완료된 나노섬유를 5℃/min으로 승온시켜 250℃에서 20분간 유지시키고 다시 750℃까지 5℃/min으로 승온시킨 후 750℃에서 1시간 유지시키고 이후 1400℃까지 5℃/min으로 승온시킨 다음 1400℃에서 1시간 유지시키고,
상기 d) 전기화학증착법은 산화아연 전구체로서 0.25mM의 아세트산 아연을 이용하여 전기증착한 뒤 400℃ 에서 30분간 건조시키는 것을 특징으로 하는,
말단부분이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법.
a) preparing a mixed solution by adding a polyacronitrile (PAN) polymer to N, N-dimethylformamide (DMF) and stirring;
b) electrospinning the mixed solution to produce a polymer nanofiber;
c) firing the polymer nanofibers to produce carbon nanofibers; And
d) growing a zinc oxide nanorod having a concave end portion on the carbon nanofibers through electrochemical deposition;
The firing in the step c) is carried out by heating the electrospun nanofibers at a rate of 5 ° C / min, maintaining the temperature at 250 ° C for 20 minutes, increasing the temperature to 750 ° C at a rate of 5 ° C / min, maintaining the temperature at 750 ° C for 1 hour, To 5 占 폚 / min and then held at 1400 占 폚 for 1 hour,
(D) electrochemical deposition is performed by electrodeposition using 0.25 mM zinc acetate as a zinc oxide precursor, followed by drying at 400 DEG C for 30 minutes.
A method for producing a carbon nanofiber in which a zinc oxide nanorod having a concave end portion is grown.
제 1항에 있어서,
a) 단계의 혼합 용액이 총 중량을 기준으로, 5 내지 20 중량%의 PAN을 포함하는 것을 특징으로 하는 말단부분이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
A method for producing a carbon nanofiber in which a zinc oxide nanorod having a concave end portion is grown is characterized in that the mixed solution of step a) contains 5 to 20 wt% of PAN based on the total weight.
제 1항에 있어서,
b) 단계의 전기 방사 시 5 내지 100kV의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 말단부분이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
wherein a voltage of 5 to 100 kV is applied during the step of electrospinning the b) step.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
d) 단계가 50℃ 내지 80℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 말단부분이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
wherein the step (d) is carried out at 50 to 80 ° C.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
d) 단계의 전기화학증착법 수행 시 전해질로서 염화칼륨이 사용되는 것을 특징으로 하는 말단부분이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
wherein the zinc oxide nanorod having a concave end portion is grown, wherein potassium chloride is used as an electrolyte in the electrochemical deposition process of step (d).
제 9에 있어서,
상기 염화칼륨의 농도가 0.1 mM 내지 0.5 mM 인 것을 특징으로 하는 말단부분이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법.
In the ninth aspect,
Wherein the concentration of the potassium chloride is 0.1 mM to 0.5 mM, and the zinc oxide nanorod having a concave end portion is grown.
제 1항에 있어서,
d) 단계에서 -1V에서 -20V의 전압을 인가하여 전기화학증착법을 수행하는 것을 특징으로 하는 말단부분이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
and a step of applying a voltage of -20 V to a voltage of -1 V to perform electrochemical deposition in step d).
제 1항에 있어서,
d) 단계가 15분에서 5시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 말단부분이 오목한 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
wherein the step d) is carried out for 15 minutes to 5 hours.
제 1항의 방법에 따라 제조되고 말단부분이 오목한 형태를 갖는 산화아연 나노로드가 성장된 탄소 나노섬유를 이용하는 전극. An electrode using the carbon nanofibers produced according to the method of claim 1, wherein the zinc oxide nanorod having a concave end portion is grown. 제 13항에 있어서,
산화아연 나노로드가 100 nm 내지 1μm의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 전극.
14. The method of claim 13,
Wherein the zinc oxide nanorod has a length of 100 nm to 1 m.
제 13항에 있어서,
산화아연 나노로드의 직경이 20nm 내지 300nm의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 전극.
14. The method of claim 13,
Wherein the zinc oxide nanorod has a diameter ranging from 20 nm to 300 nm.
제 13항에 있어서,
탄소 나노섬유의 길이가 100nm 내지 10μm의 범위인 것을 특징으로 하는 전극.
14. The method of claim 13,
Wherein the length of the carbon nanofibers is in the range of 100 nm to 10 mu m.
제 13항에 있어서,
탄소 나노섬유의 직경이 50nm 내지 2μm범위인 것을 특징으로 하는 전극.
14. The method of claim 13,
Wherein the diameter of the carbon nanofibers ranges from 50 nm to 2 mu m.
제 13항에 있어서,
탄소 나노섬유의 종횡비가 2 내지 100 범위인 것을 특징으로 하는 전극.
14. The method of claim 13,
Wherein the aspect ratio of the carbon nanofibers is in the range of 2 to 100. < Desc / Clms Page number 13 >
삭제delete 제 13항에 따른 전극, 전해질 및 상대전극을 포함하는 광전기화학 전지.
An electrochemical cell comprising an electrode, an electrolyte and a counter electrode according to claim 13.
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