KR101786476B1 - 슈퍼커패시터용 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슈퍼커패시터용 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조방법에 관한 것으로서, (a) 그라파이트의 산화반응으로 박리된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계; (b) 유기용매에 테트라부틸티타네이트와 테트라에틸오르도실리케이트 및 고분자 재료를 혼합하여 전기방사를 통해 TiO2/SiO2 섬유를 제조하는 단계; (c) 상기 제조된 TiO2/SiO2섬유를 수산화나트륨용액에 담지하여 가시모양 TiO2섬유를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 그래핀 옥사이드와 상기 가시모양 TiO2섬유를 수열 합성하는 단계; 를 제공한다. 상기와 같은 본 발명에 따르면, 산화반응으로 박리된 그래핀 옥사이드의 제조와 환원된 그래핀 옥사이드와 새로운 모폴로지를 가지는 TiO2를 도입함으로써 우수한 비축전용량과 기공 구조, 낮은 저항 및 우수한 충방전 특성을 갖는 효과가 있다.
Description
본 발명은 슈퍼커패시터용 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그라파이트의 산화반응으로 박리된 그래핀 옥사이드에 새로운 모폴로지를 가지는 TiO2섬유를 합성하여 제조된 슈퍼커패시터용 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 과학과 산업의 급속한 성장, 인구의 증가, 화석연료 고갈과 함께 지구 온난화와 같은 환경문제가 대두되고 있으며, 이로 인해 발생되는 이산화탄소량을 줄이기 위해 친환경 에너지, 하이브리드 전기자동차에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 이에 따라 안정적이고 우수한 에너지 저장장치의 개발이 요구되고 있다.
최근 주목받고 있는 슈퍼커패시터는 축전용량이 굉장히 큰 커패시터로 전해콘덴서와 이차전지의 중간 특징을 갖는 에너지 저장장치이며, 반영구적 수명, 높은 효율, 빠른 충방전, 그리고 전극활물질에서 화학적인 반응이 일어나지 않아 안정성이 높고 사이클 수명도 길다. 이러한 이유로 하이브리드 전기자동차 뿐만 아니라 휴대 가능한 전자 매체등과 같은 곳에서도 이용이 늘고 있다.
슈퍼커패시터의 전극 물질로는 탄소소재, 전이금속 산화물, 전도성 고분자 등이 사용되는데, 탄소소재 중에서도 그래핀은 높은 전기전도도, 기계적 물성, 화학적 안정성 등의 이유로 널리 이용되고 있다. 그러나 순수 그래핀은 합성 및 화학반응에서 층간간격이 좁아지거나 다시 붙어버리는 단점이 있어 다른 소재와의 합성을 통해 이러한 단점을 보완하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그중 전이금속 산화물의 대표적물질인 TiO2는 경제적이며 생물학적, 화학적, 열역학적으로 매우 안정하기 때문에 그래핀과의 합성을 통한 슈퍼커패시터 전극 물질로 사용되고 있다.
이에 본 발명자는 슈퍼커패시터 효율 향상을 목적으로 하는 혁신적인 전극소재를 개발하기 위해 환원된 그래핀 복합체/가시모양 TiO2섬유 제조를 통해 높은 비표면적과 우수한 기공 구조, 낮은 저항, 그리고 반복적인 충방전 과정에서의 안정적인 효율을 특징으로 하는 고효율 슈퍼커패시터용 복합체 제조방법을 제공한다.
본 발명은 고용량 및 우수한 충방전 특성을 갖는 슈퍼커패시터용 섬유 복합체를 제조하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 우수한 비축전용량을 나타내는 환원된 그래핀 옥사이드를 제조하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체를 제조하는 방법으로서, (a) 그라파이트의 산화반응으로 박리된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계; (b) 유기용매에 테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate, TBT)와 테트라에틸오르도실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 및 고분자 재료를 혼합하여 전기방사를 통해 TiO2/SiO2 섬유를 제조하는 단계; (c) 상기 제조된 TiO2/SiO2 섬유를 수산화나트륨용액에 담지하여 가시모양 TiO2섬유를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 그래핀 옥사이드와 상기 가시모양 TiO2섬유를 수열 합성하는 단계; 를 포함한다.
바람직하게는, 상기 산화반응은 황산과 인산을 1:9 내지 10:0 의 부피비로 혼합한 혼합용액에서 실시하며, 상기 고분자 재료는 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolidone, PVP)이다. 또한, 상기 수산화나트륨용액은 1 내지 10 M이며, 상기 (d)단계에서 가시모양 TiO2섬유는 그래핀 옥사이드 100 중량부 대비 5 내지 40 중량부로 합성한다. 또한, 상기 수열합성은 100 내지 250 ℃에서 1 내지 24시간 동안 실시한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 산화반응으로 박리된 그래핀 옥사이드의 제조와 환원된 그래핀 옥사이드와 새로운 모폴로지를 가지는 TiO2를 도입함으로써 우수한 비축전용량과 기공 구조, 낮은 저항 및 우수한 충방전 특성을 갖는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM) 사진이다.
도 2은 본 발명의 일 형태에 따른 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 형태에 따른 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 사이클릭 볼타메트리(Cyclic voltammetry) 곡선이다.
도 2은 본 발명의 일 형태에 따른 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 형태에 따른 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 사이클릭 볼타메트리(Cyclic voltammetry) 곡선이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일 형태에 따라 (a) 그라파이트의 산화반응으로 박리된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계; (b) 유기용매에 테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate, TBT)와 테트라에틸오르도실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 및 고분자 재료를 혼합하여 전기방사를 통해 TiO2/SiO2 섬유를 제조하는 단계; (c) 상기 제조된 TiO2/SiO2 섬유를 수산화나트륨(NaOH)용액에 담지하여 가시모양 TiO2섬유를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 그래핀 옥사이드와 상기 가시모양 TiO2섬유를 수열 합성하는 단계; 를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조 방법을 제공한다.
상기 산화반응은 황산과 인산을 1:9 내지 10:0 의 부피비로 혼합한 혼합용액에서 실시할 수 있으며, 상기 고분자 재료는 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolidone, PVP)일 수 있다. 또한, 상기 수산화나트륨용액은 1 내지 10 M이며, 상기 (d)단계에서 가시모양 TiO2섬유는 그래핀 옥사이드 100 중량부 대비 5 내지 40 중량부로 합성한다. 또한, 상기 수열합성은 100 내지 250 ℃에서 1 내지 24 시간 동안 실시할 수 있다.
상기 본 발명의 일 형태에 따른 본 발명을 구체적으로 설명한다. 먼저 (a)단계는 그라파이트를 산화반응을 실시하여 그래핀 옥사이드로 제조하는 단계로서, 황산과 인산의 혼합용액에 그라파이트와 과망간산칼륨을 첨가하고 50 ℃에서 24 시간 동안 반응시킨 후, 과산화수소와 얼음물의 혼합용액에 넣고 걸러 시료를 수득하는 것일 수 있다. 수득된 시료는 염산, 에탄올, 증류수의 순서로 세척 후, 동결 건조기에서 70 내지 0 ℃로 48 내지 300 시간 동안 동결건조를 수행하여 그래핀 옥사이드를 제조할 수 있다. 바람직하게 황산과 인산의 혼합은 1:9 내지 9:1 부피비 일 수 있다. 황산의 부피비는 1 미만일 경우 산화반응이 미미하며, 9를 초과할 경우 흑연의 구조를 파괴할 수 있다. 동결건조는 70 ℃ 이하 또는 300 시간 초과일 경우 시료의 손상을 유발할 수 있고, 0 ℃ 이상 또는 48시간 이하일 경우 동결건조 효과가 미미할 수 있다.
(b)단계는 유기용매 하에서 테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate, TBT)와 테트라에틸오르도실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 및 고분자 재료를 혼합하고 전기방사를 실시하여 TiO2/SiO2 섬유를 제조하는 단계로서, 유기용매에 테트라부틸티타네이트(TBT)와 테트라에틸오르도실리케이트(TEOS)를 첨가하고 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)을 투입하여 교반한 후, 10 내지 20 kV 전류에서 시간당 1mL의 전기방사를 통해 TiO2/SiO2 섬유를 제조하고 공기 분위기 하에서 300 내지 600 ℃로 1 내지 6 시간 동안 소성시킬 수 있다. 바람직하게 유기용매는 메탄올과 아세트산의 10:1 내지 30:1의 부피비로 혼합된 혼합용액일 수 있으며, 테트라부틸티타네이트(TBT)와 테트라에틸오르도실리케이트(TEOS)은 1:5 내지 5:1의 부피비로 첨가할 수 있다. 메탄올 부피비가 10 미만일 경우 높은 점도로 인해 전기방사가 이루어지지 않을 수 있고, 30을 초과할 경우 섬유 수득률이 낮아질 수 있다. 테트라부틸티타네이트의 부피비가 5 이상이거나, 테트라에틸오르도실리케이트의 부피비가 5 이상일 경우 가시모양으로 합성되지 않을 수 있다. 전기방사에 있어, 전류가 10kV 미만 또는 20 kV 초과하는 경우 전기방사가 원활히 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 제조된 TiO2/SiO2 섬유의 소성온도가 300 ℃ 미만 일 경우 소성 효과가 미미하고, 600 ℃를 초과할 경우 시료의 손상을 유발할 수 있으며, 소성 시간이 1시간 미만일 경우 소성 효과가 미미하고, 6시간 초과할 경우 시료의 변형 및 손상을 유발할 수 있다. 고분자 재료는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)이 바람직하나 이에 한정하지 않는다.
(c)단계는 TiO2/SiO2 섬유로부터 가시모양 TiO2섬유로 제조하는 단계로, TiO2/SiO2 섬유를 수산화나트륨용액에 넣고 1 내지 12 시간동안 60 ℃ 온도에서 교반시키고 물, 에탄올 순서로 세척한 후 60 내지 120 ℃에서 6 내지 24시간 동안 건조하여 가시모양 TiO2섬유를 제조하는 것일 수 있다. 바람직하게 수산화나트륨용액의 몰수는 1 내지 10 M 일 수 있다. 몰수가 1 M 이하일 경우 SiO2가 제거되지 않을 수 있고, 10 M 이상일 경우 세척에 어려움이 있을 수 있으며, 교반 시간이 1시간 미만일 경우에도 SiO2가 제거되지 않을 수 있으며, 12시간 초과할 경우에는 SiO2 제거 효율이 미미할 수 있다. 또한, 세척 후의 건조에 있어서 60 ℃ 미만 또는 6시간 미만에서는 건조가 이루어지지 않을 수 있고, 120 ℃ 초과 또는 24시간을 초과하는 경우 시료의 손상을 유발할 수 있다.
(d) 단계는 그래핀 옥사이드와 가시모양 TiO2섬유의 수열합성을 실시하여 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체를 제조하는 단계로서, 증류수에 그래핀 옥사이드와 가시모양 TiO2섬유를 첨가하여 소니케이션을 10 내지 120 분 동안 수행 하고 수열합성을 실시하는 것일 수 있다. 수열합성을 실시함으로 하여 그래핀 옥사이드는 환원된 그래핀 옥사이드로 변환되는 것으로, 바람직하게 가시모양 TiO2섬유의 함량은 그래핀 옥사이드 100 중량부 대비 5 내지 40 중량부일 수 일 수 있으며, 수열합성은 100 내지 250 ℃에서 1 내지 24 시간 동안 수열합성을 수행할 수 있다. 더욱 바람직하게 가시모양 TiO2섬유의 함량은 10 내지 30 중량부 일 수 있으며, 수열합성은 150 내지 220 ℃ 에서 4 내지 10 시간 일 수 있다. 가시모양 TiO2섬유의 함량이 1 중량부 미만일 경우 비축전용량 성능 향상이 미미할 수 있고, 40 중량부를 초과할 경우 섬유의 뭉침 현상이 일어날 수 있으며, 소니케이션이 10분 미만인 경우 분산이 이루어지지 않을 수 있고, 120분을 초과하는 경우에는 시료의 구조가 파괴될 수 있다. 또한, 수열합성 온도가 100 ℃ 미만의 경우 합성과 그래핀 옥사이드의 환원이 원활히 이루어지지 않을 수 있고, 250 ℃를 초과하는 경우에는 환원된 그래핀 옥사이드의 구조를 파괴할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따라 수열합성하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체는 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 수열합성하여 제조된 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체를 동결건조기에서 70 내지 0 ℃에서 24 내지 240 시간 동안 동결건조를 실시하는 것일 수 있으며, 상기 동결건조 온도가 70 ℃ 이하 또는 240시간 초과일 경우 시료의 손상을 유발하고 0 ℃이상 또는 24시간 이하일 경우 동결건조 효과가 미미할 수 있다.
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 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1.
황산, 인산 5:5 부피비인 혼합용액에 그라파이트 3g과 과망간산칼륨 18g을 넣고 50 ℃에서 24시간 반응시키고, 이를 3mL 과산화수소와 얼음물이 혼합된 용액에 넣고 거른다. 거른 시료를 염산, 에탄올, 증류수의 순서로 세척 후 건조를 위해 동결건조기를 사용하여 70 ℃에서 96시간 동안 동결건조시켜 그래핀 옥사이드를 제조한다. 제조된 그래핀 옥사이드를 메탄올과 아세트산 22:1 비율의 혼합용액에 테트라부틸티타네이트와 테트라에틸오르도실리케이트을 1:2 의 부피비로 첨가하고 폴리비닐피롤리돈 1.5g을 넣고 6시간 교반시킨다. 그 다음, 교반시킨 시료를 12mL 주사기에 넣고 18kV 전류에서 시간당 1mL 총 12시간 동안 전기방사를 실시하고, 공기 분위기 하에서 1시간 동안 300 ℃로 소성한 후, 1M 수산화나트륨 용액에 6시간 교반하여 SiO2를 제거한다. 그 다음에, 물, 에탄올 순서로 세척하고 80 ℃에서 12시간 건조하여 가시모양 TiO2섬유를 제조한다. 증류수 50mL에 그래핀 옥사이드 0.2g과 가시모양 TiO2섬유를 그래핀 옥사이드 100 중량부 대비 5중량부를 넣고 1시간 자력 교반 시킨 후 소니케이션을 10분간 실시한다. 그 후, 수열합성기에 넣고 100 ℃에서 1시간 동안 수열합성하여 복합체를 제조한다. 제조된 복합체는 동결건조기를 사용하여 70 ℃에서 72시간 동결건조시켜 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체를 제조한다.
실시예
2.
상기 실시예 1과 동일하게 과정을 실시하되, 테트라부틸티타네이트와 테트라에틸오르도실리케이트 부피비를 1:3로 하고, 소성온도를 350 ℃로 하며, 소니케이션 시간을 20분으로 하며, 복합체 제조시 2시간 동안 수열합성하여 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 섬유 복합체를 제조한다.
실시예
3.
상기 실시예 2와 동일하게 과정을 실시하되, 황산과 인산의 부피비를 7:3로 하며, 2M 수산화나트륨 용액으로 하며, 가시모양 TiO2섬유 함량을 그래핀 옥사이드 100 중량부 대비 10 중량부로 하며, 복합체 제조 시 130 ℃의 온도로 4 시간 동안 수열합성하여 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 섬유 복합체를 제조한다.
실시예
4.
상기 실시예 3과 동일하게 과정을 실시하되, 테트라부틸티타네이트와 테트라에틸오르도실리케이트 부피비를 1:5로 하고, 소성온도를 400 ℃로 2 시간 동안 소성하며, 소니케이션 시간을 40분으로 하며, 복합체 제조시 150 ℃의 온도로 수열합성하여 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 섬유 복합체를 제조한다.
실시예
5.
상기 실시예 4와 동일하게 과정을 실시하되, 황산과 인산의 부피비를 9:1로 하고, 테트라부틸티타네이트와 테트라에틸오르도실리케이트 부피비를 1:1로 하고, 4M 수산화나트륨용액으로 하며, 가시모양 TiO2섬유 함량을 그래핀 옥사이드 100 중량부 대비 20중량부로 하며, 복합체 제조 시 6 시간 동안 수열합성하여 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 섬유 복합체를 제조한다.
실시예
6.
상기 실시예 5와 동일하게 과정을 실시하되, 테트라부틸티타네이트와 테트라에틸오르도실리케이트 부피비를 5:1로 하고, 소성온도를 500 ℃로 하며, 5M 수산화나트륨용액으로 하며, 소니케이션 시간을 60분으로 하며, 복합체 제조 시 180 ℃의 온도로 수열합성하여 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 섬유 복합체를 제조한다.
실시예
7.
상기 실시예 6과 동일하게 과정을 실시하되, 황산과 인산의 부피비를 3:7로 하며, 소성시간을 3시간으로 하며, 가시모양 TiO2섬유 함량을 그래핀 옥사이드 100 중량부 대비 30 중량부로 하며, 복합체 제조 시 220 ℃의 온도로 12시간 동안 수열합성하여 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 섬유 복합체를 제조한다.
실시예
8.
상기 실시예 7과 동일하게 과정을 실시하되, 테트라부틸티타네이트와 테트라에틸오르도실리케이트 부피비를 3:1로 하고, 소성온도를 550 ℃로 4시간동안 소성하며, 10M 수산화나트륨용액으로 하며, 소니케이션 시간을 90분으로 하며, 복합체 제조 시 250 ℃의 온도로 18시간 동안 수열합성하여 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 섬유 복합체를 제조한다.
실시예
9.
상기 실시예 8과 동일하게 과정을 실시하되, 황산과 인산의 부피비를 1:9로 하며, 테트라부틸티타네이트와 테트라에틸오르도실리케이트 부피비를 2:1로 하고, 소성온도를 600 ℃로 하며, 가시모양 TiO2섬유 함량을 그래핀 옥사이드 100중량부 대비 40중량부로 하며, 소니케이션 시간을 120분으로 하며, 복합체 제조 시 24시간 동안 수열합성하여 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 섬유 복합체를 제조한다.
비교예
1.
상기 실시예 6과 동일하게 과정을 실시하되, 가시모양 TiO2섬유를 넣지 않고 제조한다.
비교예
2.
상기 실시예 6과 동일하게 과정을 실시하되, 수열합성을 수행하지 않고 제조한다.
| 샘플명 | 그래핀 옥사이드 제조 시 황산/인산 비율 (v:v) |
가시모양 TiO2 제조시 TBT/TEOS 비율(v:v) |
소성 온도 (℃) |
소성 시간 (h) |
NaOH 몰수 (M) |
가시모양 TiO2 함량 (wt.%) |
그래핀 옥사이드/ TiO2 소니케이션 시간 (min) |
수열 반응 온도 (℃) |
수열 합성 시간 (h) |
| 실시예 1 | 5:5 | 1:2 | 300 | 1 | 1 | 5 | 10 | 100 | 1 |
| 실시예 2 | 5:5 | 1:3 | 350 | 1 | 1 | 5 | 20 | 100 | 2 |
| 실시예 3 | 7:3 | 1:3 | 350 | 1 | 2 | 10 | 20 | 130 | 4 |
| 실시예 4 | 7:3 | 1:5 | 400 | 2 | 2 | 10 | 40 | 150 | 4 |
| 실시예 5 | 9:1 | 1:1 | 400 | 2 | 4 | 20 | 40 | 150 | 6 |
| 실시예 6 | 9:1 | 5:1 | 500 | 2 | 5 | 20 | 60 | 180 | 6 |
| 실시예 7 | 3:7 | 5:1 | 500 | 3 | 5 | 30 | 60 | 220 | 12 |
| 실시예 8 | 3:7 | 3:1 | 550 | 4 | 10 | 30 | 90 | 250 | 18 |
| 실시예 9 | 1:9 | 2:1 | 600 | 4 | 10 | 40 | 120 | 250 | 24 |
| 비교예 1 | 9:1 | - | - | - | - | - | - | 180 | 6 |
| 비교예 2 | 9:1 | 5:1 | 500 | 2 | 5 | 20 | 60 | - | - |
실험예
1. 본 발명의
실시예에
의한 환원된
그래핀
옥사이드
/가시모양
TiO
2
섬유
복합체의 전극 제조 및
충방전
실험
본 발명의 실시예와 비교예의 조건(표 1)으로 제조한 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체를 전극물질로 하여 전극을 제조하였다. 본 실시예에 의한 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체를 약 1cm2의 크기로 자른 후 2개의 니켈 폼 (Ni foam) 사이에 넣어 10Mpa의 압력을 가해 전극을 제조하였다. 제조한 전극은 작업 전극으로 사용하고, 기준 전극으로는 Ag/AgCl을, 상대전극으로는 Pt전극을 각각 사용하였으며, 1M Na2SO4을 전해질로 이용하여 상온 조건에서 충방전 실험을 측정하였다. 전압구간은 0 에서 0.8V 구간으로 하였고, 1A/g을 전류밀도로 하여 실험을 진행하여 비축전용량값을 계산하였다 (표 2).
| 샘플명 | 비축전용량(F/g) |
| 실시예 1 | 51 |
| 실시예 2 | 59 |
| 실시예 3 | 81 |
| 실시예 4 | 102 |
| 실시예 5 | 132 |
| 실시예 6 | 178 |
| 실시예 7 | 113 |
| 실시예 8 | 68 |
| 실시예 9 | 44 |
| 비교예 1 | 76 |
| 비교예 2 | 45 |
측정예
1. 본 발명의 일
실시예에
의한 환원된
그래핀
옥사이드
/가시모양 TiO
2
섬유 복합체의
모폴로지
및 표면구조 관찰
본 발명의 실시예 6으로 제조한 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 모폴로지 및 표면구조를 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SU8010, Hitach Co., LTD) 및 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM-2100F, JEOL Co., USA)를 통해 관찰하였다(도 1 및 도 2).
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.
Claims (6)
- (a) 그라파이트의 산화반응으로 박리된 그래핀 옥사이드를 제조하는 단계;
(b) 유기용매에 테트라부틸티타네이트(Tetrabutyl titanate, TBT)와 테트라에틸오르도실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 및 고분자 재료를 혼합하여 전기방사를 통해 TiO2/SiO2 섬유를 제조하는 단계;
(c) 상기 제조된 TiO2/SiO2섬유를 수산화나트륨용액에 담지하여 가시모양 TiO2섬유를 제조하는 단계; 및
(d) 상기 그래핀 옥사이드와 상기 가시모양 TiO2섬유를 수열 합성하는 단계; 를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 산화반응은 황산과 인산을 1:9 내지 10:0의 부피비로 혼합한 혼합용액에서 실시하는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 재료는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)인 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 수산화나트륨용액은 1 내지 10 M인 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (d)단계에서 가시모양 TiO2섬유는 그래핀 옥사이드 100 중량부 대비 5 내지 40 중량부로 합성하는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 수열합성은 100 내지 250 ℃에서 1 내지 24 시간 동안 실시하는 것을 특징으로하는 환원된 그래핀 옥사이드/가시모양 TiO2섬유 복합체의 제조 방법.
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|---|---|---|---|---|
| CN110079817A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-02 | 东南大学 | 一种复合材料光阳极及其制备方法 |
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