KR101946446B1 - Method of Preparing Porous Carbon Materials Co-Doped with Boron and Nitrogen - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소 기반 재료에 붕소와 질소를 동시에 도핑한 후 활성화 처리를 통해 다공성 구조를 확보하여 최종적으로 붕소와 질소가 동시에 도핑된 다공성 탄소소재의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명을 통해 제조된 탄소소재는 붕소와 질소의 결합이 생성됨에 따라 전기화학적 활성 및 축전용량이 우수하고, 전기화학적 촉매로서의 성능이 뛰어나 슈퍼커패시터, 연료전지 및 레독스 흐름전지의 전극 재료로 활용할 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a porous carbon material in which boron and nitrogen are simultaneously doped to a carbon-based material and then a porous structure is secured through activation treatment to finally simultaneously boron and nitrogen are doped. The material is excellent in electrochemical activity and storage capacity due to the formation of a bond of boron and nitrogen, and has excellent performance as an electrochemical catalyst and can be utilized as an electrode material for a supercapacitor, a fuel cell, and a redox flow cell.

Description

붕소와 질소가 동시에 도핑된 다공성 탄소소재의 제조방법{Method of Preparing Porous Carbon Materials Co-Doped with Boron and Nitrogen}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for preparing a porous carbon material doped with boron and nitrogen simultaneously,

본 발명은 붕소와 질소가 동시에 도핑된 다공성 탄소소재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 기반 재료에 붕소와 질소를 동시에 도핑한 후 활성화 처리를 통해 다공성 구조를 확보하여 최종적으로 붕소와 질소가 동시에 도핑된 다공성 탄소소재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a porous carbon material doped with boron and nitrogen at the same time, more specifically, boron and nitrogen are doped into a carbon-based material at the same time, followed by activation treatment to secure a porous structure, To a method for producing a porous carbon material doped simultaneously.

최근의 에너지 문제로 인해 지속 가능한 에너지원에 대한 필요성이 대두됨에 따라, 효율적인 에너지 생산과 활용을 위한 에너지 저장 및 전환 기술에 대한 수요도 증가하고 있다. 그 중에서도 특히 연료의 화학에너지를 전기에너지로 직접 전환하는 연료전지와 고용량의 전기 에너지 저장 장치인 슈퍼커패시터(supercapacitor) 그리고 레독스 흐름전지와 같은 차세대 이차전지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다.As recent energy issues have created a need for sustainable energy sources, there is also a growing demand for energy storage and conversion technologies for efficient energy production and utilization. Particularly, researches on a fuel cell that directly converts the chemical energy of the fuel into electric energy, a supercapacitor which is a high-capacity electric energy storage device, and a next generation secondary battery such as a redox flow battery are actively conducted .

연료 전지의 경우, 여러 분야 중에서도 전지 양극에 활용될 촉매 재료에 대한 연구가 가장 많이 진행되고 있다. 연료 전지 양극에서 일어나는 산소 환원 반응(Oxygen Reduction Reaction, ORR)은 음극에서 일어나는 수소산화 반응(Hydrogen Oxidation Reaction, HOR)에 비해 그 반응 속도가 매우 느려, 양극에 대한 효과적인 촉매 개발이 연료 전지 전체 성능 향상에 큰 영향을 미치기 때문이다. 일반적으로 ORR에 대한 효율이 좋다고 알려진 백금 기반 촉매의 높은 가격 때문에, 이에 대한 대안으로 탄소 재료에 붕소나 질소와 같은 헤테로 원자를 도핑한 소재에 대한 연구가 활발하다(Bashyam, R. & Zelenay, P., Nature, 2006, 443:63; Liang, Y. Y. et al., Nat Mater, 2011, 10:780). 그러나 붕소와 질소를 동시에 도핑한 경우는 상대적으로 매우 드물다.In the case of fuel cells, research on the catalyst materials to be used for the anode of the battery among the various fields is proceeding most. The Oxygen Reduction Reaction (ORR) at the anode of the fuel cell is much slower than the hydrogen oxidation reaction (HOR) occurring at the anode, This is because it has a great influence on. Due to the high cost of platinum-based catalysts, which are generally known to be highly efficient for ORRs, alternatives to carbon materials have been studied with doped heteroatoms such as boron or nitrogen (Bashyam, R. & Zelenay, P ., Nature, 2006, 443: . 63; Liang, YY et al, Nat Mater, 2011, 10: 780). However, boron and nitrogen are doped at the same time.

다음으로 슈퍼커패시터의 경우, 성능의 가장 큰 요소인 축전 용량이 축전이 이루어지는 판의 면적에 비례한다는 것은 널리 알려져 있다. 하지만 겉면적이 커지게 되면 전체 슈퍼커패시터의 크기가 커지기 때문에 겉면적이 아닌 유효면적이 넓어야 보다 효율적이다. 이를 반영하여 대다수의 연구가 표면적이 넓은 다공성 탄소 물질을 중심으로 진행돼왔다. 특히 탄소 전구체(precursor)를 고온에서의 열처리를 통해 제조한 활성탄(activated carbon)은 슈퍼커패시터에 상업적으로 사용되고 있다(Pandolfo et al., Journal of Power Sources, 2006, 157:11).Next, it is widely known that, in the case of a supercapacitor, the storage capacity, which is the largest factor of performance, is proportional to the area of the plate on which the storage is performed. However, if the surface area is increased, the entire super capacitor will increase in size, so it is more efficient to have a larger effective area than the surface area. In light of this, the majority of studies have focused on porous carbon materials with a wide surface area. In particular, activated carbon prepared by heat treatment of a carbon precursor at a high temperature has been used commercially in supercapacitors (Pandolfo et al ., Journal of Power Sources, 2006, 157: 11).

탄소소재의 표면적을 넓히는 방법은 크게 2가지로 분류할 수 있다. 첫째는 물리적 활성화로, 고온에서 산화제로 작용하는 기체를 이용하는 방법이다. 기체 반응을 통해 탄소소재에 존재하는 기공의 부피와 표면적을 매우 크게 늘릴 수 있으며, 온도와 반응 시간이 중요한 변수로 작용한다. 둘째는 화학적 활성화로, 이는 물리적 활성화보다 낮은 온도에서 진행되며, 유지 시간이 짧고 수율이 비교적 높다는 장점이 있다. 수산화칼륨(KOH), H3PO4, ZnCl2 등의 시약들이 화학적 활성화에 주로 사용된다. 이들 중 수산화칼륨은 매우 작은 기공과 높은 표면적을 조성하므로 널리 사용되고 있다(Wang et al., Journal of Materials Chemistry, 2012, 22:23710).There are two main ways to increase the surface area of carbon materials. The first is physical activation, which utilizes a gas that acts as an oxidant at high temperatures. The gas reaction can greatly increase the volume and surface area of the pores present in the carbon material, and temperature and reaction time are important parameters. The second is chemical activation, which proceeds at a lower temperature than the physical activation, and has the advantage of a shorter holding time and a relatively high yield. Reagents such as potassium hydroxide (KOH), H 3 PO 4 , and ZnCl 2 are mainly used for chemical activation. Of these, potassium hydroxide is widely used because it forms very small pores and high surface area (Wang et al ., Journal of Materials Chemistry, 2012, 22: 23710).

레독스 흐름전지는 설치 용량에 맞추어 유연한 설계가 가능하다는 점과 높은 안전성 그리고 긴 수명이 강점으로 꼽힌다. 하지만 낮은 에너지 밀도와 효율이 상용화의 걸림돌이라고 볼 수 있는데, 이를 극복하기 위해 성능이 뛰어난 전극 물질이 필요한 실정이다. 각 전극 물질은 레독스 커플의 산화/환원 반응을 촉진함으로써 전지의 구동에 기여하게 되므로, 높은 전도성, 높은 표면적, 화학적 안정성, 구조적 안정성이 요구된다. 따라서 다공성의 탄소 물질이 적합한 소재로서 연구되고 있다.The redox flow cell is characterized by its flexible design, high safety and long lifetime. However, low energy densities and efficiencies can be seen as obstacles to commercialization. In order to overcome these problems, electrode materials with excellent performance are required. Each electrode material contributes to the driving of the cell by promoting oxidation / reduction reaction of the redox couple, so that high conductivity, high surface area, chemical stability, and structural stability are required. Therefore, porous carbon materials have been studied as suitable materials.

이처럼 연료전지 양극의 촉매활성과 슈퍼커패시터의 저장용량 그리고 레독스 흐름전지 전극의 성능에는 헤테로 원자의 도핑과 표면적이 지대한 영향을 미치게 된다. 그러나 붕소와 질소의 두 헤테로 원자를 동시에 도핑하여 그로 인한 활성 자리의 형성 효과를 보고자 한 시도는 거의 없었으며, 헤테로 원자 도핑 및 활성화 처리를 통한 표면적 증가를 동시에 시도하여 동일한 재료를 연료전지, 슈퍼커패시터 그리고 레독스 흐름전지에 동시에 활용하고자 한 사례는 또한 없다.Thus, the catalytic activity of the fuel cell anode, the storage capacity of the supercapacitor, and the performance of the redox flow cell electrode have a significant effect on the doping and surface area of the heteroatom. However, there have been few attempts to study the effect of boron and nitrogen heteroatoms at the same time on the formation of active sites, and it has been attempted to simultaneously increase the surface area through heteroatom doping and activation treatment, And there is no example of using the redox flow battery at the same time.

이에, 본 발명자들은 연료전지, 슈퍼커패시터 또는 레독스 흐름전지에 동시에 활용 가능한 탄소소재를 제조하고자 예의 노력한 결과, 탄소 전구체에 활성화 처리 및 붕소 및 질소의 동시 도핑을 통해 제조된 탄소소재가 연료전지의 전극, 슈퍼커패시터 그리고 레독스 흐름전지의 전극으로 이용할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made intensive efforts to produce a carbon material that can be simultaneously used in a fuel cell, a supercapacitor, or a redox flow cell. As a result, the carbon material produced through the activation treatment of the carbon precursor and the simultaneous doping of boron and nitrogen, Electrode, a supercapacitor, and an electrode of a redox flow cell. Thus, the present invention has been completed.

본 발명의 목적은 다양한 탄소 전구체로부터 붕소와 질소가 동시에 도핑된 다공성 탄소소재를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a method for producing a porous carbon material in which boron and nitrogen are simultaneously doped from various carbon precursors.

본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 의하여 생성되는 붕소와 질소가 동시에 도핑된 다공성 탄소소재로 뛰어난 성능을 보이는 연료전지, 슈퍼커패시터 그리고 레독스 흐름 전지의 전극물질을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an electrode material for a fuel cell, a supercapacitor, and a redox flow cell, which exhibits excellent performance as a porous carbon material doped with boron and nitrogen simultaneously produced by the above production method.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 탄소 전구체, 붕소 전구체 및 질소 전구체를 혼합하고 가열· 반응시켜 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재를 수득하는 단계; 및 (b) 상기 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재에 활성화제를 첨가하고 활성화 처리하여 다공성 탄소재료를 수득하는 단계를 포함하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법을 제공한다.(A) mixing a carbon precursor, a boron precursor and a nitrogen precursor and heating and reacting to obtain a boron and nitrogen co-doped carbon material; And (b) adding an activator to the boron and nitrogen co-doped carbon material and activating to obtain a porous carbon material.

본 발명은 또한, 상기 제조방법으로 제조된 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재를 제공한다.The present invention also provides boron and nitrogen co-doped porous carbon materials produced by the above process.

본 발명은 또한, 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재를 포함하는 전극물질을 제공한다.The present invention also provides an electrode material comprising a boron and nitrogen co-doped porous carbon material.

본 발명에 따른 제조방법은 열처리, 활성화제 첨가 및 탈염 과정의 간단한 공정만으로 붕소와 질소가 동시에 도핑된 다공성 탄소소재를 제조할 수 있는 경제적인 공정이며, 대량 생산이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법은 다양한 종류의 붕소 및 질소, 탄소 전구체에 모두 적용 가능한 방법으로 기존의 제조공정보다 범용적으로 이용 가능하다.The production process according to the present invention is an economical process for producing a porous carbon material doped with boron and nitrogen simultaneously by a simple process of heat treatment, addition of activator and desalination, and mass production is possible. In addition, the process according to the present invention is more universally applicable than conventional processes in a method applicable to various kinds of boron, nitrogen and carbon precursors.

본 발명을 통해 제조된 탄소소재는 붕소와 질소의 결합이 생성됨에 따라 전기화학적 활성이 우수하고 축전용량 및 전기화학적 촉매로서의 성능이 뛰어나 슈퍼커패시터, 연료전지 및 레독스 흐름전지의 전극재료로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 촉매, 흡착제 또는 가스분리 매체 등으로도 사용할 수 있다.The carbon material produced by the present invention has excellent electrochemical activity and excellent performance as a storage capacity and an electrochemical catalyst due to the generation of a bond between boron and nitrogen, and can be utilized as an electrode material for a supercapacitor, a fuel cell, and a redox flow cell But also as a catalyst, an adsorbent or a gas separation medium.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 BN-AC의 제조방법을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 BN-AC 시료의 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 BN-AC의 산소환원반응에 대한 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry, CV) 측정 그래프를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 BN-AC를 슈퍼커패시터 전극으로 활용 시의 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry, CV) 측정 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 BN-AC를 슈퍼커패시터 전극으로 활용 시의 충방전실험을 통해 측정된 축전용량을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 BN-AC에 대하여 Zn-Br 레독스 흐름전지 중 양극에 대한 활성을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 BN-PAN의 제조방법을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 BN-PAN 시료의 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에서 BN-PAN의 산소환원반응에 대한 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry, CV) 측정 그래프를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예 2에서 BN-PAN을 슈퍼커패시터 전극으로 활용 시의 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry, CV) 측정 그래프를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예 2에서 BN-PAN을 슈퍼커패시터 전극으로 활용 시의 충방전실험을 통해 측정된 축전용량을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예 2에 따른 BN-PAN에 대하여 Zn-Br 레독스 흐름전지 중 양극에 대한 활성을 나타낸 것이다.
1 is a diagram schematically illustrating a method of manufacturing a BN-AC according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a photograph of a BN-AC sample prepared according to Example 1 of the present invention.
3 is a graph showing a cyclic voltammetry (CV) measurement for the oxygen reduction reaction of BN-AC in Example 1 of the present invention.
4 is a graph showing a cyclic voltammetry (CV) measurement using BN-AC as a supercapacitor electrode in Example 1 of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a capacitance measured by a charge-discharge test when BN-AC is used as a supercapacitor electrode in Example 1 of the present invention.
FIG. 6 shows the activity of BN-AC prepared according to Example 1 of the present invention on an anode in a Zn-Br redox flow cell.
7 is a diagram schematically illustrating a method of manufacturing a BN-PAN according to a second embodiment of the present invention.
8 is a photograph of a BN-PAN sample prepared according to Example 2 of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a cyclic voltammetry (CV) measurement for the oxygen reduction reaction of BN-PAN in Example 2 of the present invention.
10 is a graph showing a cyclic voltammetry (CV) measurement using BN-PAN as a supercapacitor electrode in Example 2 of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing a storage capacitance measured through a charge-discharge test when BN-PAN is used as a supercapacitor electrode in Example 2 of the present invention.
FIG. 12 shows the activity of the anode in the Zn-Br redox-flow battery with respect to BN-PAN according to Example 2 of the present invention.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명에서는 탄소 전구체에 활성화 처리 및 붕소 및 질소의 동시 도핑을 통해 제조된 탄소소재가 연료전지의 전극, 슈퍼커패시터 그리고 레독스 흐름전지의 전극으로 이용가능한 것을 확인하였다.In the present invention, it was confirmed that the carbon material prepared through the activation treatment and the simultaneous doping of boron and nitrogen to the carbon precursor can be used as the electrode of the fuel cell, the supercapacitor, and the electrode of the redox flow cell.

따라서, 본 발명은 일 관점에서 (a) 탄소 전구체, 붕소 전구체 및 질소 전구체를 혼합하고 가열· 반응시켜 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재를 수득하는 단계; 및 (b) 상기 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재에 활성화제를 첨가하고 활성화 처리하여 다공성 탄소재료를 수득하는 단계를 포함하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법에 관한 것이다.Thus, in one aspect, the present invention relates to a process for the production of carbon nanotubes comprising: (a) mixing a carbon precursor, a boron precursor and a nitrogen precursor and heating and reacting to obtain a boron and nitrogen co-doped carbon material; And (b) adding an activating agent to the boron and nitrogen co-doped carbon material and activating the porous carbon material to obtain a porous carbon material.

본 발명의 (a) 단계에서 사용되는 탄소 전구체는 탄소가 전체 질량의 40% 이상, 바람직하게는 70% 이상을 차지하며, 붕소 혹은 질소 중 하나의 원소가 구성에 포함된 물질일 수 있다. 보다 구체적으로는 활성탄(activated carbon), 카본블랙(carbon black), 숯(charcoal) 등과 같은 비정질 탄소 물질; 흑연(graphite), 그래핀(graphene) 등과 같은 결정질 탄소 물질; 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리아닐린(polyaniline, PANI) 등과 같은 고분자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The carbon precursor used in the step (a) of the present invention may be a material in which carbon constitutes at least 40%, preferably at least 70% of the total mass, and one element of boron or nitrogen is included in the composition. More specifically, amorphous carbon materials such as activated carbon, carbon black, charcoal and the like; Crystalline carbon materials such as graphite, graphene and the like; And polyacrylonitrile (PAN), polyaniline (PANI), and the like, but the present invention is not limited thereto.

상기 (a) 단계에서 사용되는 붕소 전구체는 보론옥사이드(B2O3), 보릭에시드(H2BO3), 리튬 붕소하이드라이드(LiBH4), 나트륨 붕소하이드라이드(NaBH4), 칼륨 붕소하이드라이드(KBH4), 마그네슘 붕소하이드라이드(Mg(BH4)2), 칼슘 붕소하이드라이드(Ca(BH4)2), 스트론튬 붕소하이드라이드(Sr(BH4)2) 및 암모니아보레인(NH3BH3)로 구성된 군에서 1종 이상 선택될 수 있다.The boron precursor used in step (a) may be at least one selected from the group consisting of boron oxide (B 2 O 3 ), boric acid (H 2 BO 3 ), lithium boron hydride (LiBH 4 ), sodium boron hydride (NaBH 4 ) fluoride (KBH 4), magnesium boron hydride (Mg (BH 4) 2) , calcium boron hydride (Ca (BH 4) 2) , strontium boron hydride (Sr (BH 4) 2) and ammonia borane (NH 3 BH 3 ).

상기 (a) 단계에서 사용되는 질소 전구체는 폴리파이롤 (polypyrrole) 폴리아닐린 (polyaniline), 멜라민(C3H6N6), PDI(N,N'-bis(2,6-diisopropyphenyl)-3,4,9,10-perylenetetracarboxylicdiimide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 요소(CO(NH2)2), 암모니아(NH3), 암모니아 수산화물(NH4OH), 하이드라진(N2H4) 및 암모니아보레인(NH3BH3)로 구성된 군에서 1종 이상 선택될 수 있다.The nitrogen precursor used in step (a) may be at least one selected from the group consisting of polypyrrole polyaniline, melamine (C 3 H 6 N 6 ), N, N'-bis (2,6-diisopropyphenyl) 4,9,10-perylenetetracarboxylicdiimide), polyacrylonitrile (polyacrylonitrile, PAN), urea (CO (NH 2) 2) , ammonia (NH 3), ammonium hydroxide (NH 4 OH), hydrazine (N 2 H 4) And ammonia borane (NH 3 BH 3 ).

상기 (a) 단계의 반응은 비활성 기체 조건에서 1~10℃/min의 속도로 승온하여 500~1300℃에서 0.5~4시간 동안 유지할 수 있다. 이 때 비활성 기체의 유속은 20~200ml/min이 바람직하다.The reaction of step (a) may be carried out at a rate of 1 to 10 ° C / min under an inert gas condition and maintained at 500 to 1300 ° C for 0.5 to 4 hours. At this time, the flow rate of the inert gas is preferably 20 to 200 ml / min.

상기 (a) 단계 이후에 (a') 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재에서 염을 제거하고 세척하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 단계는 수득된 탄소소재에 포함된 염을 제거하기 위함이며, 40~90℃의 온수로 처리할 수 있다. 온수로 세척된 탄소소재를 알코올로 세척하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 알코올은 메탄올, 에탄올 및 프로판올로 구성된 군에서 1종 이상 선택될 수 있다. 상기 온수 또는 온수와 알코올로 세척한 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재를 건조하는 단계는 90~130℃의 오븐에서 1~2일 건조하는 것이 바람직하다.The step (a) may further comprise (a ') removing and washing the salt from the boron and nitrogen co-doped carbon material. This step is to remove the salt contained in the obtained carbon material, and it can be treated with hot water at 40 to 90 ° C. And further washing the carbon material washed with hot water with alcohol. The alcohol may be at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol and propanol. The step of drying the boron and nitrogen co-doped porous carbon material washed with hot water or hot water and alcohol is preferably performed in an oven at 90 to 130 ° C for 1 to 2 days.

상기 활성화제는 수산화칼륨, 수산화나트륨, H3PO4 및 ZnCl2로 구성된 군에서 1종 이상 선택될 수 있다. 상기 상기 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재와 상기 활성화제의 혼합 비율은 1:0.1~1:5가 바람직하다. 이 때 혼합 방법은 고체인 활성화제를 이용하여 물리적으로 혼합할 수 있으며, 물, 알코올 또는 유기용매에 활성화제를 용해시킨 후 이를 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재와 혼합한 뒤 증발시키는 것도 가능하다.The activating agent may be selected from the group consisting of potassium hydroxide, sodium hydroxide, H 3 PO 4 and ZnCl 2 . The mixing ratio of the boron and nitrogen co-doped carbon material and the activator is preferably 1: 0.1 to 1: 5. In this case, the mixing method can be physically mixed using a solid activating agent, and it is also possible to dissolve the activating agent in water, alcohol or organic solvent, and then mix it with boron and nitrogen simultaneously doped carbon materials, followed by evaporation.

상기 (b) 단계의 활성화 처리는 비활성 기체 조건하 600~1200℃에서 0.5~2시간 동안 유지할 수 있다. 온도 측면에서 열처리 온도가 600℃ 미만이면 탄소소재의 표면적이 감소하며, 1200℃를 초과하면 수율이 감소하고 열처리 장치의 부식이 심해져 내구성에 영향을 준다. 이 때 승온 속도는 1~10℃/min가 적절하다. 승온 속도가 1℃/min 미만이면 열처리 시간이 불필요하게 증가하게 되며, 승온 속도가 10℃/min를 초과하면 기공이 충분히 발달하지 않는 문제가 있다. 이 때, 탄소소재가 산화되어 소멸하는 것을 방지하기 위하여, 질소 혹은 아르곤 같은 비활성 기체 하에서 반응을 수행하며, 고분자에 추가적인 반응을 위하여 이산화탄소(CO2) 등의 기타 기체를 더 포함할 수 있다.The activation treatment in step (b) may be maintained at 600 to 1200 ° C. for 0.5 to 2 hours under an inert gas atmosphere. If the heat treatment temperature is less than 600 ° C, the surface area of the carbon material decreases. If the temperature exceeds 1200 ° C, the yield decreases and the corrosion of the heat treatment apparatus becomes severe, which affects the durability. At this time, a temperature raising rate of 1 to 10 DEG C / min is suitable. If the heating rate is less than 1 占 폚 / min, the heat treatment time is unnecessarily increased. If the heating rate is more than 10 占 폚 / min, the pores are not sufficiently developed. At this time, in order to prevent the carbon material from being oxidized and disappearing, the reaction is performed under an inert gas such as nitrogen or argon, and may further include other gases such as carbon dioxide (CO 2 ) for additional reaction to the polymer.

또한, 본 발명의 다른 관점에서 상기 제조방법에 의해 제조된 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재 또는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재를 포함하는 전극물질에 관한 것이다.In another aspect of the present invention, there is also provided an electrode material comprising a boron and nitrogen co-doped porous carbon material or a boron and nitrogen co-doped porous carbon material produced by the above manufacturing method.

본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조된 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재는 붕소와 질소가 탄소 구조체 안에 동시에 도핑된 것을 특징으로 하며, 정전(축전)용량이 100~300F/g이거나 산소환원반응의 피크전위(peak potential)가 -0.15 ~ -0.30V일 수 있다. 상기 탄소소재는 슈퍼커패시터 또는 연료전지의 전극 재료로 이용하기에 적합하다. 또한 브롬 산화/환원 (Br2 + 2e- ⇔ 2Br-)에 활성을 띠므로, Zn-Br 레독스 흐름전지에서 양극의 소재로 활용할 수 있다.The boron and nitrogen co-doped porous carbon materials prepared using the method according to the present invention are characterized in that boron and nitrogen are simultaneously doped in the carbon structure and have a charge storage capacity of 100 to 300 F / g, The peak potential may be between -0.15 and -0.30V. The carbon material is suitable for use as an electrode material for a supercapacitor or a fuel cell. In addition, since it is active on bromine oxidation / reduction (Br 2 + 2e - ⇔ 2Br - ), it can be used as anode material in Zn-Br redox flow cell.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

[실시예][Example]

실시예Example 1: 활성탄(activated carbon, AC)으로부터 붕소와 질소가 동시  1: Activated carbon (AC) from boron and nitrogen simultaneously 도핑된Doped 다공성 탄소( Porous carbon BNBN -AC)의 제조-AC)

활성탄으로부터 붕소와 질소가 동시 도핑된 다공성 탄소소재의 제조방법을 도 1을 참고하여 다음과 같이 구체적으로 기재한다.A method for producing a porous carbon material in which boron and nitrogen are simultaneously doped from activated carbon will be described in detail with reference to FIG.

활성탄(activated carbon, AC)은 Darco 사의 제품을 사용하였으며, 붕소와 질소 전구체로는 각각 붕산(boric acid)과 요소(urea)를 사용하였다.Activated carbon (AC) was obtained from Darco and boric acid and urea were used as boron and nitrogen precursors, respectively.

활성탄, 붕산 및 요소를 각각 7g씩 넣고 물리적으로 혼합한 뒤, 도가니에 담아 퍼니스(furnace) 반응기 내에 넣고 아르곤을 50ml/min의 유속으로 흘려주었다. 이 때 반응조건은 승온속도 5/min으로 실온에서 1000까지 올려준 뒤 2시간 동안 해당 온도를 유지했다. 그 후 다시 실온으로 식혀 생성된 시료를 증류수(deionized water, DIW)로 세척하였다. 세척 과정은 다음과 같다.7 g each of activated carbon, boric acid and urea were added and physically mixed. Then, the mixture was placed in a furnace, placed in a furnace reactor, and argon flowed at a flow rate of 50 ml / min. At this time, the reaction conditions were raised to 1000 at room temperature with a heating rate of 5 / min, and the temperature was maintained for 2 hours. The sample was then cooled to room temperature and the resulting sample was washed with deionized water (DIW). The cleaning process is as follows.

반응이 끝난 시료가 들어있는 100ml 비커에 100ml 증류수를 부은 후, 85에서 15분동안 500rpm으로 교반시켰다. 이후 시료를 가라앉히고 위의 용액은 제거하였다. 이 단계를 두 번 반복 후, 실온의 증류수를 이용하여 같은 과정을 5번 반복하였다. 마지막으로 에탄올을 이용하여 해당 과정을 반복하고 난 뒤 시료를 120의 오븐에서 12시간 이상 건조시켰다.100 ml of distilled water was poured into a 100 ml beaker containing the reacted sample, and the mixture was stirred at 500 rpm for 85 to 15 minutes. The sample was then submerged and the solution above was removed. After repeating this step twice, the same procedure was repeated 5 times using distilled water at room temperature. Finally, the procedure was repeated using ethanol and the sample was dried in a 120 oven for 12 hours or more.

이렇게 제조된 붕소와 질소가 도핑된 탄소소재에 KOH를 이용한 활성화 처리를 거쳐 다공성 탄소를 완성하였다. 그 구체적 과정은 다음과 같다.Carbon materials doped with boron and nitrogen were activated by KOH to form porous carbon. The concrete procedure is as follows.

붕소와 질소가 도핑된 탄소소재 5g과 KOH 5g을 혼합한 뒤, 도가니에 담에 퍼니스(furnace) 반응기 내에 넣고 아르곤을 50ml/min의 유속으로 흘려주었다. 이 때 반응조건은 승온속도 5/min으로 실온에서 850까지 올려준 뒤 2시간 동안 해당 온도를 유지했다. 그 후 실온으로 식혀 생성된 시료를 염산(HCl)과 증류수로 세척하였다. 구체적으로는 반응이 끝난 시료가 들어있는 100ml 비커에 100ml 염산을 부은 후, 50에서 15분 동안 500rpm으로 교반시켰다. 이후 시료를 가라앉히고 위의 용액은 제거하였다. 이 단계를 두 번 반복 후, 실온의 증류수를 이용하여 같은 과정을 5번 반복하였다. 마지막으로 에탄올을 이용하여 해당 과정을 반복하고 난 뒤 시료를 120의 오븐에서 12시간 이상 건조시켰다.5 g of boron and nitrogen-doped carbon material and 5 g of KOH were mixed and placed in a furnace in a furnace in a crucible, and argon was flowed at a flow rate of 50 ml / min. At this time, the reaction conditions were raised from room temperature to 850 at a heating rate of 5 / min, and the temperature was maintained for 2 hours. The sample was then cooled to room temperature and the resulting sample was washed with hydrochloric acid (HCl) and distilled water. Concretely, 100 ml of hydrochloric acid was poured into a 100 ml beaker containing the reacted sample, and the mixture was stirred at 500 rpm for 50 to 15 minutes. The sample was then submerged and the solution above was removed. After repeating this step twice, the same procedure was repeated 5 times using distilled water at room temperature. Finally, the procedure was repeated using ethanol and the sample was dried in a 120 oven for 12 hours or more.

도 2에서 확인 가능한 완성된 붕소 및 질소 도핑된 다공성 탄소소재(BN-AC)를 연료전지의 양극에서 일어나는 반응인 산소환원반응(oxygen reduction reaction, ORR)에 대한 촉매로 사용하였다. 글래스 카본(glass carbon)을 작동전극, 백금 와이어(wire)를 상대전극, Ag/AgCl을 기준전극으로 사용하고 염기성 전해질인 1M NaOH 수용액 하에서 ORR에 대한 활성을 측정하였다. 그 결과 산소 포화된 상태에서 전류가 최대가 되는 피크전위(peak potential)는 도 3에 나타내듯이 -0.197V로 관찰되었다.The completed boron and nitrogen-doped porous carbon material (BN-AC) identified in FIG. 2 was used as a catalyst for an oxygen reduction reaction (ORR), a reaction occurring at the anode of a fuel cell. The activity against ORR was measured using a glass carbon electrode as a working electrode, a platinum wire as a counter electrode and Ag / AgCl as a reference electrode and a basic electrolyte aqueous solution of 1M NaOH. As a result, the peak potential at which the current is maximized in an oxygen saturated state was observed to be -0.197 V as shown in FIG.

또한 완성된 붕소 및 질소 도핑된 다공성 탄소소재(BN-AC)를 슈퍼커패시터의 전극 물질로도 사용해서 도 4에 나타낸 바와 같이 축전용량을 측정하였다. BN-AC를 니켈에 부착하여 6M KOH 수용성 전해질 하에서 충방전곡선을 이용하여 확인한 결과는 도 5에서 나타내었으며, 1A/g의 전류밀도 기준으로 153 F/g의 축전용량을 보여주었다.Further, the storage capacity was measured as shown in Fig. 4 by using the completed boron- and nitrogen-doped porous carbon material (BN-AC) as the electrode material of the supercapacitor. FIG. 5 shows the results of charging / discharging the BN-AC with nickel on a 6M KOH water-soluble electrolyte and shows a storage capacity of 153 F / g based on a current density of 1 A / g.

도 6은 QBr(quaternary bromine) 용액에 대하여 CV 측정을 실시한 그래프로, 산화 및 환원 피크를 통해 실시예 1에 따라 제조된 BN-AC가 Zn-Br 레독스 흐름전지의 양극으로써 활용가능함을 보여주고 있다.FIG. 6 is a graph showing a CV measurement for a QBr (quaternary bromine) solution. It shows that BN-AC prepared according to Example 1 through the oxidation and reduction peaks can be utilized as the anode of a Zn-Br redox flow cell have.

실시예Example 2: 폴리아크릴로니트릴( 2: Polyacrylonitrile ( polyacrylonitrile폴리acrylonitrile , PAN)로부터 붕소와 질소가 동시 , PAN) with boron and nitrogen simultaneously 도핑된Doped 다공성 탄소( Porous carbon BNBN -PAN)의 제조-PAN)

폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitril, PAN) 로부터 붕소와 질소가 동시 도핑된 다공성 탄소소재의 제조방법을 도 6을 참고하여 다음과 같이 구체적으로 기재한다.A method for producing a porous carbon material in which boron and nitrogen are simultaneously doped from polyacrylonitrile (PAN) will be described in detail with reference to FIG.

본 실시예에서는 PAN이 탄소전구체임과 동시에 질소 전구체로 사용되었으며, 붕소 전구체로는 붕산(boric acid)를 사용하였다.In this example, PAN was used as a carbon precursor and nitrogen precursor, and boric acid was used as a boron precursor.

280℃ 공기 조건 하에서 안정화를 거친 PAN 4g을 붕산 4g과 혼합한 뒤, 도가니에 담에 퍼니스(furnace) 반응기 내에 넣고 아르곤을 50ml/min의 유속으로 흘려주었다. 이 때 반응조건은 승온속도 5/min으로 실온에서 850까지 올려준 뒤 2시간 동안 해당 온도를 유지했다. 그 후 다시 실온으로 식혀 생성된 시료를 증류수(deionized water, DIW)로 세척하였다. 세척 과정은 다음과 같다.4 g of stabilized PAN was mixed with 4 g of boric acid under air condition of 280 ° C, and then put into a furnace in a furnace in a crucible, and argon was flowed at a flow rate of 50 ml / min. At this time, the reaction conditions were raised from room temperature to 850 at a heating rate of 5 / min, and the temperature was maintained for 2 hours. The sample was then cooled to room temperature and the resulting sample was washed with deionized water (DIW). The cleaning process is as follows.

반응이 끝난 시료가 들어있는 100ml 비커에 100ml 증류수를 부은 후, 85에서 30분 동안 500rpm으로 교반하였다. 이후 시료를 가라앉히고 위의 용액은 제거하였다. 이 단계를 두 번 반복 후, 실온의 증류수를 이용하여 같은 과정을 5번 반복하였다. 마지막으로 에탄올을 이용하여 해당 과정을 반복하고 난 뒤 시료를 120의 오븐에서 12시간 이상 건조시켰다.100 ml of distilled water was poured into a 100 ml beaker containing the reacted sample, and the mixture was stirred at 500 rpm for 85 to 30 minutes. The sample was then submerged and the solution above was removed. After repeating this step twice, the same procedure was repeated 5 times using distilled water at room temperature. Finally, the procedure was repeated using ethanol and the sample was dried in a 120 oven for 12 hours or more.

이렇게 만들어진 붕소와 질소가 도핑된 탄소소재에 KOH를 이용한 활성화 처리를 거쳐 다공성 탄소를 완성하였다. 그 구체적 과정은 다음과 같다.The boron and nitrogen doped carbon materials were activated by KOH to complete the porous carbon. The concrete procedure is as follows.

붕소와 질소가 도핑된 탄소소재 1.8g과 KOH 3.6g을 혼합한 뒤, 도가니에 담에 퍼니스(furnace) 반응기 내에 넣고 아르곤을 50ml/min의 유속으로 흘려주었다. 이 때 반응조건은 승온속도 5/min으로 실온에서 850까지 올려준 뒤 2시간 동안 해당 온도를 유지했다. 그 후 실온으로 식혀 생성된 시료를 염산(HCl)과 증류수로 세척하였다. 구체적으로는 반응이 끝난 시료가 들어있는 100ml 비커에 100ml 염산을 부은 후, 50에서 30분동안 500rpm으로 교반시켰다. 이후 시료를 가라앉히고 위의 용액은 제거하였다. 이 단계를 두 번 반복 후, 실온의 증류수를 이용하여 같은 과정을 5번 반복하였다. 마지막으로 에탄올을 이용하여 해당 과정을 반복하고 난 뒤 시료를 120의 오븐에서 12시간 이상 건조시켰다.1.8 g of boron and nitrogen-doped carbon material and 3.6 g of KOH were mixed and placed in a crucible in a furnace reactor, and argon was flowed at a flow rate of 50 ml / min. At this time, the reaction conditions were raised from room temperature to 850 at a heating rate of 5 / min, and the temperature was maintained for 2 hours. The sample was then cooled to room temperature and the resulting sample was washed with hydrochloric acid (HCl) and distilled water. Concretely, 100 ml of hydrochloric acid was poured into a 100 ml beaker containing the reacted sample, and the mixture was stirred at 500 rpm for 50 to 30 minutes. The sample was then submerged and the solution above was removed. After repeating this step twice, the same procedure was repeated 5 times using distilled water at room temperature. Finally, the procedure was repeated using ethanol and the sample was dried in a 120 oven for 12 hours or more.

도 7에서 확인 가능한 완성된 붕소 및 질소 도핑된 다공성 탄소소재(BN-PAN)를 연료전지의 양극에서 일어나는 반응인 산소환원반응(oxygen reduction reaction, ORR)에 대한 촉매로 사용하였다. 글래스 카본(glass carbon)을 작동전극, 백금 와이어(wire)를 상대전극, Ag/AgCl을 기준전극으로 사용하고 염기성 전해질인 1M NaOH 수용액 하에서 ORR에 대한 활성을 측정하였다. 그 결과 산소 포화된 상태에서 전류가 최대가 되는 피크전위(peak potential)는 도 9에서 보듯이 -0.208V로 관찰되었다.The completed boron and nitrogen-doped porous carbon material (BN-PAN) identified in FIG. 7 was used as a catalyst for the oxygen reduction reaction (ORR), which is a reaction occurring at the anode of the fuel cell. The activity against ORR was measured using a glass carbon electrode as a working electrode, a platinum wire as a counter electrode and Ag / AgCl as a reference electrode and a basic electrolyte aqueous solution of 1M NaOH. As a result, the peak potential at which the current is maximized in an oxygen saturated state was observed at -0.208 V as shown in FIG.

또한 완성된 붕소 및 질소 도핑된 다공성 탄소소재(BN-AC)를 슈퍼커패시터의 전극 물질로도 사용해서 도 9와 도 10에서 보듯이 축전용량을 측정하였다. BN-AC를 니켈에 부착하여 6 M KOH 수용성 전해질 하에서 충방전곡선을 이용하여 확인한 결과는 도 10과 도 11에서 확인 가능하며, 1A/g의 전류밀도 기준으로 225F/g의 축전용량을 보여주었다.Also, the capacitances were measured as shown in FIGS. 9 and 10 by using the completed boron and nitrogen-doped porous carbon material (BN-AC) as the electrode material of the supercapacitor. BN-AC was attached to nickel and confirmed by charging / discharging curve under a 6 M KOH water-soluble electrolyte. The results are shown in FIGS. 10 and 11 and showed a storage capacity of 225 F / g based on a current density of 1 A / g .

도 12는 QBr(quaternary bromine) 용액에 대하여 CV 측정을 실시한 그래프로, 산화 및 환원 피크를 통해 실시예 2에 따라 제조된 BN-PAN이 Zn-Br 레독스 흐름전지의 양극으로서 활용 가능함을 보여주고 있다.FIG. 12 is a graph showing the CV measurement for a QBr (quaternary bromine) solution. It shows that BN-PAN prepared according to Example 2 through oxidation and reduction peaks can be used as a cathode of a Zn-Br redox flow cell have.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will readily appreciate that many modifications are possible in the exemplary embodiments without materially departing from the novel teachings and advantages of this invention. something to do. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (16)

다음 단계를 포함하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법:
(a) 탄소 전구체, 붕소 전구체 및 질소 전구체를 혼합하고 가열·반응시켜 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재를 수득하는 단계; 및
(b) 상기 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재에 활성화제를 첨가하고 활성화 처리하여 다공성 탄소재료를 수득하는 단계,
상기 탄소 전구체임과 동시에 상기 질소 전구체로 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 또는 폴리아닐린(polyaniline)을 사용함.
A method of producing a boron and nitrogen co-doped porous carbon material comprising the steps of:
(a) mixing and heating and reacting a carbon precursor, a boron precursor and a nitrogen precursor to obtain a boron and nitrogen co-doped carbon material; And
(b) adding an activator to the boron and nitrogen co-doped carbon material and performing an activation treatment to obtain a porous carbon material,
The carbon precursor and the nitrogen precursor are polyacrylonitrile or polyaniline.
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계 이후에 (a') 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재에서 염을 제거하고 세척하는 단계를 추가로 포함하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법.
3. The method of claim 1, further comprising the step of removing (a ') the boron and nitrogen co-doped carbon material after the step (a) and washing the boron and nitrogen co-doped porous carbon material.
제1항에 있어서, 상기 붕소 전구체는 보론옥사이드(B2O3), 보릭에시드(H2BO3), 리튬 붕소하이드라이드(LiBH4), 나트륨 붕소하이드라이드(NaBH4), 칼륨 붕소하이드라이드(KBH4), 마그네슘 붕소하이드라이드(Mg(BH4)2), 칼슘 붕소하이드라이드(Ca(BH4)2), 스트론튬 붕소하이드라이드(Sr(BH4)2) 및 암모니아보레인(NH3BH3)으로 구성된 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법.
The method of claim 1 wherein the boron precursor is selected from the group consisting of boron oxide (B 2 O 3 ), boric acid (H 2 BO 3 ), lithium boron hydride (LiBH 4 ), sodium boron hydride (NaBH 4 ), potassium boron hydride (KBH 4), magnesium boron hydride (Mg (BH 4) 2) , calcium boron hydride (Ca (BH 4) 2) , strontium boron hydride (Sr (BH 4) 2) and ammonia borane (NH 3 BH < 3 >). ≪ / RTI >
제1항에 있어서, 상기 질소 전구체는 폴리피롤(polypyrrole, 폴리아닐린(polyaniline), 멜라민(C3H6N6), N,N'-비스(2,6-디이소프로필페닐)-3,4,9,10-페릴렌테트라카복실릭디이미드((N,N'-bis(2,6-diisopropyphenyl)-3,4,9,10- perylenetetracarboxylicdiimide, PDI), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 요소(CO(NH2)2), 암모니아(NH3), 암모니아 수산화물(NH4OH), 하이드라진(N2H4) 및 암모니아보레인(NH3BH3)으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상 추가로 포함하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the nitrogen precursor is selected from the group consisting of polypyrrole, polyaniline, melamine (C 3 H 6 N 6 ), N, N'-bis (2,6-diisopropylphenyl) (N, N'-bis (2,6-diisopropyphenyl) -3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide, PDI), polyacrylonitrile (PAN) component (CO (NH 2) 2) , adding ammonia (NH 3), ammonium hydroxide (NH 4 OH), hydrazine (N 2 H 4) and ammonia borane (NH 3 BH 3) with at least one member selected from the group consisting of Wherein the boron and nitrogen co-doped porous carbon material is a mixture of boron and nitrogen.
제1항에 있어서, 상기 탄소 전구체는 비정질 탄소 물질, 결정질 탄소 물질 또는 고분자를 추가로 포함하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the carbon precursor further comprises an amorphous carbon material, a crystalline carbon material, or a polymer.
제1항에 있어서, 상기 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재는 붕소와 질소가 탄소 구조체 안에 동시에 도핑된 것을 특징으로 하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the boron and nitrogen co-doped carbon material is boron and nitrogen are simultaneously doped in the carbon structure.
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는 비활성 기체 조건에서 1~10℃/min의 속도로 승온하여 500~1300℃에서 0.5~4시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step (a) comprises heating the boron and nitrogen simultaneously doped with boron and nitrogen at an elevated rate of 1 to 10 ° C / min under inert gas conditions and annealing at 500 to 1300 ° C for 0.5 to 4 hours. Method of manufacturing a material.
제2항에 있어서, 상기 (a') 단계는 40~90℃의 온수 또는 알코올로 세척한 후 건조하는 것을 특징으로 하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the step (a ') is performed by washing with hot water or alcohol at 40 to 90 ° C and then drying the boron and nitrogen co-doped porous carbon material.
제1항에 있어서, 상기 활성화제는 수산화칼륨, 수산화나트륨, H3PO4 및 ZnCl2로 구성된 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the activator is at least one selected from the group consisting of potassium hydroxide, sodium hydroxide, H 3 PO 4, and ZnCl 2 .
제1항에 있어서, 상기 붕소 및 질소 동시 도핑 탄소소재와 상기 활성화제의 혼합 비율은 무게비로 1:0.1~1:5인 것을 특징으로 하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the boron and nitrogen co-doped carbon material and the activator are mixed in a weight ratio of 1: 0.1 to 1: 5.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 활성화 처리는 비활성 기체 조건하에서 1~10℃/min 의 속도로 승온하여 600~1200℃에서 0.5~2시간 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 붕소 및 질소 동시 도핑 다공성 탄소소재의 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the activating process in step (b) is performed at a temperature of 1 to 10 ° C / min under an inert gas atmosphere, and is maintained at 600 to 1200 ° C for 0.5 to 2 hours. A method for producing a doped porous carbon material.
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