KR101975970B1 - Hollow composite, method of preparing the same, and electrocatalyst including the same - Google Patents

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Abstract

중공 복합체, 상기 중공 복합체의 제조 방법, 상기 중공 복합체를 포함하는 전기촉매, 전극, 상기 전극을 포함하는 전지, 상기 중공 복합체를 포함하는 전자 잉크, 및 상기 전자 잉크를 포함하는 전자 종이 및 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.A hollow composite, a method for producing the hollow composite, an electrocatalyst including the hollow composite, an electrode, a battery including the electrode, an electronic ink including the hollow composite, and an electronic paper including the electronic ink and a display device .

Description

중공 복합체, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 전기촉매{HOLLOW COMPOSITE, METHOD OF PREPARING THE SAME, AND ELECTROCATALYST INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a hollow composite, a method for producing the hollow composite, and an electrocatalyst including the same. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002]

본원은, 중공 복합체, 상기 중공 복합체의 제조 방법, 상기 중공 복합체를 포함하는 전기촉매, 상기 중공 복합체를 포함하는 전기촉매, 전극, 상기 전극을 포함하는 전지, 상기 중공 복합체를 포함하는 전자 잉크, 및 상기 전자 잉크를 포함하는 전자 종이 및 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to a hollow composite, a method for producing the hollow composite, an electrocatalyst comprising the hollow composite, an electrocatalyst comprising the hollow composite, an electrode, a battery comprising the electrode, an electronic ink comprising the hollow composite, An electronic paper including the electronic ink, and a display device.

에너지 수요 증가 및 예견된 화석 연료 공급의 감소는 저비용으로 청정, 지속 가능한 에너지 전환, 및 저장 시스템의 효율적 개발의 필요성을 가져왔다. 특히, 높은 에너지 밀도 및 재사용성을 가진 저공해(low-emission) 연료 전지 및 금속-공기 뱃터리(metal-air battery)는 최근 유망한 에너지 소스로서 주목 받아왔다. 부진한 산소 환원 반응(ORR)은 상기 기술의 성능을 제한할 것으로 예상되어 왔다. 탄소에 지지된 Pt(Pt/C)는 고비용 및 낮은 내구성에도 불구하고, 산성 및 알칼리 조건 모두에서 산소 환원 반응(oxygen reduction reaction, ORR)의 촉매로서 선택되어 왔다. 반면, 탄소 물질을 포함하는 고가의 전이 금속 산화물, 칼코게나이드(chalcogenides), 및 상기 물질들의 복합체는 강산 및 강염기 조건에서 낮은 전기적 전도도 및 내구성을 나타내는 경향이 있다. 지구상의 풍부한 성분들로부터 제조된 저가 및 효율적인 ORR 촉매의 연구는 향상된 적용가능성을 가진 유망한 대안들에 초점을 맞춘 많은 탐구적 연구로서, 무엇보다 중요하다. 이러한 맥락에서, TiO2는 풍부함, 저가, 무독성, 및 넓은 pH 범위에서 높은 안정성 때문에 관심의 논점이 되어왔다. 최근 보고들은 Pt/TiO2가 상업용 Pt/카본 블랙(Pt/carbon black)에 견줄만한 ORR 활성 및 뛰어난 안정성을 나타내는 것을 보여주었다. 그러나, 단일 ORR 전기촉매로서 상기 TiO2의 적용은 오직 낮은 활성 값으로만 보고되어 문헌에 드물게 남아있다. TiO2의 상기 상대적으로 낮은 고유의 전도도 및 낮은 활성은 빠른 전자 수송을 요구하는 연료 전지 및 전기촉매 적용에 있어서 상기 물질의 효율적인 사용을 방해하는 것으로 보인다.Increased energy demand and reduced predicted fossil fuel supply have led to the need for clean, sustainable energy conversion and efficient development of storage systems at low cost. Particularly, low-emission fuel cells and metal-air batteries with high energy density and reusability have recently attracted attention as a promising energy source. Slow oxygen reduction (ORR) has been expected to limit the performance of the technique. Carbon supported Pt (Pt / C) has been selected as a catalyst for oxygen reduction reaction (ORR) in both acidic and alkaline conditions, despite its high cost and low durability. On the other hand, expensive transition metal oxides including chalcogenides, chalcogenides, and composites of these materials tend to exhibit low electrical conductivity and durability in strong acid and strong base conditions. The study of low cost and efficient ORR catalysts made from abundant components on the earth is of paramount importance as much of an inquiry study focused on promising alternatives with improved applicability. In this context, TiO 2 has been a subject of interest due to its abundance, low cost, non-toxicity, and high stability over a wide pH range. Recent reports have shown that Pt / TiO 2 exhibits ORR activity comparable to commercial Pt / carbon black (Pt / carbon black) and excellent stability. However, the application of TiO 2 as a single ORR electrocatalyst is reported only at low activity values and remains rare in the literature. The relatively low intrinsic conductivity and low activity of TiO 2 appear to interfere with the efficient use of such materials in fuel cell and electrocatalyst applications requiring fast electron transport.

TiO2의 전기화학적 특성을 실험적으로 향상시키기 위해, 많은 시도가 문헌에 개시되었다(예를 들어, 원소 도핑 및 탄소 물질과의 커플링). TiO2 결정 격자 내로 산소 결함(oxygen vacancy)의 형성에 의해 수반되는 Ti3 +의 셀프-도핑에 초점을 맞춘 문헌의 보고가 큰 주목을 받아왔다. TI3 + 셀프-도핑은 TiO2의 밴드갭(bandgap)을 현저히 좁혀, TiO2의 도너(donor) 밀도 및 전기 전도도를 증가시키는 것으로 알려졌다. 결정면(facet) 및 결함(defect)이 제어된 Ti3 +가 도핑된 TiO2 나노결정(nanocrystal)이 경쟁 가능한 ORR 활성, 우수한 내구성, 및 뛰어난 메탄올 내성을 나타냄이 최근 보고되었다. 그러나, 상기 Ti3 +-도핑 TiO2 시스템의 안정성은 Ti3+ 종(species)의 용이한 산화 때문에 여전히 도전해야 할 과제로 남아있다. In order to experimentally improve the electrochemical properties of TiO 2 , many attempts have been made in the literature (for example, element doping and coupling with carbon materials). TiO 2 crystals of self-Ti + 3 followed by the formation of the oxygen defects (oxygen vacancy) into the grid-reported in the literature has been focused on doping a lot of attention. TI 3 + self-Doping known to significantly narrow bandgap (bandgap) of TiO 2, increasing the donor (donor) density and electrical conductivity of TiO 2. Crystal plane (facet) and a defect (defect) has been reported recently that the control of the Ti 3 + TiO 2 doped nanocrystals (nanocrystal) refers to possible competition ORR activity, excellent durability, and excellent methanol resistance. However, the stability of the Ti 3 + -doped TiO 2 system remains a challenging task due to the easy oxidation of Ti 3+ species.

TiO2의 전기적 전도도를 향상시키기 위한 시도 중, 고 전도성 탄소계(carbonaceous) 물질과의 혼성이 보고되어 왔다. 뛰어난 전기적 전도도, 높은 기계적 강도(mechanical strength), 구조적 유연성(structural flexibility), 및 넓은 표면적 때문에, 탄소계 물질은 광전지, 광촉매, 및 전기촉매에서 효율적으로 적용될 수 있음이 밝혀졌다. 특히, rGO/TiO2 혼성 물질은 더 높은 전도도 및 향상된 열적, 화학적 안정성을 나타내어 왔다. 그러나, 광촉매, 물 분해(water splitting), 및 태양 전지에서 달성된 진전에도 불구하고[J. Du, X. Lai, N. Yang, J. Zhai, D. Kisailus, F. Su, D. Wang, L. Jiang, ACS Nano 2011, 5, 590. ; G. Xie, K. Zhang, B. Guo, Q. Liu, L. Fang, J. R. Gong, Adv . Mater. 2013, 25, 3820. ; J. T.-W. Wang, J. M. Ball, E. M. Barea, A. Abate, J. A. Alexander-Webber, J. Huang, M. Saliba, I. Mora-Sero, J. Bisquert, H. J. Snaith, R. J. Nicholas, Nano Lett . 2014, 14, 724.], 전기촉매 적용에서 상기 rGO/TiO2 촉매 시스템의 적용은 대체로 연구되지 않은 채 남아있다. In an attempt to improve the electrical conductivity of TiO 2 , hybridization with highly conductive carbonaceous materials has been reported. Because of their excellent electrical conductivity, high mechanical strength, structural flexibility, and large surface area, it has been found that carbon-based materials can be efficiently applied in photovoltaic, photocatalytic, and electrocatalysts. In particular, rGO / TiO 2 hybrid materials have exhibited higher conductivity and improved thermal and chemical stability. However, despite progress achieved in photocatalysts, water splitting, and solar cells [J. Du, X. Lai, N. Yang, J. Zhai, D. Kisailus, F. Su, D. Wang, L. Jiang, ACS Nano 2011 , 5 , 590; G. Xie, K. Zhang, B. Guo, Q. Liu, L. Fang, JR Gong, Adv . Mater. 2013 , 25 , 3820.; JT-W. Wang, JM Ball, EM Barea, A. Abate, JA Alexander-Webber, J. Huang, M. Saliba, I. Mora-Sero, J. Bisquert, HJ Snaith, RJ Nicholas, Nano Lett . 2014 , 14 , 724.], the application of the rGO / TiO 2 catalyst system in electrocatalyst applications remains largely unexplored.

또한, rGO/TiO2 혼성 시스템의 연구 및 Ti3 + 셀프-도핑된 TiO2의 평가를 동시에 고려하는 시도는 본 기술 분야에서 연구되지 않은 상태이다.Also, rGO / TiO 2 Study of the hybrid system 3 and Ti + self-assessment at the same time trying to consider of the doped TiO 2 is a state that is not investigated in the art.

이와 관련하여, 미국 공개특허 제 2013-0330659 호는 연료 전지용 전극의 촉매 제조 방법에 대하여 개시하고 있다.In this regard, U.S. Published Patent Application No. 2013-0330659 discloses a method for producing a catalyst for an electrode for a fuel cell.

본원은, 중공 복합체로서, 상기 중공 복합체는 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 쉘(shell)을 포함하며, 상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프-도핑(self-doping)되어 있고, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면은 탄소를 포함하는 것인, 중공 복합체를 제공한다. The present invention is directed to a hollow composite, wherein the hollow composite comprises a shell comprising a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure, wherein the hybrid is self-doped by a metal element contained in the metal oxide, doped, and the inner surface of the shell of the hollow composite comprises carbon.

본원은, 상기 중공 복합체의 제조 방법, 상기 중공 복합체를 포함하는 전기촉매, 상기 중공 복합체를 포함하는 전극, 상기 전극을 포함하는 전지, 상기 중공 복합체를 포함하는 전자 잉크, 및 상기 전자 잉크를 포함하는 전자 종이 및 디스플레이 디바이스를 제공한다.The present invention is directed to a method of making the hollow composite, an electrocatalyst comprising the hollow composite, an electrode comprising the hollow composite, a battery comprising the electrode, an electronic ink comprising the hollow composite, Electronic paper and a display device.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 중공 복합체로서, 상기 중공 복합체는 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 쉘(shell)을 포함하며, 상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프-도핑(self-doping)되어 있고, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면은 탄소를 포함하는 것인, 중공 복합체를 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a hollow composite comprising a shell comprising a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure, wherein the hybrid is formed by a metal element contained in the metal oxide, Wherein the inner surface of the shell of the hollow composite is self-doped, and the inner surface of the shell of the hollow composite comprises carbon.

본원의 제 2 측면은, 금속 산화물용 전구체와 탄소 구조체용 전구체를 함유하는 혼합 용액을 이용하여 고분자 코어를 코팅하여 상기 고분자 코어 입자에 상기 전구체들이 코팅된 코어-쉘 복합체를 형성하고, 및 상기 코어-쉘 복합체를 제 1 하소시켜 중공 복합체를 수득하는 것을 포함하고, 상기 중공 복합체의 쉘(shell)은 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 것이고, 상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프-도핑(self-doping)되어 있는 것이고, 상기 제 1 하소는, 제 1 온도에서 상기 코어-쉘 복합체를 가열하여 상기 고분자 코어 입자를 탄화시켜 제거하여 상기 중공 복합체를 수득하는 것을 포함하는 것인, 중공 복합체의 제조 방법을 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a core-shell composite comprising coating a polymer core with a mixed solution containing a precursor for a metal oxide and a precursor for a carbon structure to form a core- - shell composite to obtain a hollow composite, wherein the shell of the hollow composite comprises a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure, wherein the hybrid comprises a metal contained in the metal oxide Wherein the first calcination comprises heating the core-shell composite at a first temperature to carbonize and remove the polymer core particles to obtain the hollow composite, By weight, based on the total weight of the hollow composite.

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 중공 복합체를 포함하는 전기촉매(electrocatalyst)를 제공한다.A third aspect of the invention provides an electrocatalyst comprising a hollow composite according to the first aspect of the present invention.

본원의 제 4 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 중공 복합체를 포함하는 전극을 제공한다.A fourth aspect of the invention provides an electrode comprising a hollow composite according to the first aspect of the present application.

본원의 제 5 측면은, 본원의 제 4 측면에 따른 전극을 포함하는 전지를 제공한다.A fifth aspect of the invention provides a cell comprising an electrode according to the fourth aspect of the present application.

본원의 제 6 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 중공 복합체를 포함하는 전자 잉크를 제공한다.A sixth aspect of the invention provides an electronic ink comprising a hollow composite according to the first aspect of the present application.

본원의 제 7 측면은, 본원의 제 6 측면에 따른 전자 잉크를 포함하는 전자 종이 또는 디스플레이 디바이스를 제공한다.A seventh aspect of the present invention provides an electronic paper or display device comprising electronic ink according to the sixth aspect of the present application.

본원의 일 구현예에 의하여, 상기 중공 복합체는 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 쉘(shell)을 포함하며, 상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프 도핑되어 있고, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면은 탄소를 포함하여, 상기 중공 복합체의 전기적 전도도가 향상되며, 산소 환원 반응에 대한 전기 촉매적 활성이 기존의 Pt/C의 활성과 유사하게 발휘된다.According to one embodiment of the invention, the hollow composite comprises a shell comprising a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure, wherein the hybrid is self-doped by a metal element contained in the metal oxide, The inner surface of the shell of the hollow composite contains carbon, so that the electrical conductivity of the hollow composite is improved, and the electrocatalytic activity for the oxygen reduction reaction is exhibited similar to the activity of the existing Pt / C.

본원의 일 구현예에 의하여, 상기 중공 복합체는 상기 금속 산화물 및 상기 탄소 구조체의 혼성화, 상기 금속 원소에 의한 셀프 도핑, 및 탄소를 포함함으로써 산소 환원 반응에서 알칼리 매질에서의 안정성이 향상되며, 특히 메탄올 내성이 증가한다. According to one embodiment of the present invention, the hollow composite is improved in stability in an alkali medium in the oxygen reduction reaction by hybridization of the metal oxide and the carbon structure, self-doping by the metal element, and carbon, The resistance increases.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체는 전기촉매, 특히, 산소 환원 반응용 전기촉매, 전극, 특히, 산소 환원 반응용 전극, 상기 전극을 포함하는 전지, 전자 잉크, 상기 전자 잉크를 포함하는 전자 종이 및 디스플레이 디바이스에 사용될 수 있다.In one embodiment of the invention, the hollow composite comprises an electrocatalyst, in particular an electrocatalyst for an oxygen reduction reaction, an electrode, in particular an electrode for oxygen reduction reaction, a battery comprising the electrode, an electronic ink, Electronic paper and display devices.

도 1a는, 본원의 일 구현예에 있어서, rGO/TiO2 중공 복합체의 제조 과정을 나타낸 순서도이다.
도 1b는, 본원의 일 구현예에 있어서, rGO/TiO2 중공 복합체의 제조 과정을 나타낸 개략도이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) PS 나노스피어, (b) PS@GO/TiO2, (c) TiO2, 및 (d) 탄화 후의 rGO(10%)/TiO2 중공 복합체 각각의 SEM 이미지이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) PS@TiO2, (b) rGO(5%)/TiO2, 및 (c) rGO(20%)/TiO2 중공 복합체 각각의 FESEM 이미지 및 (d) rGO(10%)/TiO2 중공 복합체의 단면도를 나타낸 FESEM 이미지이다 (스케일 바는 1 μm임).
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) TiO2(공기), (b) TiO2, (c) rGO(20%)/TiO2 중공을 각각 나타낸 TEM 이미지 및 (d) rGO(20%)/TiO2의 HRTEM 이미지이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) TiO2 중공 복합체의 TEM 이미지, (b) TiO2 나노입자 상의 탄소 층의 존재를 나타낸 HRTEM 이미지, 및 (c) rGO(10%)/TiO2 중공 복합체의 TEM 이미지 및 (d) HRTEM 이미지를 각각 나타낸다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 상이한 샘플의 N2 흡착-탈착 측정을 나타낸 그래프이다.
도 7a는, 본원의 일 실시예에 있어서, TiO2 및 rGO/TiO2 중공 복합체의 결정성 상의 싱크로트론 X-선 회절 패턴을 나타낸다.
도 7b는, 본원의 일 실시예에 있어서, rGO 및 TiO2의 결합 특성을 조사하기 위한 하이브리드 구조체의 라만 스펙트럼이다.
도 8a 내지 도 8f는, 본원의 일 실시예에 있어서, rGO 및 TiO2의 화학적 상태 및 효과적 통합을 조사하기 위한 고-분해능 X-선 광전자 분광 측정결과들을 나타낸다.
도 9a는, 본원의 일 실시예에 있어서, 공기(TiO2 공기) 하에서 하소된 비교예 TiO2 레퍼런스, TiO2, 및 rGO(10%)/TiO2 중공 나노스피어의 표준화된 XANES 스펙트럼을 나타낸다.
도 9b는, 본원의 일 실시예에 있어서, 공기(TiO2 공기) 하에서 하소된 비교예 TiO2 레퍼런스, TiO2, 및 rGO(10%)/TiO2 중공 나노스피어의 프리-엣지 위치를 나타내는 XANES 스펙트럼의 확대된 이미지이다.
도 10a는, 본원의 일 실시예에 있어서, 모든 평가된 샘플의 Nyquist 플롯을 나타낸다.
도 10b는, 본원의 일 실시예에 있어서, 해당 샘플의 Mott-Schottky 측정을 나타낸다.
도 11a는, 본원의 일 실시예에 있어서, rGO/TiO2 및 Pt/C의 CV 커브를 나타낸다.
도 11b는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상이한 샘플의 LSV 커브를 나타낸다.
도 11c는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상이한 회전 속도에서 rGO(10%)/TiO2 샘플의 LSV 커브를 나타낸다.
도 11d는, 본원의 일 실시예에 있어서, RDE 데이터에 의해 유도된 rGO/TiO2 복합체의 Tafel 플롯을 나타낸다.
도 12는, 본원의 일 실시예에 있어서, 샘플 각각의 CV 커브 및 상이한 회전 속도에서 rGO(5%)/TiO2, rGO(20%)/TiO2, 및 Pt/C 각각의 LSV 커브를 나타낸다.
도 13a 내지 도 13d는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상이한 전위에서 ORR 플롯으로부터 유도된 (a) rGO(5%)/TiO2, (b) rGO(10%)/TiO2, 및 (c) rGO(20%)/TiO2 각각의 K-L 플롯 및 (d) rGO(5%)/TiO2, rGO(10%)/TiO2, rGO(20%)/TiO2, 및 Pt/C의 전자 이동 수를 나타낸다.
도 14a는, 본원의 일 실시예에 있어서, 20,000 초 동안 1,600 rpm의 회전 속도에서 RHE 대비 0.5 V에서 샘플 각각의 시간 대 전류 응답을 나타낸다.
도 14b는, 본원의 일 실시예에 있어서, 1,600 rpm의 회전 속도에서 RHE 대비 0.5 V에서 합성 샘플의 메탄올 내성을 나타낸다.
FIG. 1A is a flow chart illustrating a process for producing an rGO / TiO 2 hollow composite in one embodiment of the present invention. FIG.
1B is a schematic diagram illustrating a process for making an rGO / TiO 2 hollow composite, in one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention, wherein in one embodiment of the present invention, PS nanospheres, (b) PS @ GO / TiO 2 , (c) TiO 2 , and (d) rGO (10%) / TiO 2 hollow SEM images of each of the composites.
Figure 3, in one embodiment of the present application, (a) PS @ TiO 2 , (b) rGO (5%) / TiO 2, and (c) rGO (20%) / TiO 2 hollow composite each FESEM image And (d) a FESEM image (scale bar is 1 μm) showing a cross-sectional view of the rGO (10%) / TiO 2 hollow composite.
Figure 4 shows TEM images of (a) TiO 2 (air), (b) TiO 2 , (c) rGO (20%) / TiO 2 hollow, and (d) rGO 20%) / TiO 2 .
Figure 5 is, in one embodiment of the present application, (a) TiO 2 TEM image, (b) HRTEM image showing the presence of a carbon layer on the TiO 2 nanoparticles of hollow composite, and (c) rGO (10%) / TEM image of TiO 2 hollow composite and (d) HRTEM image, respectively.
Figure 6 is a graph showing the N 2 adsorption-desorption measurements of different samples, respectively, in one embodiment of the invention.
Figure 7a shows a synchrotron X-ray diffraction pattern of the crystalline phase of the TiO 2 and rGO / TiO 2 hollow composite, in one embodiment of the invention.
FIG. 7B is a Raman spectrum of a hybrid structure for investigating the binding characteristics of rGO and TiO 2 in one embodiment of the present invention. FIG.
Figures 8a to 8f has, in one embodiment of the invention, and to investigate the chemical state and the effective integration of rGO and TiO 2 - shows the resolution X- ray photoelectron spectroscopy measurements.
Figure 9a shows the standardized XANES spectra of calcined Comparative TiO 2 reference, TiO 2 , and rGO (10%) / TiO 2 hollow nanospheres calcined under air (TiO 2 air).
Figure 9b, in one embodiment of the invention, compared to calcined under air (TiO 2 air) for example TiO 2 reference, TiO 2, and rGO (10%) / TiO 2 free of the hollow nanospheres - XANES indicating the edge position It is an enlarged image of the spectrum.
Figure 10a shows, in one embodiment of the invention, a Nyquist plot of all evaluated samples.
FIG. 10B shows a Mott-Schottky measurement of the sample in one embodiment of the present invention.
Figure 11a is, in one embodiment of the present application, shows a CV curve of rGO / TiO 2 and Pt / C.
FIG. 11B shows LSV curves of different samples, in one embodiment of the invention.
FIG. 11C shows LSV curves of rGO (10%) / TiO 2 samples at different rotational speeds, in one embodiment of the invention.
Figure 11d shows a Tafel plot of rGO / TiO 2 complexes induced by RDE data, in one embodiment of the invention.
Figure 12 is, in one embodiment of the present application, shows a sample each of the CV curves, and different from the rotational speed rGO (5%) / TiO 2 , rGO (20%) / TiO 2, and Pt / C Each of the LSV curve .
(A) rGO (5%) / TiO 2 , (b) rGO (10%) / TiO 2 , and (c) TiO 2 derived from ORR plots at different potentials. ) rGO (20%) / TiO 2 each KL plot, and (d) rGO (5%) / TiO 2, rGO (10%) / TiO 2, rGO (20%) / TiO 2, and e of the Pt / C Represents the number of movements.
Figure 14a shows the time-to-current response of each sample at 0.5 V versus RHE at a rotational speed of 1,600 rpm for 20,000 seconds in one embodiment of the invention.
Figure 14b shows the methanol tolerance of the synthetic sample at 0.5 V versus RHE at a rotational speed of 1,600 rpm, in one embodiment of the invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination thereof " included in the expression of the machine form means one or more combinations or combinations selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the machine form, And the like.

본원의 제 1 측면은, 중공 복합체로서, 상기 중공 복합체는 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 쉘(shell)을 포함하며, 상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프-도핑(self-doping)되어 있고, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면은 탄소를 포함하는 것인, 중공 복합체를 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a hollow composite comprising a shell comprising a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure, wherein the hybrid is formed by a metal element contained in the metal oxide, Wherein the inner surface of the shell of the hollow composite is self-doped, and the inner surface of the shell of the hollow composite comprises carbon.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 산화물은 반도체 산화물을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 반도체 산화물은, 예를 들어, TiO2, SnO2, ZnO, VO2, In2O3, NiO, MoO3, SrTiO3, Fe-도핑된 SrTiO3, Fe2O3, WO3, CuO, BiVO4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 산화물을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal oxide may include a semiconductor oxide, for example, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, VO 2 , In 2 O 3 , NiO, MoO 3 , SrTiO 3 , Fe-doped SrTiO 3 , Fe 2 O 3 , WO 3 , CuO, BiVO 4 , And combinations of these. ≪ RTI ID = 0.0 > [0040] < / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 구조체는 환원된 그래핀 옥사이드(rGO), 그래핀, 그래파이트, 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소 나노혼(carbon nanohorn), 증기-성장형 탄소 섬유 및 탄소 나노섬유(vapor-grown carbon fiber and nanofiber), 아세틸렌 블랙을 포함하는 합성 탄소원(synthetic carbon sources including acetylene black), 탄화수소 또는 폴리머의 연소로부터 형성된 카본블랙 (예를 들어, 케천블랙), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 탄소 구조체를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon structure is selected from the group consisting of reduced graphene oxide (rGO), graphene, graphite, single wall carbon nanotubes, multiwall carbon nanotubes, carbon nanohorns, Synthetic carbon sources including acetylene black, carbon black formed from the combustion of hydrocarbons or polymers (for example, Kecheon black), and carbon black And a carbon structure selected from the group consisting of combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 원소는 상기 금속 산화물에 함유된 금속 양이온보다 환원된 상태인 것일 수 있다. 상기 환원된 금속 양이온은 환원된 상태로서 불안정하여 산화되기 쉽다. 그러나, 상기 쉘의 내부 표면에 형성된 탄소 및 상기 탄소 구조체에 의하여 상기 환원된 금속 양이온이 안정화 되어 상기 하이브리드를 셀프-도핑할 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 복합체의 쉘에 포함된 상기 금속 산화물이 TiO2를 포함하는 경우, 상기 TiO2에 함유된 Ti4 +가 Ti3 +로 일부 환원되고 상기 중공 복합체에서 상기 Ti3 +가 안정화되어 상기 하이브리드가 상기 안정화된 Ti3+에 의하여 셀프-도핑될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal element may be in a reduced state than the metal cation contained in the metal oxide. The reduced metal cation is in a reduced state and is unstable and prone to oxidation. However, the carbon formed on the inner surface of the shell and the reduced metal cation are stabilized by the carbon structure to self-dope the hybrid. For example, if the metal oxide contained in the shell include TiO 2, the Ti 4 + contained in the TiO 2 is partially reduced to the Ti 3 + the Ti 3 + in the hollow composite stabilization of the hollow composite Became The hybrids can be self-doped by the stabilized Ti 3+ .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체의 크기는 약 50 nm 내지 약 5,000 nm 일 수 있다. 상기 중공 복합체의 크기는 중공 복합체의 형태에 따라 의미가 달라질 수 있으며, 예를 들어, 구(sphere) 형태일 경우 상기 구의 직경을 의미하고, 타원형일 경우 장축의 직경 또는 단축의 직경일 수 있다. 상기 중공 복합체의 크기는, 예를 들어, 약 50 nm 내지 약 5,000 nm, 약 100 nm 내지 약 5,000 nm, 약 300 nm 내지 약 5,000 nm, 약 500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 700 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 5,000 nm, 약 2,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 2,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 4,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 4,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 50 nm 내지 약 4,500 nm, 약 50 nm 내지 약 4,000 nm, 약 50 nm 내지 약 3,500 nm, 약 50 nm 내지 약 3,000 nm, 약 50 nm 내지 약 2,500 nm, 약 50 nm 내지 약 2,000 nm, 약 50 nm 내지 약 1,700 nm, 약 50 nm 내지 약 1,500 nm, 약 50 nm 내지 약 1,300 nm, 약 50 nm 내지 약 1,000 nm, 약 50 nm 내지 약 700 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 4,000 nm, 약 300 nm 내지 약 4,000 nm, 약 500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 700 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 4,000 nm, 약 2,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 2,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 3,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 100 nm 내지 약 3,500 nm, 약 100 nm 내지 약 3,000 nm, 약 100 nm 내지 약 2,500 nm, 약 100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 100 nm 내지 약 1,700 nm, 약 100 nm 내지 약 1,500 nm, 약 100 nm 내지 약 1,300 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 200 nm 내지 약 1,900 nm, 약 200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 200 nm 내지 약 1,700 nm, 약 200 nm 내지 약 1,600 nm, 약 200 nm 내지 약 1,500 nm, 약 200 nm 내지 약 1,400 nm, 약 200 nm 내지 약 1,300 nm, 약 200 nm 내지 약 1,200 nm, 약 200 nm 내지 약 1,100 nm, 약 200 nm 내지 약 1,000 nm, 약 200 nm 내지 약 900 nm, 약 200 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 700 nm, 약 200 nm 내지 약 600 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 200 nm 내지 약 300 nm, 약 400 nm 내지 약 1,800 nm, 약 500 nm 내지 약 1,800 nm, 약 600 nm 내지 약 1,800 nm, 약 700 nm 내지 약 1,800 nm, 약 800 nm 내지 약 1,800 nm, 약 900 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,500 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,600 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,700 nm 내지 약 1,800 nm, 약 400 nm 내지 약 1,700 nm, 약 400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 400 nm 내지 약 1,500 nm, 약 400 nm 내지 약 1,400 nm, 약 400 nm 내지 약 1,300 nm, 약 400 nm 내지 약 1,200 nm, 약 400 nm 내지 약 1,100 nm, 약 400 nm 내지 약 1,000 nm, 약 400 nm 내지 약 900 nm, 약 400 nm 내지 약 800 nm, 약 400 nm 내지 약 700 nm, 약 400 nm 내지 약 600 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 600 nm 내지 약 1,600 nm, 약 700 nm 내지 약 1,600 nm, 약 800 nm 내지 약 1,600 nm, 약 900 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,500 nm 내지 약 1,600 nm, 약 600 nm 내지 약 1,500 nm, 약 600 nm 내지 약 1,400 nm, 약 600 nm 내지 약 1,300 nm, 약 600 nm 내지 약 1,200 nm, 약 600 nm 내지 약 1,100 nm, 약 600 nm 내지 약 1,000 nm, 약 600 nm 내지 약 900 nm, 약 600 nm 내지 약 800 nm, 약 600 nm 내지 약 700 nm, 약 800 nm 내지 약 1,400 nm, 약 900 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,400 nm, 약 800 nm 내지 약 1,300 nm, 약 800 nm 내지 약 1,200 nm, 약 800 nm 내지 약 1,100 nm, 약 800 nm 내지 약 1,000 nm, 또는 약 800 nm 내지 약 900 nm일 수 있다. In one embodiment herein, the size of the hollow composite can be from about 50 nm to about 5,000 nm. The size of the hollow composite may vary depending on the shape of the hollow composite. For example, in the case of a spherical shape, the diameter of the spherical hollow may be used, and in the case of an elliptical shape, the diameter of the long axial or short axis may be used. The size of the hollow complex can be, for example, from about 50 nm to about 5,000 nm, from about 100 nm to about 5,000 nm, from about 300 nm to about 5,000 nm, from about 500 nm to about 5,000 nm, from about 700 nm to about 5,000 nm From about 1,000 nm to about 5,000 nm, from about 1,300 nm to about 5,000 nm, from about 1,500 nm to about 5,000 nm, from about 1,700 nm to about 5,000 nm, from about 2,000 nm to about 5,000 nm, from about 2,500 nm to about 5,000 nm, From about 3,000 nm to about 5,000 nm, from about 3,500 nm to about 5,000 nm, from about 4,000 nm to about 5,000 nm, from about 4,500 nm to about 5,000 nm, from about 50 nm to about 4,500 nm, from about 50 nm to about 4,000 nm, From about 50 nm to about 1500 nm, from about 50 nm to about 3,000 nm, from about 50 nm to about 2,500 nm, from about 50 nm to about 2,000 nm, from about 50 nm to about 1,700 nm, from about 50 nm to about 1,500 nm, From about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 700 nm, from about 50 nm to about 500 nm, from about 50 nm to about 300 nm, from about 50 nm to about 100 nm, From about 500 nm to about 4000 nm, from about 700 nm to about 4000 nm, from about 1,000 nm to about 4,000 nm, from about 1,300 nm to about 4,000 nm, from about 1,500 nm to about 4,000 nm From about 2,000 nm to about 4,000 nm, from about 2,500 nm to about 4,000 nm, from about 3,000 nm to about 4,000 nm, from about 3,500 nm to about 4,000 nm, from about 100 nm to about 3,500 nm, From about 100 nm to about 1500 nm, from about 100 nm to about 1,300 nm, from about 100 nm to about 3,000 nm, from about 100 nm to about 2,500 nm, from about 100 nm to about 2,000 nm, from about 100 nm to about 1,700 nm, From about 100 nm to about 500 nm, from about 100 nm to about 300 nm, from about 200 nm to about 2,000 nm, from about 300 nm to about 2,000 nm, from about 400 nm to about 500 nm, From about 500 nm to about 2,000 nm, from about 600 nm to about 2,000 nm, from about 700 nm to about 2,000 nm, from about 800 nm to about 2,000 nm, from about 900 nm to about 2,000 nm, From about 1,200 nm to about 2,000 nm, from about 1,200 nm to about 2,000 nm, from about 1,300 nm to about 2,000 nm, from about 1,400 nm to about 2,000 nm, from about 1,500 nm to about 2,000 nm, from about 1,600 nm to about 2,000 nm about 200 nm to about 1,800 nm, about 200 nm to about 1,800 nm, about 200 nm to about 1,800 nm, about 1,700 nm to about 2,000 nm, about 1,800 nm to about 2,000 nm, about 1,900 nm to about 2,000 nm, From about 200 nm to about 1,100 nm, from about 200 nm to about 1,100 nm, from about 200 nm to about 1,500 nm, from about 200 nm to about 1,400 nm, from about 200 nm to about 1,300 nm, from about 200 nm to about 1,200 nm, from about 200 nm to about 500 nm, from about 200 nm to about 500 nm, from about 200 nm to about 900 nm, from about 200 nm to about 800 nm, from about 200 nm to about 700 nm, from about 200 nm to about 600 nm, About 400 nm to about 300 nm, about 400 nm to about 1,800 nm, about 500 nm to about 1,800 nm, about 600 nm to about 1,800 nm, about 700 nm to about 1,800 nm, about 800 nm About 1,800 nm to about 1,800 nm, about 1,300 nm to about 1,800 nm, about 1,400 nm to about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,000 nm to about 1,800 nm, about 1,100 nm to about 1,800 nm, about 400 nm to about 1,600 nm, about 400 nm to about 1,500 nm, about 400 nm to about 1,800 nm, about 1,500 nm to about 1,800 nm, about 1,600 nm to about 1,800 nm, about 1,700 nm to about 1,800 nm, From about 400 nm to about 1000 nm, from about 400 nm to about 900 nm, from about 400 nm to about 1,300 nm, from about 400 nm to about 1,200 nm, from about 400 nm to about 1,100 nm, from about 400 nm to about 600 nm, from about 400 nm to about 500 nm, from about 600 nm to about 1,600 nm, from about 700 nm to about 1,600 nm, from about 800 nm to about 800 nm, from about 400 nm to about 700 nm, About 1200 nm to about 1,600 nm, about 1,300 nm to about 1,600 nm, about 1,400 nm to about 1,600 nm, about 900 nm to about 1,600 nm, about 1,000 nm to about 1,600 nm, about 1,100 nm to about 1,600 nm, from about 600 nm to about 1500 nm, from about 600 nm to about 1,300 nm, from about 600 nm to about 1,200 nm, from about 600 nm to about 600 nm, and from about 600 nm to about 1, 500 nm to about 1,600 nm, from about 1,500 nm to about 1,600 nm, From about 600 nm to about 1000 nm, from about 600 nm to about 900 nm, from about 600 nm to about 800 nm, from about 600 nm to about 700 nm, from about 800 nm to about 1,400 nm, from about 900 nm to about 1,400 from about 1, 000 nm to about 1, 000 nm, from about 1,000 nm to about 1,400 nm, from about 1,100 nm to about 1,400 nm, from about 1,200 nm to about 1,400 nm, from about 1,300 nm to about 1,400 nm, From about 800 nm to about 1,100 nm, from about 800 nm to about 1,000 nm, or from about 800 nm to about 900 nm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량은 약 1 중량부 내지 약 20 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량은 약 1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 2 중량부 내지 약 20 중량부, 약 3 중량부 내지 약 20 중량부, 약 4 중량부 내지 약 20 중량부, 약 5 중량부 내지 약 20 중량부, 약 6 중량부 내지 약 20 중량부, 약 7 중량부 내지 약 20 중량부, 약 8 중량부 내지 약 20 중량부, 약 9 중량부 내지 약 20 중량부, 약 10 중량부 내지 약 20 중량부, 약 11 중량부 내지 약 20 중량부, 약 12 중량부 내지 약 20 중량부, 약 13 중량부 내지 약 20 중량부, 약 14 중량부 내지 약 20 중량부, 약 15 중량부 내지 약 20 중량부, 약 16 중량부 내지 약 20 중량부, 약 17 중량부 내지 약 20 중량부, 약 18 중량부 내지 약 20 중량부, 약 19 중량부 내지 약 20 중량부, 약 1 중량부 내지 약 19 중량부, 약 1 중량부 내지 약 18 중량부, 약 1 중량부 내지 약 17 중량부, 약 1 중량부 내지 약 16 중량부, 약 1 중량부 내지 약 15 중량부, 약 1 중량부 내지 약 14 중량부, 약 1 중량부 내지 약 13 중량부, 약 1 중량부 내지 약 12 중량부, 약 1 중량부 내지 약 11 중량부, 약 1 중량부 내지 약 10 중량부, 약 1 중량부 내지 약 9 중량부, 약 1 중량부 내지 약 8 중량부, 약 1 중량부 내지 약 7 중량부, 약 1 중량부 내지 약 6 중량부, 약 1 중량부 내지 약 5 중량부, 약 1 중량부 내지 약 4 중량부, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 또는 약 1 중량부 내지 약 2 중량부일 수 있다. 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량이 1 중량부 미만일 경우, 더 용이한 전자 전달을 가능하게 하는 상기 탄소 구조체의 함량이 적어 상기 중공 복합체의 전기 전도도가 낮아질 수 있고, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량이 20 중량부 초과일 경우, 상기 복합체의 형태가 중공 복합체로 유도되지 않을 수 있고 쉘이 두꺼워져 전기 전도도가 오히려 낮아질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the carbon structure relative to 100 parts by weight of the hollow composite may be from about 1 part by weight to about 20 parts by weight. For example, the content of the carbon structure relative to 100 parts by weight of the hollow composite may be from about 1 part to about 20 parts, from about 2 parts to about 20 parts, from about 3 parts to about 20 parts, From about 5 parts to about 20 parts by weight, from about 6 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 7 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 8 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 9 From about 10 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 11 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 12 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 13 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 14 From about 15 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 16 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 17 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 18 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 19 to about 20 parts by weight, About 20 parts by weight, about 1 part by weight to about 19 parts by weight, about 1 part by weight to about 18 parts by weight, about 1 part by weight to about 17 parts by weight, about 1 part by weight to about 16 parts by weight, about 1 to about 15 parts by weight, about 1 to about 14 parts by weight, about 1 to about 13 parts by weight, about 1 to about 12 parts by weight, about 1 part by weight to about 11 parts by weight, about 1 to about 10 parts by weight, about 1 to about 9 parts by weight, about 1 to about 8 parts by weight, about 1 to about From about 1 part to about 3 parts by weight, or from about 1 part to about 5 parts by weight, from about 1 part by weight to about 6 parts by weight, from about 1 part by weight to about 5 parts by weight, from about 1 part by weight to about 4 parts by weight, About 2 parts by weight. When the content of the carbon structure is less than 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the hollow composite, the electric conductivity of the hollow composite may be lowered because the content of the carbon structure enabling easier electron transfer is small. If the content of the carbon structure is more than 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight, the shape of the composite may not be induced into the hollow composite, and the shell may be thickened to lower the electrical conductivity.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체의 전하 전달 저항(charge transfer resistance)은 약 10 Ω 내지 약 200 kΩ일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 중공 복합체의 전하 전달 저항은 약 10 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 100 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 300 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 500 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 700 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 1 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 10 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 20 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 30 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 40 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 50 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 60 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 70 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 80 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 90 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 100 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 120 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 140 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 160 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 180 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 180 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 160 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 140 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 120 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 100 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 90 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 80 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 70 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 60 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 50 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 40 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 30 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 20 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 10 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 1 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 700 Ω, 약 10 Ω 내지 약 500 Ω, 약 10 Ω 내지 약 300 Ω, 또는 약 10 Ω 내지 약 100 Ω 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전하 전달 저항은 상기 중공 복합체의 전기적 전도도와 밀접한 관련이 있으며, 상기 전하 전달 저항이 낮을수록 상기 중공 복합체의 전기적 전도도는 향상된다. 상기 중공 복합체의 높은 전기적 전도도(낮은 전하 전달 저항)는 상기 중공 복합체가 상기 탄소 구조체를 포함하기 때문일 수 있다.In one embodiment herein, the charge transfer resistance of the hollow composite can be from about 10 [Omega] to about 200 k [Omega], but is not limited thereto. For example, the charge transfer resistances of the hollow composite may range from about 10 [Omega] to about 200 k [Omega], from about 100 [Omega] to about 200 k, from about 300 to about 200 k, from about 500 [ from about 10 kΩ to about 200 kΩ, from about 20 kΩ to about 200 kΩ, from about 30 kΩ to about 200 kΩ, from about 40 kΩ to about 200 kΩ, from about 50 kΩ to about 200 kΩ, From about 100 kΩ to about 200 kΩ, from about 120 kΩ to about 200 kΩ, from about 140 kΩ to about 200 kΩ, from about 60 kΩ to about 200 kΩ, from about 70 kΩ to about 200 kΩ, from about 80 kΩ to about 200 kΩ, from about 10 ohms to about 160 kilohms, from about 10 kilohms to about 140 kilohms, from about 10 ohms to about 200 kilohms, from about 160 kilohms to about 200 kilohms, from about 180 kilohms to about 200 kilohms, from about 10 kilohms to about 180 kilohms, From about 10 ohms to about 60 kilohms, from about 10 ohms to about 50 kilohms, from about 10 ohms to about 100 kilohms, from about 10 ohms to about 90 kilohms, from about 10 ohms to about 90 kilohangs, k < / RTI > From about 10 ohms to about 700 ohms, from about 10 ohms to about 500 ohms, from about 10 ohms to about 30 ohms, from about 10 ohms to about 20 kilohms, from about 10 ohms to about 10 kilohms, from about 10 ohms to about 1 kilohms, , From about 10 [Omega] to about 300 [Omega], or from about 10 [Omega] to about 100 [Omega]. The charge transfer resistance is closely related to the electrical conductivity of the hollow composite, and the lower the charge transfer resistance, the better the electrical conductivity of the hollow composite. The high electrical conductivity (low charge transfer resistance) of the hollow composite may be because the hollow composite comprises the carbon structure.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체는 산소 환원 반응의 촉매로서 사용될 수 있으며 상기 산소 환원 반응을 위하여 산소 확산을 촉진하고 활성 부위의 수를 증가시키며 전해액 확산을 촉진할 수 있다.In one embodiment of the invention, the hollow composite can be used as a catalyst for an oxygen reduction reaction and can promote diffusion of oxygen, increase the number of active sites, and promote electrolyte diffusion for the oxygen reduction reaction.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체는 상기 탄소 구조체를 포함함으로써 본래 상기 금속 산화물의 약한 전기적 전도도를 더욱 향상시키는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the hollow composite may include the carbon structure to further enhance the weak electrical conductivity of the metal oxide.

본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 중공 복합체의 제조 방법으로서, 금속 산화물용 전구체와 탄소 구조체용 전구체를 함유하는 혼합 용액을 이용하여 고분자 코어를 코팅하여 상기 고분자 코어 입자에 상기 전구체들이 코팅된 코어-쉘 복합체를 형성하고, 및 상기 코어-쉘 복합체를 제 1 하소시켜 중공 복합체를 수득하는 것을 포함하고, 상기 중공 복합체의 쉘(shell)은 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 것이고, 상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프-도핑(self-doping)되어 있는 것이고, 상기 제 1 하소는, 제 1 온도에서 상기 코어-쉘 복합체를 가열하여 상기 고분자 코어 입자를 탄화시켜 제거하여 상기 중공 복합체를 수득하는 것을 포함하는 것인, 중공 복합체의 제조 방법을 제공한다. According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a hollow composite according to the first aspect of the present invention, which comprises coating a polymer core with a mixed solution containing a precursor for a metal oxide and a precursor for a carbon structure, Shell composite, wherein the shell of the hollow composite comprises a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure, wherein the shell of the hollow composite comprises a metal oxide and a carbon structure, Wherein the hybrid is self-doped by a metal element contained in the metal oxide, and the first calcination is performed by heating the core-shell complex at a first temperature, And carbonizing and removing the particles to obtain the hollow composite.

본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Although the detailed description of the parts overlapping with the first aspect of the present application is omitted, the description of the first aspect of the present invention can be applied equally to the second aspect.

본원의 일 구현예에 있어서, 도 1a 및 도 1b는 상기 중공 복합체의 제조 과정을 나타낸 순서도 및 개략도로서, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 상기 중공 복합체의 제조 과정을 설명한다. 우선 단계(S100)에서, 금속 산화물용 전구체와 탄소 구조체용 전구체를 함유하는 혼합 용액을 이용하여 고분자 코어를 코팅하여 상기 고분자 코어 입자에 상기 전구체들이 코팅된 코어-쉘 복합체를 형성한다.In one embodiment of the present invention, FIGS. 1A and 1B are a flow chart and a schematic view illustrating a process of manufacturing the hollow composite body, and a manufacturing process of the hollow composite body will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. In step S100, a polymer core is coated using a mixed solution containing a precursor for a metal oxide and a precursor for a carbon structure to form a core-shell complex in which the precursor is coated on the polymer core particle.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 코어 입자에 상기 금속 산화물용 전구체 및 상기 탄소 구조체용 전구체의 코팅은 상기 고분자 코어 입자와 상기 금속 산화물용 전구체 및 상기 탄소 구조체용 전구체에 포함된 작용기들의 정전기적 상호작용에 의한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅은 상기 고분자 코어 입자의 카보닐기와 상기 금속 산화물용 전구체 및 상기 탄소 구조체용 전구체에 포함된 하이드록시기의 정전기적 상호작용에 의한 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coating of the precursor for a metal oxide and the precursor for a carbon structure on the polymer core particles is carried out by an electrostatic action of the precursors contained in the polymer core particles, the metal oxide precursor and the precursor for the carbon structure It can be by interaction. For example, the coating may be due to the electrostatic interaction of the carbonyl groups of the polymer core particles with the hydroxyl groups contained in the metal oxide precursor and the precursor for the carbon structure.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 코어 입자에 상기 금속 산화물용 전구체 및 상기 탄소 구조체용 전구체의 코팅은 상기 고분자 코어 입자를 개질하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the precursor for the metal oxide and the precursor for the carbon structure may be coated on the polymer core particle to modify the polymer core particle.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 산화물용 전구체와 탄소 구조체용 전구체를 함유하는 혼합 용액 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체용 전구체의 함량은 약 1 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 혼합 용액 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체용 전구체의 함량은 약 1 중량부 내지 약 30 중량부, 약 2 중량부 내지 약 30 중량부, 약 3 중량부 내지 약 30 중량부, 약 4 중량부 내지 약 30 중량부, 약 5 중량부 내지 약 30 중량부, 약 6 중량부 내지 약 30 중량부, 약 7 중량부 내지 약 30 중량부, 약 8 중량부 내지 약 30 중량부, 약 9 중량부 내지 약 30 중량부, 약 10 중량부 내지 약 30 중량부, 약 11 중량부 내지 약 30 중량부, 약 12 중량부 내지 약 30 중량부, 약 13 중량부 내지 약 30 중량부, 약 14 중량부 내지 약 30 중량부, 약 15 중량부 내지 약 30 중량부, 약 16 중량부 내지 약 30 중량부, 약 17 중량부 내지 약 30 중량부, 약 18 중량부 내지 약 30 중량부, 약 19 중량부 내지 약 30 중량부, 약 20 중량부 내지 약 30 중량부, 약 21 중량부 내지 약 30 중량부, 약 22 중량부 내지 약 30 중량부, 약 23 중량부 내지 약 30 중량부, 약 24 중량부 내지 약 30 중량부, 약 25 중량부 내지 약 30 중량부, 약 26 중량부 내지 약 30 중량부, 약 27 중량부 내지 약 30 중량부, 약 28 중량부 내지 약 30 중량부, 약 29 중량부 내지 약 30 중량부, 약 1 중량부 내지 약 29 중량부, 약 1 중량부 내지 약 28 중량부, 약 1 중량부 내지 약 27 중량부, 약 1 중량부 내지 약 26 중량부, 약 1 중량부 내지 약 25 중량부, 약 1 중량부 내지 약 24 중량부, 약 1 중량부 내지 약 23 중량부, 약 1 중량부 내지 약 22 중량부, 약 1 중량부 내지 약 21 중량부, 약 1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 1 중량부 내지 약 19 중량부, 약 1 중량부 내지 약 18 중량부, 약 1 중량부 내지 약 17 중량부, 약 1 중량부 내지 약 16 중량부, 약 1 중량부 내지 약 15 중량부, 약 1 중량부 내지 약 14 중량부, 약 1 중량부 내지 약 13 중량부, 약 1 중량부 내지 약 12 중량부, 약 1 중량부 내지 약 11 중량부, 약 1 중량부 내지 약 10 중량부, 약 1 중량부 내지 약 9 중량부, 약 1 중량부 내지 약 8 중량부, 약 1 중량부 내지 약 7 중량부, 약 1 중량부 내지 약 6 중량부, 약 1 중량부 내지 약 5 중량부, 약 1 중량부 내지 약 4 중량부, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 또는 약 1 중량부 내지 약 2 중량부일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the precursor for the carbon structure may be about 1 part by weight to about 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed solution containing the metal oxide precursor and the precursor for the carbon structure, It is not. For example, the precursor for the carbon structure may be present in an amount of from about 1 part by weight to about 30 parts by weight, from about 2 parts by weight to about 30 parts by weight, from about 3 parts by weight to about 30 parts by weight, About 4 parts by weight to about 30 parts by weight, about 5 parts by weight to about 30 parts by weight, about 6 parts by weight to about 30 parts by weight, about 7 to about 30 parts by weight, about 8 to about 30 parts by weight, About 10 parts by weight to about 30 parts by weight, about 9 parts by weight to about 30 parts by weight, about 10 parts by weight to about 30 parts by weight, about 11 parts by weight to about 30 parts by weight, about 12 parts by weight to about 30 parts by weight, About 15 parts by weight to about 30 parts by weight, about 16 parts by weight to about 30 parts by weight, about 17 parts by weight to about 30 parts by weight, about 18 parts by weight to about 30 parts by weight, About 19 parts to about 30 parts, about 20 parts to about 30 parts, about 21 parts to about 30 parts, about 22 parts To about 30 parts by weight, from about 23 parts by weight to about 30 parts by weight, from about 24 parts by weight to about 30 parts by weight, from about 25 parts by weight to about 30 parts by weight, from about 26 parts by weight to about 30 parts by weight, About 30 parts by weight, about 28 parts by weight about 30 parts by weight, about 29 parts by weight about 30 parts by weight, about 1 part by about 29 parts by weight, about 1 part by about 28 parts by weight, about 1 part by weight About 1 part by weight to about 25 parts by weight, about 1 part by weight to about 24 parts by weight, about 1 to about 23 parts by weight, about 1 part by weight About 1 part by weight to about 20 parts by weight, about 1 part by weight to about 19 parts by weight, about 1 to about 18 parts by weight, about 1 part by weight From about 1 part by weight to about 15 parts by weight, from about 1 part by weight to about 14 parts by weight, from about 1 part by weight to about 1 part by weight, About 1 part by weight to about 12 parts by weight, about 1 to about 11 parts by weight, about 1 to about 10 parts by weight, about 1 to about 9 parts by weight, about 1 to about 1 part by weight, About 1 part to about 6 parts by weight, about 1 to about 5 parts by weight, about 1 to about 4 parts by weight, about 1 to about 7 parts by weight, About 3 parts by weight, or about 1 part by weight to about 2 parts by weight, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 산화물용 전구체 및 상기 탄소 구조체용 전구체가 코팅된 코어-쉘 복합체의 크기는 약 50 nm 내지 약 5,000 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 코어-쉘 복합체의 크기는 코어-쉘 복합체의 형태에 따라 의미가 달라질 수 있으며, 예를 들어, 구(sphere) 형태일 경우 상기 구의 직경을 의미하고, 타원형일 경우 장축의 직경 또는 단축의 직경일 수 있다. 상기 코어-쉘 복합체의 크기는, 예를 들어, 약 50 nm 내지 약 5,000 nm, 약 100 nm 내지 약 5,000 nm, 약 300 nm 내지 약 5,000 nm, 약 500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 700 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 5,000 nm, 약 2,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 2,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 4,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 4,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 50 nm 내지 약 4,500 nm, 약 50 nm 내지 약 4,000 nm, 약 50 nm 내지 약 3,500 nm, 약 50 nm 내지 약 3,000 nm, 약 50 nm 내지 약 2,500 nm, 약 50 nm 내지 약 2,000 nm, 약 50 nm 내지 약 1,700 nm, 약 50 nm 내지 약 1,500 nm, 약 50 nm 내지 약 1,300 nm, 약 50 nm 내지 약 1,000 nm, 약 50 nm 내지 약 700 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 4,000 nm, 약 300 nm 내지 약 4,000 nm, 약 500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 700 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 4,000 nm, 약 2,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 2,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 3,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 100 nm 내지 약 3,500 nm, 약 100 nm 내지 약 3,000 nm, 약 100 nm 내지 약 2,500 nm, 약 100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 100 nm 내지 약 1,700 nm, 약 100 nm 내지 약 1,500 nm, 약 100 nm 내지 약 1,300 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 200 nm 내지 약 1,900 nm, 약 200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 200 nm 내지 약 1,700 nm, 약 200 nm 내지 약 1,600 nm, 약 200 nm 내지 약 1,500 nm, 약 200 nm 내지 약 1,400 nm, 약 200 nm 내지 약 1,300 nm, 약 200 nm 내지 약 1,200 nm, 약 200 nm 내지 약 1,100 nm, 약 200 nm 내지 약 1,000 nm, 약 200 nm 내지 약 900 nm, 약 200 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 700 nm, 약 200 nm 내지 약 600 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 200 nm 내지 약 300 nm, 약 400 nm 내지 약 1,800 nm, 약 500 nm 내지 약 1,800 nm, 약 600 nm 내지 약 1,800 nm, 약 700 nm 내지 약 1,800 nm, 약 800 nm 내지 약 1,800 nm, 약 900 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,500 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,600 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,700 nm 내지 약 1,800 nm, 약 400 nm 내지 약 1,700 nm, 약 400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 400 nm 내지 약 1,500 nm, 약 400 nm 내지 약 1,400 nm, 약 400 nm 내지 약 1,300 nm, 약 400 nm 내지 약 1,200 nm, 약 400 nm 내지 약 1,100 nm, 약 400 nm 내지 약 1,000 nm, 약 400 nm 내지 약 900 nm, 약 400 nm 내지 약 800 nm, 약 400 nm 내지 약 700 nm, 약 400 nm 내지 약 600 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 600 nm 내지 약 1,600 nm, 약 700 nm 내지 약 1,600 nm, 약 800 nm 내지 약 1,600 nm, 약 900 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,500 nm 내지 약 1,600 nm, 약 600 nm 내지 약 1,500 nm, 약 600 nm 내지 약 1,400 nm, 약 600 nm 내지 약 1,300 nm, 약 600 nm 내지 약 1,200 nm, 약 600 nm 내지 약 1,100 nm, 약 600 nm 내지 약 1,000 nm, 약 600 nm 내지 약 900 nm, 약 600 nm 내지 약 800 nm, 약 600 nm 내지 약 700 nm, 약 800 nm 내지 약 1,400 nm, 약 900 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,400 nm, 약 800 nm 내지 약 1,300 nm, 약 800 nm 내지 약 1,200 nm, 약 800 nm 내지 약 1,100 nm, 약 800 nm 내지 약 1,000 nm, 또는 약 800 nm 내지 약 900 nm일 수 있다.In one embodiment of the invention, the size of the core-shell complex coated with the metal oxide precursor and the precursor for the carbon structure may be from about 50 nm to about 5,000 nm, but is not limited thereto. The size of the core-shell composite may vary depending on the shape of the core-shell composite. For example, when the core-shell complex is spherical, it means the diameter of the sphere. When the core-shell complex is elliptical, Lt; / RTI > The size of the core-shell complex can be, for example, from about 50 nm to about 5,000 nm, from about 100 nm to about 5,000 nm, from about 300 nm to about 5,000 nm, from about 500 nm to about 5,000 nm, 5,000 nm, from about 1,000 nm to about 5,000 nm, from about 1,300 nm to about 5,000 nm, from about 1,500 nm to about 5,000 nm, from about 1,700 nm to about 5,000 nm, from about 2,000 nm to about 5,000 nm, From about 3,000 nm to about 5,000 nm, from about 3,500 nm to about 5,000 nm, from about 4,000 nm to about 5,000 nm, from about 4,500 nm to about 5,000 nm, from about 50 nm to about 4,500 nm, from about 50 nm to about 4,000 nm, From about 50 nm to about 3,500 nm, from about 50 nm to about 3,000 nm, from about 50 nm to about 2,500 nm, from about 50 nm to about 2,000 nm, from about 50 nm to about 1,700 nm, from about 50 nm to about 1,500 nm, From about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 700 nm, from about 50 nm to about 500 nm, from about 50 nm to about 300 nm, From about 500 nm to about 4000 nm, from about 700 nm to about 4000 nm, from about 1,000 nm to about 4,000 nm, from about 1,300 nm to about 4,000 nm, from about 1,500 nm to about 4,000 nm, from about 2,000 nm to about 4,000 nm, from about 2,500 nm to about 4,000 nm, from about 3,000 nm to about 4,000 nm, from about 3,500 nm to about 4,000 nm, from about 100 nm to about 3,500 nm, From about 100 nm to about 1,500 nm, from about 100 nm to about 1,300 nm, from about 100 nm to about 3,000 nm, from about 100 nm to about 2,500 nm, from about 100 nm to about 2,000 nm, from about 100 nm to about 1,700 nm, from about 100 nm to about 500 nm, from about 100 nm to about 300 nm, from about 200 nm to about 2,000 nm, from about 300 nm to about 2,000 nm, from about 400 nm to about 1000 nm, from about 100 nm to about 700 nm, From about 500 nm to about 2,000 nm, from about 600 nm to about 2,000 nm, from about 700 nm to about 2,000 nm, from about 800 nm to about 2,000 nm, from about 900 nm to about 2,000 nm, From about 1,200 nm to about 2,000 nm, from about 1,200 nm to about 2,000 nm, from about 1,300 nm to about 2,000 nm, from about 1,400 nm to about 2,000 nm, from about 1,500 nm to about 2,000 nm, from about 1,600 nm to about 2,000 nm About 200 nm to about 1,800 nm, about 200 nm to about 1,800 nm, about 200 nm to about 1,700 nm, about 2,000 nm, about 1,700 nm to about 2,000 nm, about 1,800 nm to about 2,000 nm, about 1,900 nm to about 2,000 nm, About 200 nm to about 1,100 nm, about 200 nm to about 1,100 nm, about 200 nm to about 1,500 nm, about 200 nm to about 1,400 nm, about 200 nm to about 1,300 nm, about 200 nm to about 1,200 nm, From about 200 nm to about 600 nm, from about 200 nm to about 500 nm, from about 200 nm to about 1000 nm, from about 200 nm to about 900 nm, from about 200 nm to about 800 nm, from about 200 nm to about 700 nm, To about 400 nm, or from about 200 nm to about 300 nm, from about 400 nm to about 1,800 nm, from about 500 nm to about 1,800 nm, from about 600 nm to about 1,800 nm, from about 700 nm to about 1,800 nm, About 1,800 nm to about 1,800 nm, about 1,300 nm to about 1,800 nm, about 1,400 nm to about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 900 nm to about 1,800 nm, about 1,000 nm to about 1,800 nm, about 1,100 nm to about 1,800 nm, From about 1,800 nm to about 1,800 nm, from about 1,500 nm to about 1,800 nm, from about 1,600 nm to about 1,800 nm, from about 1,700 nm to about 1,800 nm, from about 400 nm to about 1,700 nm, from about 400 nm to about 1,600 nm, About 400 nm to about 900 nm, about 400 nm to about 1,300 nm, about 400 nm to about 1,200 nm, about 400 nm to about 1,100 nm, about 400 nm to about 1,000 nm, about 400 nm to about 900 nm, From about 400 nm to about 800 nm, from about 400 nm to about 700 nm, from about 400 nm to about 600 nm, from about 400 nm to about 500 nm, from about 600 nm to about 1,600 nm, from about 700 nm to about 1,600 nm, To about 1,600 nm, from about 900 nm to about 1,600 nm, from about 1,000 nm to about 1,600 nm, from about 1,100 nm to about 1,600 nm, from about 1,200 nm to about 1,600 nm, from about 1,300 nm to about 1,600 nm, From about 600 nm to about 1500 nm, from about 600 nm to about 1,300 nm, from about 600 nm to about 1200 nm, from about 600 nm to about 1500 nm, from about 400 nm to about 1,600 nm, from about 1,500 nm to about 1,600 nm, from about 600 nm to about 700 nm, from about 800 nm to about 1,400 nm, from about 900 nm to about 800 nm, from about 600 nm to about 900 nm, from about 600 nm to about 900 nm, from about 600 nm to about 800 nm, From about 1, 000 nm to about 1, 400 nm, from about 1,000 nm to about 1,400 nm, from about 1,100 nm to about 1,400 nm, from about 1,200 nm to about 1,400 nm, from about 1,300 nm to about 1,400 nm, nm, from about 800 nm to about 1,100 nm, from about 800 nm to about 1,000 nm, or from about 800 nm to about 900 nm.

이어서, 단계(S200)에서, 상기 제 1 하소에 의하여, 상기 코어-쉘 복합체의 상기 고분자 코어 입자가 탄화되어 제거되어, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면은 상기 코어-쉘 복합체의 쉘의 내부 표면에 접촉된 상기 고분자 코어 입자의 표면 작용기의 탄화에 의해 형성된 탄소를 포함하고, 상기 금속 산화물의 금속 양이온의 적어도 일부가 환원되어 상기 하이브리드를 셀프-도핑하는 상기 금속 원소를 형성하는 것일 수 있다.Subsequently, in step S200, by the first calcination, the polymer core particles of the core-shell composite are carbonized and removed so that the inner surface of the shell of the hollow composite is removed from the inner surface of the shell of the core- And carbon formed by carbonization of a surface functional group of the polymer core particle in contact with the metal core, wherein at least a part of metal cations of the metal oxide are reduced to form the metal element that self-dopes the hybrid.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 하소는 약 400℃ 내지 약 800℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제 1 하소는 약 400℃ 내지 약 800℃, 약 450℃ 내지 약 800℃, 약 500℃ 내지 약 800℃, 약 550℃ 내지 약 800℃, 약 600℃ 내지 약 800℃, 약 650℃ 내지 약 800℃, 약 700℃ 내지 약 800℃, 약 750℃ 내지 약 800℃, 약 400℃ 내지 약 750℃, 약 400℃ 내지 약 700℃, 약 400℃ 내지 약 650℃, 약 400℃ 내지 약 600℃, 약 400℃ 내지 약 550℃, 약 400℃ 내지 약 500℃, 또는 약 400℃ 내지 약 450℃ 에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 하소가 400℃ 미만에서 수행되는 경우, 상기 고분자 코어 입자가 완전히 탄화되어 제거되지 않을 수 있으며, 800℃ 초과에서 수행되는 경우, 상기 금속 산화물이 루타일 결정상으로 변환되어 촉매 활성이 저하될 수 있으며 상기 고분자 코어 입자가 탄화되어 제거되는 동안 상기 중공 복합체가 불안정한 상태일 수 있다.In one embodiment of the invention, the first calcination may be performed at a temperature of about 400 < 0 > C to about 800 < 0 > C, but is not limited thereto. For example, the first calcination may be carried out at a temperature of about 400 ° C to about 800 ° C, about 450 ° C to about 800 ° C, about 500 ° C to about 800 ° C, about 550 ° C to about 800 ° C, From about 400 ° C to about 700 ° C, from about 400 ° C to about 650 ° C, from about 400 ° C to about 700 ° C, from about 650 ° C to about 800 ° C, from about 700 ° C to about 800 ° C, To about 600 ° C, from about 400 ° C to about 550 ° C, from about 400 ° C to about 500 ° C, or from about 400 ° C to about 450 ° C. When the first calcination is carried out at a temperature lower than 400 ° C., the polymer core particles may not be fully carbonized and removed. When the calcination is performed at a temperature higher than 800 ° C., the metal oxide is converted into a rutile crystal phase, And the hollow composite may be in an unstable state while the polymer core particles are carbonized and removed.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 하소에 의하여 상기 고분자 코어 입자를 탄화시켜 제거하는 동안 상기 탄소 구조체의 함량이 감소되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the carbon structure may be reduced while the polymer core particles are carbonized and removed by the first calcination.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면에 형성된 탄소는 약 1 nm 내지 약 5 nm 두께의 층을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면에 형성된 탄소는 약 1 nm 내지 약 5 nm, 약 2 nm 내지 약 5 nm, 약 3 nm 내지 약 5 nm, 약 4 nm 내지 약 5 nm, 약 1 nm 내지 약 4 nm, 약 1 nm 내지 약 3 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 2 nm 두께의 층을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the carbon formed on the inner surface of the shell of the hollow composite may be, but is not limited to, form a layer having a thickness of about 1 nm to about 5 nm. For example, the carbon formed on the inner surface of the shell of the hollow composite may be about 1 nm to about 5 nm, about 2 nm to about 5 nm, about 3 nm to about 5 nm, about 4 nm to about 5 nm, nm to about 4 nm, from about 1 nm to about 3 nm, or from about 1 nm to about 2 nm thick.

이어서, 상기 제조 방법은 상기 제 1 하소에서 수득된 상기 중공 복합체를 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도에서 가열하여 상기 하이브리드에 포함된 상기 금속 산화물을 결정화시키는 것을 포함하는 제 2 하소 단계(S300)를 추가 포함하는 것일 수 있다.The method further includes a second calcination step (S300) comprising heating the hollow composite obtained in the first calcination at a second temperature higher than the first temperature to crystallize the metal oxide contained in the hybrid, As shown in Fig.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 하소가 수행되는 제 2 온도는 상기 제 1 하소가 수행되는 제 1 온도보다 높은 온도로서, 약 500℃ 내지 약 850℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제 2 하소는 약 500℃ 내지 약 850℃, 약 550℃ 내지 약 850℃, 약 600℃ 내지 약 850℃, 약 650℃ 내지 약 850℃, 약 700℃ 내지 약 850℃, 약 750℃ 내지 약 850℃, 약 800℃ 내지 약 850℃, 약 500℃ 내지 약 800℃, 약 500℃ 내지 약 750℃, 약 500℃ 내지 약 700℃, 약 500℃ 내지 약 650℃, 약 500℃ 내지 약 600℃, 또는 약 500℃ 내지 약 550℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 2 하소가 500℃ 미만에서 수행되는 경우, 상기 금속 산화물이 결정화되지 않을 수 있으며, 850℃ 초과에서 수행되는 경우, 상기 금속 산화물이 루타일 결정상으로 변환되어 촉매 활성이 저하될 수 있고 상기 금속 산화물이 결정화되는 동안 상기 중공 복합체가 불안정한 상태일 수 있다.In one embodiment of the invention, the second temperature at which the second calcination is performed may be performed at a temperature higher than the first temperature at which the first calcination is performed at about 500 ° C to about 850 ° C, It is not. For example, the second calcination may be conducted at a temperature of about 500 < 0 > C to about 850 [deg.] C, at about 550 [deg.] C to about 850 [deg.] C, at about 600 [deg.] C to about 850 [ From about 500 ° C to about 750 ° C, from about 500 ° C to about 700 ° C, from about 500 ° C to about 650 ° C, from about 500 ° C to about 700 ° C, from about 800 ° C to about 850 ° C, To about 600 < 0 > C, or from about 500 < 0 > C to about 550 < 0 > C. When the second calcination is carried out at a temperature lower than 500 ° C, the metal oxide may not crystallize. If the second calcination is carried out at a temperature higher than 850 ° C, the metal oxide may be converted into a rutile crystal phase, While the oxide is crystallized, the hollow composite may be in an unstable state.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 본원의 제 2 측면에 따른 단계들 (S100 내지 S300)에 의하여 수득된 상기 중공 복합체는 약 50 nm 내지 약 5,000 nm 의 크기를 가질 수 있다. 상기 중공 복합체의 크기는 중공 복합체의 형태에 따라 의미가 달라질 수 있으며, 예를 들어, 구(sphere) 형태일 경우 상기 구의 직경을 의미하고, 타원형일 경우 장축의 직경 또는 단축의 직경일 수 있다. 상기 중공 복합체의 크기는, 예를 들어, 약 50 nm 내지 약 5,000 nm, 약 100 nm 내지 약 5,000 nm, 약 300 nm 내지 약 5,000 nm, 약 500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 700 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 5,000 nm, 약 2,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 2,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 4,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 4,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 50 nm 내지 약 4,500 nm, 약 50 nm 내지 약 4,000 nm, 약 50 nm 내지 약 3,500 nm, 약 50 nm 내지 약 3,000 nm, 약 50 nm 내지 약 2,500 nm, 약 50 nm 내지 약 2,000 nm, 약 50 nm 내지 약 1,700 nm, 약 50 nm 내지 약 1,500 nm, 약 50 nm 내지 약 1,300 nm, 약 50 nm 내지 약 1,000 nm, 약 50 nm 내지 약 700 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 4,000 nm, 약 300 nm 내지 약 4,000 nm, 약 500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 700 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 4,000 nm, 약 2,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 2,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 3,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 100 nm 내지 약 3,500 nm, 약 100 nm 내지 약 3,000 nm, 약 100 nm 내지 약 2,500 nm, 약 100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 100 nm 내지 약 1,700 nm, 약 100 nm 내지 약 1,500 nm, 약 100 nm 내지 약 1,300 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 200 nm 내지 약 1,900 nm, 약 200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 200 nm 내지 약 1,700 nm, 약 200 nm 내지 약 1,600 nm, 약 200 nm 내지 약 1,500 nm, 약 200 nm 내지 약 1,400 nm, 약 200 nm 내지 약 1,300 nm, 약 200 nm 내지 약 1,200 nm, 약 200 nm 내지 약 1,100 nm, 약 200 nm 내지 약 1,000 nm, 약 200 nm 내지 약 900 nm, 약 200 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 700 nm, 약 200 nm 내지 약 600 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 200 nm 내지 약 300 nm, 약 400 nm 내지 약 1,800 nm, 약 500 nm 내지 약 1,800 nm, 약 600 nm 내지 약 1,800 nm, 약 700 nm 내지 약 1,800 nm, 약 800 nm 내지 약 1,800 nm, 약 900 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,500 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,600 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,700 nm 내지 약 1,800 nm, 약 400 nm 내지 약 1,700 nm, 약 400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 400 nm 내지 약 1,500 nm, 약 400 nm 내지 약 1,400 nm, 약 400 nm 내지 약 1,300 nm, 약 400 nm 내지 약 1,200 nm, 약 400 nm 내지 약 1,100 nm, 약 400 nm 내지 약 1,000 nm, 약 400 nm 내지 약 900 nm, 약 400 nm 내지 약 800 nm, 약 400 nm 내지 약 700 nm, 약 400 nm 내지 약 600 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 600 nm 내지 약 1,600 nm, 약 700 nm 내지 약 1,600 nm, 약 800 nm 내지 약 1,600 nm, 약 900 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,500 nm 내지 약 1,600 nm, 약 600 nm 내지 약 1,500 nm, 약 600 nm 내지 약 1,400 nm, 약 600 nm 내지 약 1,300 nm, 약 600 nm 내지 약 1,200 nm, 약 600 nm 내지 약 1,100 nm, 약 600 nm 내지 약 1,000 nm, 약 600 nm 내지 약 900 nm, 약 600 nm 내지 약 800 nm, 약 600 nm 내지 약 700 nm, 약 800 nm 내지 약 1,400 nm, 약 900 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,400 nm, 약 800 nm 내지 약 1,300 nm, 약 800 nm 내지 약 1,200 nm, 약 800 nm 내지 약 1,100 nm, 약 800 nm 내지 약 1,000 nm, 또는 약 800 nm 내지 약 900 nm일 수 있다. In one embodiment herein, the hollow composite obtained by the steps S100 to S300 according to the second aspect of the present invention may have a size of from about 50 nm to about 5,000 nm. The size of the hollow composite may vary depending on the shape of the hollow composite. For example, in the case of a spherical shape, the diameter of the spherical hollow may be used, and in the case of an elliptical shape, the diameter of the long axial or short axis may be used. The size of the hollow complex can be, for example, from about 50 nm to about 5,000 nm, from about 100 nm to about 5,000 nm, from about 300 nm to about 5,000 nm, from about 500 nm to about 5,000 nm, from about 700 nm to about 5,000 nm From about 1,000 nm to about 5,000 nm, from about 1,300 nm to about 5,000 nm, from about 1,500 nm to about 5,000 nm, from about 1,700 nm to about 5,000 nm, from about 2,000 nm to about 5,000 nm, from about 2,500 nm to about 5,000 nm, From about 3,000 nm to about 5,000 nm, from about 3,500 nm to about 5,000 nm, from about 4,000 nm to about 5,000 nm, from about 4,500 nm to about 5,000 nm, from about 50 nm to about 4,500 nm, from about 50 nm to about 4,000 nm, From about 50 nm to about 1500 nm, from about 50 nm to about 3,000 nm, from about 50 nm to about 2,500 nm, from about 50 nm to about 2,000 nm, from about 50 nm to about 1,700 nm, from about 50 nm to about 1,500 nm, From about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 700 nm, from about 50 nm to about 500 nm, from about 50 nm to about 300 nm, from about 50 nm to about 100 nm, From about 500 nm to about 4000 nm, from about 700 nm to about 4000 nm, from about 1,000 nm to about 4,000 nm, from about 1,300 nm to about 4,000 nm, from about 1,500 nm to about 4,000 nm From about 2,000 nm to about 4,000 nm, from about 2,500 nm to about 4,000 nm, from about 3,000 nm to about 4,000 nm, from about 3,500 nm to about 4,000 nm, from about 100 nm to about 3,500 nm, From about 100 nm to about 1500 nm, from about 100 nm to about 1,300 nm, from about 100 nm to about 3,000 nm, from about 100 nm to about 2,500 nm, from about 100 nm to about 2,000 nm, from about 100 nm to about 1,700 nm, From about 100 nm to about 500 nm, from about 100 nm to about 300 nm, from about 200 nm to about 2,000 nm, from about 300 nm to about 2,000 nm, from about 400 nm to about 500 nm, From about 500 nm to about 2,000 nm, from about 600 nm to about 2,000 nm, from about 700 nm to about 2,000 nm, from about 800 nm to about 2,000 nm, from about 900 nm to about 2,000 nm, From about 1,200 nm to about 2,000 nm, from about 1,200 nm to about 2,000 nm, from about 1,300 nm to about 2,000 nm, from about 1,400 nm to about 2,000 nm, from about 1,500 nm to about 2,000 nm, from about 1,600 nm to about 2,000 nm about 200 nm to about 1,800 nm, about 200 nm to about 1,800 nm, about 200 nm to about 1,800 nm, about 1,700 nm to about 2,000 nm, about 1,800 nm to about 2,000 nm, about 1,900 nm to about 2,000 nm, From about 200 nm to about 1,100 nm, from about 200 nm to about 1,100 nm, from about 200 nm to about 1,500 nm, from about 200 nm to about 1,400 nm, from about 200 nm to about 1,300 nm, from about 200 nm to about 1,200 nm, from about 200 nm to about 500 nm, from about 200 nm to about 500 nm, from about 200 nm to about 900 nm, from about 200 nm to about 800 nm, from about 200 nm to about 700 nm, from about 200 nm to about 600 nm, About 400 nm to about 300 nm, about 400 nm to about 1,800 nm, about 500 nm to about 1,800 nm, about 600 nm to about 1,800 nm, about 700 nm to about 1,800 nm, about 800 nm About 1,800 nm to about 1,800 nm, about 1,300 nm to about 1,800 nm, about 1,400 nm to about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,000 nm to about 1,800 nm, about 1,100 nm to about 1,800 nm, about 400 nm to about 1,600 nm, about 400 nm to about 1,500 nm, about 400 nm to about 1,800 nm, about 1,500 nm to about 1,800 nm, about 1,600 nm to about 1,800 nm, about 1,700 nm to about 1,800 nm, From about 400 nm to about 1000 nm, from about 400 nm to about 900 nm, from about 400 nm to about 1,300 nm, from about 400 nm to about 1,200 nm, from about 400 nm to about 1,100 nm, from about 400 nm to about 600 nm, from about 400 nm to about 500 nm, from about 600 nm to about 1,600 nm, from about 700 nm to about 1,600 nm, from about 800 nm to about 800 nm, from about 400 nm to about 700 nm, About 1200 nm to about 1,600 nm, about 1,300 nm to about 1,600 nm, about 1,400 nm to about 1,600 nm, about 900 nm to about 1,600 nm, about 1,000 nm to about 1,600 nm, about 1,100 nm to about 1,600 nm, from about 600 nm to about 1500 nm, from about 600 nm to about 1,300 nm, from about 600 nm to about 1,200 nm, from about 600 nm to about 600 nm, and from about 600 nm to about 1, 500 nm to about 1,600 nm, from about 1,500 nm to about 1,600 nm, From about 600 nm to about 1000 nm, from about 600 nm to about 900 nm, from about 600 nm to about 800 nm, from about 600 nm to about 700 nm, from about 800 nm to about 1,400 nm, from about 900 nm to about 1,400 from about 1, 000 nm to about 1, 000 nm, from about 1,000 nm to about 1,400 nm, from about 1,100 nm to about 1,400 nm, from about 1,200 nm to about 1,400 nm, from about 1,300 nm to about 1,400 nm, From about 800 nm to about 1,100 nm, from about 800 nm to about 1,000 nm, or from about 800 nm to about 900 nm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연속된 제 1 하소 및 제 2 하소 전의 상기 코어-쉘 복합체의 크기에 대하여 상기 제 1 하소 및 제 2 하소 후의 상기 중공 복합체의 크기는 약 5% 내지 약 40% 수축된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제 1 하소 및 제 2 하소에 의하여 상기 코어-쉘 복합체의 크기에 대하여 상기 중공 복합체의 크기는 약 5% 내지 약 40%, 약 10% 내지 약 40%, 약 15% 내지 약 40%, 약 20% 내지 약 40%, 약 25% 내지 약 40%, 약 30% 내지 약 40%, 약 35% 내지 약 40%, 약 5% 내지 약 35%, 약 5% 내지 약 30%, 약 5% 내지 약 25%, 약 5% 내지 약 20%, 약 5% 내지 약 15%, 또는 약 5% 내지 약 10% 수축된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 중공 복합체의 크기 수축은 상기 제 1 하소 및 제 2 하소 동안 상기 금속 산화물의 신터링 수축과 관련된 템플레이트의 응축/중합에서 기인된 것일 수 있다.In one embodiment herein, the size of the hollow composite after the first calcination and the second calcination is between about 5% and about 40%, relative to the size of the core-shell composite during the subsequent first and second calcinations, But it is not limited thereto. For example, the size of the hollow composite with respect to the size of the core-shell composite by the first and second calcinations may range from about 5% to about 40%, from about 10% to about 40%, from about 15% to about About 30% to about 40%, about 35% to about 40%, about 5% to about 35%, about 5% to about 30% , About 5% to about 25%, about 5% to about 20%, about 5% to about 15%, or about 5% to about 10% The size shrinkage of the hollow composite may be due to the condensation / polymerization of the template associated with the sintering shrinkage of the metal oxide during the first calcination and the second calcination.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 산화물은 반도체 산화물을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 반도체 산화물은, 예를 들어, TiO2, SnO2, ZnO, VO2, In2O3, NiO, MoO3, SrTiO3, Fe-도핑된 SrTiO3, Fe2O3, WO3, CuO, BiVO4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 산화물을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal oxide may include a semiconductor oxide, for example, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, VO 2 , In 2 O 3 , NiO, MoO 3 , SrTiO 3 , Fe-doped SrTiO 3 , Fe 2 O 3 , WO 3 , CuO, BiVO 4 , And combinations of these. ≪ RTI ID = 0.0 > [0040] < / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 구조체는 환원된 그래핀 옥사이드(rGO), 그래핀, 그래파이트, 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소 나노혼(carbon nanohorn), 증기-성장형 탄소 섬유 및 탄소 나노섬유(vapor-grown carbon fiber and nanofiber), 아세틸렌 블랙을 포함하는 합성 탄소원(synthetic carbon sources including acetylene black), 탄화수소 또는 폴리머의 연소로부터 형성된 카본블랙 (예를 들어, 케천블랙), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 탄소 구조체를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon structure is selected from the group consisting of reduced graphene oxide (rGO), graphene, graphite, single wall carbon nanotubes, multiwall carbon nanotubes, carbon nanohorns, Synthetic carbon sources including acetylene black, carbon black formed from the combustion of hydrocarbons or polymers (for example, Kecheon black), and carbon black And a carbon structure selected from the group consisting of combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 원소는 상기 금속 산화물에 함유된 금속 양이온보다 환원된 상태인 것일 수 있다. 상기 환원된 금속 양이온은 환원된 상태로서 불안정하여 산화되기 쉽다. 그러나, 상기 쉘의 내부 표면에 형성된 탄소 및 상기 탄소 구조체에 의하여 상기 환원된 금속 양이온이 안정화 되어 상기 하이브리드를 셀프-도핑할 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 복합체의 쉘에 포함된 상기 금속 산화물이 TiO2를 포함하는 경우, 상기 TiO2에 함유된 Ti4 +가 Ti3 +로 일부 환원되고 상기 중공 복합체에서 상기 Ti3 +가 안정화되어 상기 하이브리드가 상기 안정화된 Ti3+에 의하여 셀프-도핑될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal element may be in a reduced state than the metal cation contained in the metal oxide. The reduced metal cation is in a reduced state and is unstable and prone to oxidation. However, the carbon formed on the inner surface of the shell and the reduced metal cation are stabilized by the carbon structure to self-dope the hybrid. For example, if the metal oxide contained in the shell include TiO 2, the Ti 4 + contained in the TiO 2 is partially reduced to the Ti 3 + the Ti 3 + in the hollow composite stabilization of the hollow composite Became The hybrids can be self-doped by the stabilized Ti 3+ .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량은 약 1 중량부 내지 약 20 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량은 약 1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 2 중량부 내지 약 20 중량부, 약 3 중량부 내지 약 20 중량부, 약 4 중량부 내지 약 20 중량부, 약 5 중량부 내지 약 20 중량부, 약 6 중량부 내지 약 20 중량부, 약 7 중량부 내지 약 20 중량부, 약 8 중량부 내지 약 20 중량부, 약 9 중량부 내지 약 20 중량부, 약 10 중량부 내지 약 20 중량부, 약 11 중량부 내지 약 20 중량부, 약 12 중량부 내지 약 20 중량부, 약 13 중량부 내지 약 20 중량부, 약 14 중량부 내지 약 20 중량부, 약 15 중량부 내지 약 20 중량부, 약 16 중량부 내지 약 20 중량부, 약 17 중량부 내지 약 20 중량부, 약 18 중량부 내지 약 20 중량부, 약 19 중량부 내지 약 20 중량부, 약 1 중량부 내지 약 19 중량부, 약 1 중량부 내지 약 18 중량부, 약 1 중량부 내지 약 17 중량부, 약 1 중량부 내지 약 16 중량부, 약 1 중량부 내지 약 15 중량부, 약 1 중량부 내지 약 14 중량부, 약 1 중량부 내지 약 13 중량부, 약 1 중량부 내지 약 12 중량부, 약 1 중량부 내지 약 11 중량부, 약 1 중량부 내지 약 10 중량부, 약 1 중량부 내지 약 9 중량부, 약 1 중량부 내지 약 8 중량부, 약 1 중량부 내지 약 7 중량부, 약 1 중량부 내지 약 6 중량부, 약 1 중량부 내지 약 5 중량부, 약 1 중량부 내지 약 4 중량부, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 또는 약 1 중량부 내지 약 2 중량부일 수 있다. 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량이 1 중량부 미만일 경우, 더 용이한 전자 전달을 가능하게 하는 상기 탄소 구조체의 함량이 적어 상기 중공 복합체의 전기 전도도가 낮아질 수 있고, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량이 20 중량부 초과일 경우, 상기 복합체의 형태가 중공 복합체로 유도되지 않을 수 있고 쉘이 두꺼워져 전기 전도도가 오히려 낮아질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the carbon structure relative to 100 parts by weight of the hollow composite may be from about 1 part by weight to about 20 parts by weight. For example, the content of the carbon structure relative to 100 parts by weight of the hollow composite may be from about 1 part to about 20 parts, from about 2 parts to about 20 parts, from about 3 parts to about 20 parts, From about 5 parts to about 20 parts by weight, from about 6 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 7 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 8 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 9 From about 10 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 11 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 12 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 13 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 14 From about 15 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 16 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 17 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 18 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 19 to about 20 parts by weight, About 20 parts by weight, about 1 part by weight to about 19 parts by weight, about 1 part by weight to about 18 parts by weight, about 1 part by weight to about 17 parts by weight, about 1 part by weight to about 16 parts by weight, about 1 to about 15 parts by weight, about 1 to about 14 parts by weight, about 1 to about 13 parts by weight, about 1 to about 12 parts by weight, about 1 part by weight to about 11 parts by weight, about 1 to about 10 parts by weight, about 1 to about 9 parts by weight, about 1 to about 8 parts by weight, about 1 to about From about 1 part to about 3 parts by weight, or from about 1 part to about 5 parts by weight, from about 1 part by weight to about 6 parts by weight, from about 1 part by weight to about 5 parts by weight, from about 1 part by weight to about 4 parts by weight, About 2 parts by weight. When the content of the carbon structure is less than 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the hollow composite, the electric conductivity of the hollow composite may be lowered because the content of the carbon structure enabling easier electron transfer is small. If the content of the carbon structure is more than 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight, the shape of the composite may not be induced into the hollow composite, and the shell may be thickened to lower the electrical conductivity.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체는 산소 환원 반응의 촉매로서 사용될 수 있으며 상기 산소 환원 반응을 위하여 산소 확산을 촉진하고 활성 부위의 수를 증가시키며 전해액 확산을 촉진할 수 있다.In one embodiment of the invention, the hollow composite can be used as a catalyst for an oxygen reduction reaction and can promote diffusion of oxygen, increase the number of active sites, and promote electrolyte diffusion for the oxygen reduction reaction.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체는 상기 탄소 구조체를 포함함으로써 본래 상기 금속 산화물의 약한 전기적 전도도를 더욱 향상시키는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the hollow composite may include the carbon structure to further enhance the weak electrical conductivity of the metal oxide.

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 중공 복합체를 포함하는 전기촉매(electrocatalyst)를 제공한다. 상기 중공 복합체는 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 쉘(shell)을 포함하며, 상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프-도핑(self-doping)되어 있고, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면은 탄소를 포함한다. A third aspect of the invention provides an electrocatalyst comprising a hollow composite according to the first aspect of the present invention. Wherein the hollow composite comprises a shell comprising a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure, wherein the hybrid is self-doped by a metal element contained in the metal oxide, The inner surface of the shell of the composite contains carbon.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전기촉매는 산소 환원 반응용일 수 있다. In one embodiment of the invention, the electrocatalyst may be for an oxygen reduction reaction.

본원의 제 4 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 중공 복합체를 포함하는 전극을 제공한다. A fourth aspect of the invention provides an electrode comprising a hollow composite according to the first aspect of the present application.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전극은 산소 환원 반응용일 수 있다.In one embodiment of the invention, the electrode may be for an oxygen reduction reaction.

본원의 제 5 측면은, 본원의 제 4 측면에 따른 전극을 포함하는 전지를 제공한다. A fifth aspect of the invention provides a cell comprising an electrode according to the fourth aspect of the present application.

본원의 제 1 측면 및 제 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면에 대해 설명한 내용은 제 3 측면, 제 4 측면, 및 제 5 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Although the detailed description of the parts overlapping with the first aspect and the second aspect of the present application is omitted, the contents of the first and second aspects of the present invention are the same as those of the third aspect, the fourth aspect, and the fifth aspect, Even if the explanation is omitted, the same can be applied.

이하, 본원의 제 3 측면, 제 4 측면, 및 제 5 측면에 대하여 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the third aspect, the fourth aspect, and the fifth aspect of the present application will be described in detail.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전지는 연료 전지 또는 이차 전지일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 이차 전지는 금속-공기 뱃터리일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, the battery may be a fuel cell or a secondary battery, but is not limited thereto. For example, the secondary battery may be a metal-air battery, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전지가 연료 전지일 경우, 상기 연료 전지는 연료의 화학 에너지를 직접적으로 전기에너지로 변환하는 전기화학적 장치이고, 잠재적으로 전기적 차량 동력의 깨끗하고 매우 효율적인 원천을 제공한다. 상기 연료 전지 시스템은 고체산화물 연료 전지일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 연료 전지 시스템은 전해질막, 제 1 전극, 및 제 2 전극을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, when the battery is a fuel cell, the fuel cell is an electrochemical device that directly converts the chemical energy of the fuel into electrical energy, potentially providing a clean and highly efficient source of electrical vehicle power do. The fuel cell system may be a solid oxide fuel cell, but is not limited thereto. The fuel cell system may include, but is not limited to, an electrolyte membrane, a first electrode, and a second electrode.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 전극 및/또는 제 2 전극은 유리 탄소 전극 또는 회전 디스크 전극일 수 있고, 상기 전극의 재료는 탄소, 금속, 금속 산화물, 전도성 고분자, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the first electrode and / or the second electrode may be a glass carbon electrode or a rotating disk electrode, and the material of the electrode may be carbon, a metal, a metal oxide, a conductive polymer, But are not limited to, those selected from the group consisting of < RTI ID = 0.0 >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연료 전지 시스템의 전기화학적 반응은 물 분해 시스템과 역방향으로 진행될 수 있으며, 상기 제 1 전극에서 수소의 산화 반응에 의하여 양이온이 생성되고, 상기 제 2 전극에서 산소의 환원 반응에 의하여 물이 생성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 전극에서 전자가 생성되고 상기 제 2 전극에서 전자가 소모되므로 상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 연결하면 전기가 흐를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical reaction of the fuel cell system may proceed in a direction opposite to that of the water decomposition system, wherein positive ions are generated by the oxidation reaction of hydrogen at the first electrode, Water may be generated by a reduction reaction, but is not limited thereto. Electrons are generated in the first electrode and electrons are consumed in the second electrode, so that electricity may flow when the first electrode and the second electrode are connected, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 반도체 또는 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 상기 제 2 전극은 상기 본원의 제 1 측면에 따른 중공 복합체를 포함하는 산소 환원 반응용 전극일 수 있다.In one embodiment, the first electrode and the second electrode may each comprise a semiconductor or a conductive material, and the second electrode comprises a hollow composite according to the first aspect of the present invention for an oxygen reduction reaction Electrode.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전해질막은 양성자 전도성 고분자막을 포함할 수 있으며, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 분리함과 동시에 상기 전극 간에 양성자의 흐름을 형성하게 할 수 있고, 상기 전도성 고분자막은, 예를 들어, 나피온을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the electrolyte membrane may include a proton-conducting polymer membrane, and the first electrode and the second electrode may be separated from each other and a proton flow may be formed between the electrodes, , ≪ / RTI > for example, Nafion.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연료 전지 시스템에서 산화 반응 및 환원 반응이 높은 반응 속도로서 진행되고, 감소된 전위에서도 상기 반응이 진행되도록 하기 위하여, 본원의 제 1 측면에 따른 상기 중공 복합체를 포함하는 전극을 상기 제 2 전극으로서 사용할 수 있다. 상기 중공 복합체를 포함하는 전극에 있어서, 상기 상기 중공 복합체는 산소 환원 반응용 전기촉매로서 작용하여 산소 환원 반응에서 활성 부위 수의 증가에 의한 전기촉매 활성 향상, 알카리 매질에서의 내구성 향상, 및 메탄올 내성의 향상을 나타낼 수 있다.In one embodiment of the present invention, in order to allow the oxidation and reduction reactions to proceed at a high rate of reaction in the fuel cell system and to allow the reaction to proceed at a reduced potential, the hollow composite according to the first aspect of the invention May be used as the second electrode. In the electrode including the hollow composite, the hollow composite acts as an electrocatalyst for an oxygen reduction reaction, thereby improving electrocatalytic activity by increasing the number of active sites in an oxygen reduction reaction, improving durability in an alkaline medium, Can be improved.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체는 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 쉘(shell)을 포함하며, 상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프-도핑(self-doping)되어 있고, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면은 탄소를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the invention, the hollow composite comprises a shell comprising a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure, wherein the hybrid is self-doped by a metal element contained in the metal oxide -doping), and the inner surface of the shell of the hollow composite may comprise carbon.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 산화물은 반도체 산화물을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 반도체 산화물은, 예를 들어, TiO2, SnO2, ZnO, VO2, In2O3, NiO, MoO3, SrTiO3, Fe-도핑된 SrTiO3, Fe2O3, WO3, CuO, BiVO4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 산화물을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal oxide may include a semiconductor oxide, for example, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, VO 2 , In 2 O 3 , NiO, MoO 3 , SrTiO 3 , Fe-doped SrTiO 3 , Fe 2 O 3 , WO 3 , CuO, BiVO 4 , And combinations of these. ≪ RTI ID = 0.0 > [0040] < / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 구조체는 환원된 그래핀 옥사이드(rGO), 그래핀, 그래파이트, 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소 나노혼(carbon nanohorn), 증기-성장형 탄소 섬유 및 탄소 나노섬유(vapor-grown carbon fiber and nanofiber), 아세틸렌 블랙을 포함하는 합성 탄소원(synthetic carbon sources including acetylene black), 탄화수소 또는 폴리머의 연소로부터 형성된 카본블랙 (예를 들어, 케천블랙), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 탄소 구조체를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon structure is selected from the group consisting of reduced graphene oxide (rGO), graphene, graphite, single wall carbon nanotubes, multiwall carbon nanotubes, carbon nanohorns, Synthetic carbon sources including acetylene black, carbon black formed from the combustion of hydrocarbons or polymers (for example, Kecheon black), and carbon black And a carbon structure selected from the group consisting of combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 원소는 상기 금속 산화물에 함유된 금속 양이온보다 환원된 상태인 것일 수 있다. 상기 환원된 금속 양이온은 환원된 상태로서 불안정하여 산화되기 쉽다. 그러나, 상기 쉘의 내부 표면에 형성된 탄소 및 상기 탄소 구조체에 의하여 상기 환원된 금속 양이온이 안정화 되어 상기 하이브리드를 셀프-도핑할 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 복합체의 쉘에 포함된 상기 금속 산화물이 TiO2를 포함하는 경우, 상기 TiO2에 함유된 Ti4 +가 Ti3 +로 일부 환원되고 상기 중공 복합체에서 상기 Ti3 +가 안정화되어 상기 하이브리드가 상기 안정화된 Ti3+에 의하여 셀프-도핑될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal element may be in a reduced state than the metal cation contained in the metal oxide. The reduced metal cation is in a reduced state and is unstable and prone to oxidation. However, the carbon formed on the inner surface of the shell and the reduced metal cation are stabilized by the carbon structure to self-dope the hybrid. For example, if the metal oxide contained in the shell include TiO 2, the Ti 4 + contained in the TiO 2 is partially reduced to the Ti 3 + the Ti 3 + in the hollow composite stabilization of the hollow composite Became The hybrids can be self-doped by the stabilized Ti 3+ .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체의 크기는 약 50 nm 내지 약 5,000 nm 일 수 있다. 상기 중공 복합체의 크기는 중공 복합체의 형태에 따라 의미가 달라질 수 있으며, 예를 들어, 구(sphere) 형태일 경우 상기 구의 직경을 의미하고, 타원형일 경우 장축의 직경 또는 단축의 직경일 수 있다. 상기 중공 복합체의 크기는, 예를 들어, 약 50 nm 내지 약 5,000 nm, 약 100 nm 내지 약 5,000 nm, 약 300 nm 내지 약 5,000 nm, 약 500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 700 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 5,000 nm, 약 2,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 2,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 4,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 4,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 50 nm 내지 약 4,500 nm, 약 50 nm 내지 약 4,000 nm, 약 50 nm 내지 약 3,500 nm, 약 50 nm 내지 약 3,000 nm, 약 50 nm 내지 약 2,500 nm, 약 50 nm 내지 약 2,000 nm, 약 50 nm 내지 약 1,700 nm, 약 50 nm 내지 약 1,500 nm, 약 50 nm 내지 약 1,300 nm, 약 50 nm 내지 약 1,000 nm, 약 50 nm 내지 약 700 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 4,000 nm, 약 300 nm 내지 약 4,000 nm, 약 500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 700 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 4,000 nm, 약 2,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 2,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 3,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 100 nm 내지 약 3,500 nm, 약 100 nm 내지 약 3,000 nm, 약 100 nm 내지 약 2,500 nm, 약 100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 100 nm 내지 약 1,700 nm, 약 100 nm 내지 약 1,500 nm, 약 100 nm 내지 약 1,300 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 200 nm 내지 약 1,900 nm, 약 200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 200 nm 내지 약 1,700 nm, 약 200 nm 내지 약 1,600 nm, 약 200 nm 내지 약 1,500 nm, 약 200 nm 내지 약 1,400 nm, 약 200 nm 내지 약 1,300 nm, 약 200 nm 내지 약 1,200 nm, 약 200 nm 내지 약 1,100 nm, 약 200 nm 내지 약 1,000 nm, 약 200 nm 내지 약 900 nm, 약 200 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 700 nm, 약 200 nm 내지 약 600 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 200 nm 내지 약 300 nm, 약 400 nm 내지 약 1,800 nm, 약 500 nm 내지 약 1,800 nm, 약 600 nm 내지 약 1,800 nm, 약 700 nm 내지 약 1,800 nm, 약 800 nm 내지 약 1,800 nm, 약 900 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,500 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,600 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,700 nm 내지 약 1,800 nm, 약 400 nm 내지 약 1,700 nm, 약 400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 400 nm 내지 약 1,500 nm, 약 400 nm 내지 약 1,400 nm, 약 400 nm 내지 약 1,300 nm, 약 400 nm 내지 약 1,200 nm, 약 400 nm 내지 약 1,100 nm, 약 400 nm 내지 약 1,000 nm, 약 400 nm 내지 약 900 nm, 약 400 nm 내지 약 800 nm, 약 400 nm 내지 약 700 nm, 약 400 nm 내지 약 600 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 600 nm 내지 약 1,600 nm, 약 700 nm 내지 약 1,600 nm, 약 800 nm 내지 약 1,600 nm, 약 900 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,500 nm 내지 약 1,600 nm, 약 600 nm 내지 약 1,500 nm, 약 600 nm 내지 약 1,400 nm, 약 600 nm 내지 약 1,300 nm, 약 600 nm 내지 약 1,200 nm, 약 600 nm 내지 약 1,100 nm, 약 600 nm 내지 약 1,000 nm, 약 600 nm 내지 약 900 nm, 약 600 nm 내지 약 800 nm, 약 600 nm 내지 약 700 nm, 약 800 nm 내지 약 1,400 nm, 약 900 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,400 nm, 약 800 nm 내지 약 1,300 nm, 약 800 nm 내지 약 1,200 nm, 약 800 nm 내지 약 1,100 nm, 약 800 nm 내지 약 1,000 nm, 또는 약 800 nm 내지 약 900 nm일 수 있다. In one embodiment herein, the size of the hollow composite can be from about 50 nm to about 5,000 nm. The size of the hollow composite may vary depending on the shape of the hollow composite. For example, in the case of a spherical shape, the diameter of the spherical hollow may be used, and in the case of an elliptical shape, the diameter of the long axial or short axis may be used. The size of the hollow complex can be, for example, from about 50 nm to about 5,000 nm, from about 100 nm to about 5,000 nm, from about 300 nm to about 5,000 nm, from about 500 nm to about 5,000 nm, from about 700 nm to about 5,000 nm From about 1,000 nm to about 5,000 nm, from about 1,300 nm to about 5,000 nm, from about 1,500 nm to about 5,000 nm, from about 1,700 nm to about 5,000 nm, from about 2,000 nm to about 5,000 nm, from about 2,500 nm to about 5,000 nm, From about 3,000 nm to about 5,000 nm, from about 3,500 nm to about 5,000 nm, from about 4,000 nm to about 5,000 nm, from about 4,500 nm to about 5,000 nm, from about 50 nm to about 4,500 nm, from about 50 nm to about 4,000 nm, From about 50 nm to about 1500 nm, from about 50 nm to about 3,000 nm, from about 50 nm to about 2,500 nm, from about 50 nm to about 2,000 nm, from about 50 nm to about 1,700 nm, from about 50 nm to about 1,500 nm, From about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 700 nm, from about 50 nm to about 500 nm, from about 50 nm to about 300 nm, from about 50 nm to about 100 nm, From about 500 nm to about 4000 nm, from about 700 nm to about 4000 nm, from about 1,000 nm to about 4,000 nm, from about 1,300 nm to about 4,000 nm, from about 1,500 nm to about 4,000 nm From about 2,000 nm to about 4,000 nm, from about 2,500 nm to about 4,000 nm, from about 3,000 nm to about 4,000 nm, from about 3,500 nm to about 4,000 nm, from about 100 nm to about 3,500 nm, From about 100 nm to about 1500 nm, from about 100 nm to about 1,300 nm, from about 100 nm to about 3,000 nm, from about 100 nm to about 2,500 nm, from about 100 nm to about 2,000 nm, from about 100 nm to about 1,700 nm, From about 100 nm to about 500 nm, from about 100 nm to about 300 nm, from about 200 nm to about 2,000 nm, from about 300 nm to about 2,000 nm, from about 400 nm to about 500 nm, From about 500 nm to about 2,000 nm, from about 600 nm to about 2,000 nm, from about 700 nm to about 2,000 nm, from about 800 nm to about 2,000 nm, from about 900 nm to about 2,000 nm, From about 1,200 nm to about 2,000 nm, from about 1,200 nm to about 2,000 nm, from about 1,300 nm to about 2,000 nm, from about 1,400 nm to about 2,000 nm, from about 1,500 nm to about 2,000 nm, from about 1,600 nm to about 2,000 nm about 200 nm to about 1,800 nm, about 200 nm to about 1,800 nm, about 200 nm to about 1,800 nm, about 1,700 nm to about 2,000 nm, about 1,800 nm to about 2,000 nm, about 1,900 nm to about 2,000 nm, From about 200 nm to about 1,100 nm, from about 200 nm to about 1,100 nm, from about 200 nm to about 1,500 nm, from about 200 nm to about 1,400 nm, from about 200 nm to about 1,300 nm, from about 200 nm to about 1,200 nm, from about 200 nm to about 500 nm, from about 200 nm to about 500 nm, from about 200 nm to about 900 nm, from about 200 nm to about 800 nm, from about 200 nm to about 700 nm, from about 200 nm to about 600 nm, About 400 nm to about 300 nm, about 400 nm to about 1,800 nm, about 500 nm to about 1,800 nm, about 600 nm to about 1,800 nm, about 700 nm to about 1,800 nm, about 800 nm About 1,800 nm to about 1,800 nm, about 1,300 nm to about 1,800 nm, about 1,400 nm to about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,000 nm to about 1,800 nm, about 1,100 nm to about 1,800 nm, about 400 nm to about 1,600 nm, about 400 nm to about 1,500 nm, about 400 nm to about 1,800 nm, about 1,500 nm to about 1,800 nm, about 1,600 nm to about 1,800 nm, about 1,700 nm to about 1,800 nm, From about 400 nm to about 1000 nm, from about 400 nm to about 900 nm, from about 400 nm to about 1,300 nm, from about 400 nm to about 1,200 nm, from about 400 nm to about 1,100 nm, from about 400 nm to about 600 nm, from about 400 nm to about 500 nm, from about 600 nm to about 1,600 nm, from about 700 nm to about 1,600 nm, from about 800 nm to about 800 nm, from about 400 nm to about 700 nm, About 1200 nm to about 1,600 nm, about 1,300 nm to about 1,600 nm, about 1,400 nm to about 1,600 nm, about 900 nm to about 1,600 nm, about 1,000 nm to about 1,600 nm, about 1,100 nm to about 1,600 nm, from about 600 nm to about 1500 nm, from about 600 nm to about 1,300 nm, from about 600 nm to about 1,200 nm, from about 600 nm to about 600 nm, and from about 600 nm to about 1, 500 nm to about 1,600 nm, from about 1,500 nm to about 1,600 nm, From about 600 nm to about 1000 nm, from about 600 nm to about 900 nm, from about 600 nm to about 800 nm, from about 600 nm to about 700 nm, from about 800 nm to about 1,400 nm, from about 900 nm to about 1,400 from about 1, 000 nm to about 1, 000 nm, from about 1,000 nm to about 1,400 nm, from about 1,100 nm to about 1,400 nm, from about 1,200 nm to about 1,400 nm, from about 1,300 nm to about 1,400 nm, From about 800 nm to about 1,100 nm, from about 800 nm to about 1,000 nm, or from about 800 nm to about 900 nm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량은 약 1 중량부 내지 약 20 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량은 약 1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 2 중량부 내지 약 20 중량부, 약 3 중량부 내지 약 20 중량부, 약 4 중량부 내지 약 20 중량부, 약 5 중량부 내지 약 20 중량부, 약 6 중량부 내지 약 20 중량부, 약 7 중량부 내지 약 20 중량부, 약 8 중량부 내지 약 20 중량부, 약 9 중량부 내지 약 20 중량부, 약 10 중량부 내지 약 20 중량부, 약 11 중량부 내지 약 20 중량부, 약 12 중량부 내지 약 20 중량부, 약 13 중량부 내지 약 20 중량부, 약 14 중량부 내지 약 20 중량부, 약 15 중량부 내지 약 20 중량부, 약 16 중량부 내지 약 20 중량부, 약 17 중량부 내지 약 20 중량부, 약 18 중량부 내지 약 20 중량부, 약 19 중량부 내지 약 20 중량부, 약 1 중량부 내지 약 19 중량부, 약 1 중량부 내지 약 18 중량부, 약 1 중량부 내지 약 17 중량부, 약 1 중량부 내지 약 16 중량부, 약 1 중량부 내지 약 15 중량부, 약 1 중량부 내지 약 14 중량부, 약 1 중량부 내지 약 13 중량부, 약 1 중량부 내지 약 12 중량부, 약 1 중량부 내지 약 11 중량부, 약 1 중량부 내지 약 10 중량부, 약 1 중량부 내지 약 9 중량부, 약 1 중량부 내지 약 8 중량부, 약 1 중량부 내지 약 7 중량부, 약 1 중량부 내지 약 6 중량부, 약 1 중량부 내지 약 5 중량부, 약 1 중량부 내지 약 4 중량부, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 또는 약 1 중량부 내지 약 2 중량부일 수 있다. 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량이 1 중량부 미만일 경우, 더 용이한 전자 전달을 가능하게 하는 상기 탄소 구조체의 함량이 적어 상기 중공 복합체의 전기 전도도가 낮아질 수 있고, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량이 20 중량부 초과일 경우, 상기 복합체의 형태가 중공 복합체로 유도되지 않을 수 있고 쉘이 두꺼워져 전기 전도도가 오히려 낮아질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the carbon structure relative to 100 parts by weight of the hollow composite may be from about 1 part by weight to about 20 parts by weight. For example, the content of the carbon structure relative to 100 parts by weight of the hollow composite may be from about 1 part to about 20 parts, from about 2 parts to about 20 parts, from about 3 parts to about 20 parts, From about 5 parts to about 20 parts by weight, from about 6 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 7 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 8 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 9 From about 10 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 11 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 12 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 13 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 14 From about 15 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 16 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 17 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 18 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 19 to about 20 parts by weight, About 20 parts by weight, about 1 part by weight to about 19 parts by weight, about 1 part by weight to about 18 parts by weight, about 1 part by weight to about 17 parts by weight, about 1 part by weight to about 16 parts by weight, about 1 to about 15 parts by weight, about 1 to about 14 parts by weight, about 1 to about 13 parts by weight, about 1 to about 12 parts by weight, about 1 part by weight to about 11 parts by weight, about 1 to about 10 parts by weight, about 1 to about 9 parts by weight, about 1 to about 8 parts by weight, about 1 to about From about 1 part to about 3 parts by weight, or from about 1 part to about 5 parts by weight, from about 1 part by weight to about 6 parts by weight, from about 1 part by weight to about 5 parts by weight, from about 1 part by weight to about 4 parts by weight, About 2 parts by weight. When the content of the carbon structure is less than 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the hollow composite, the electric conductivity of the hollow composite may be lowered because the content of the carbon structure enabling easier electron transfer is small. If the content of the carbon structure is more than 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight, the shape of the composite may not be induced into the hollow composite, and the shell may be thickened to lower the electrical conductivity.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체의 전하 전달 저항(charge transfer resistance)은 약 10 Ω 내지 약 200 kΩ일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 중공 복합체의 전하 전달 저항은 약 10 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 100 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 300 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 500 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 700 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 1 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 10 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 20 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 30 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 40 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 50 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 60 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 70 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 80 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 90 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 100 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 120 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 140 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 160 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 180 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 180 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 160 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 140 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 120 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 100 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 90 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 80 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 70 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 60 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 50 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 40 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 30 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 20 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 10 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 1 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 700 Ω, 약 10 Ω 내지 약 500 Ω, 약 10 Ω 내지 약 300 Ω, 또는 약 10 Ω 내지 약 100 Ω 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전하 전달 저항은 상기 중공 복합체의 전기적 전도도와 밀접한 관련이 있으며, 상기 전하 전달 저항이 낮을수록 상기 중공 복합체의 전기적 전도도는 향상된다. 상기 중공 복합체의 높은 전기적 전도도(낮은 전하 전달 저항)는 상기 중공 복합체가 상기 탄소 구조체를 포함하기 때문일 수 있다.In one embodiment herein, the charge transfer resistance of the hollow composite can be from about 10 [Omega] to about 200 k [Omega], but is not limited thereto. For example, the charge transfer resistances of the hollow composite may range from about 10 [Omega] to about 200 k [Omega], from about 100 [Omega] to about 200 k, from about 300 to about 200 k, from about 500 [ from about 10 kΩ to about 200 kΩ, from about 20 kΩ to about 200 kΩ, from about 30 kΩ to about 200 kΩ, from about 40 kΩ to about 200 kΩ, from about 50 kΩ to about 200 kΩ, From about 100 kΩ to about 200 kΩ, from about 120 kΩ to about 200 kΩ, from about 140 kΩ to about 200 kΩ, from about 60 kΩ to about 200 kΩ, from about 70 kΩ to about 200 kΩ, from about 80 kΩ to about 200 kΩ, from about 10 ohms to about 160 kilohms, from about 10 kilohms to about 140 kilohms, from about 10 ohms to about 200 kilohms, from about 160 kilohms to about 200 kilohms, from about 180 kilohms to about 200 kilohms, from about 10 kilohms to about 180 kilohms, From about 10 ohms to about 60 kilohms, from about 10 ohms to about 50 kilohms, from about 10 ohms to about 100 kilohms, from about 10 ohms to about 90 kilohms, from about 10 ohms to about 90 kilohangs, k < / RTI > From about 10 ohms to about 700 ohms, from about 10 ohms to about 500 ohms, from about 10 ohms to about 30 ohms, from about 10 ohms to about 20 kilohms, from about 10 ohms to about 10 kilohms, from about 10 ohms to about 1 kilohms, , From about 10 [Omega] to about 300 [Omega], or from about 10 [Omega] to about 100 [Omega]. The charge transfer resistance is closely related to the electrical conductivity of the hollow composite, and the lower the charge transfer resistance, the better the electrical conductivity of the hollow composite. The high electrical conductivity (low charge transfer resistance) of the hollow composite may be because the hollow composite comprises the carbon structure.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체는 산소 환원 반응의 촉매로서 사용될 수 있으며 상기 산소 환원 반응을 위하여 산소 확산을 촉진하고 활성 부위의 수를 증가시키며 전해액 확산을 촉진할 수 있다.In one embodiment of the invention, the hollow composite can be used as a catalyst for an oxygen reduction reaction and can promote diffusion of oxygen, increase the number of active sites, and promote electrolyte diffusion for the oxygen reduction reaction.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체는 상기 탄소 구조체를 포함함으로써 본래 상기 금속 산화물의 약한 전기적 전도도를 더욱 향상시키는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the hollow composite may include the carbon structure to further enhance the weak electrical conductivity of the metal oxide.

본원의 제 6 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 중공 복합체를 포함하는 전자 잉크를 제공한다. 본원의 제 7 측면은, 본원의 제 6 측면에 따른 전자 잉크를 포함하는 전자 종이 또는 디스플레이 디바이스를 제공한다. A sixth aspect of the invention provides an electronic ink comprising a hollow composite according to the first aspect of the present application. A seventh aspect of the present invention provides an electronic paper or display device comprising electronic ink according to the sixth aspect of the present application.

본원의 제 1 측면 내지 제 5 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 6 측면 및 본원의 제 7 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Although the description of the first to fifth aspects of the present application is omitted from the sixth aspect of the present application and the seventh aspect of the present application, the same can be applied.

이하, 본원의 제 6 측면 및 제 7 측면에 대하여 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the sixth and seventh aspects of the present application will be described in detail.

상기 전자 종이는 유연 기재를 이용하여 문자나 영상을 표시하는 디스플레이 디바이스로서, 수백만 번을 재생하여 사용할 수 있다.The electronic paper is a display device for displaying characters or images using a flexible substrate, and can be used for reproducing millions of times.

상기 전자 종이를 이용한 디스플레이 디바이스는 상기 유연 기재들 사이에 도전성을 가진 미립자들을 분포시킨 후 전자기장의 극성 변화에 의하여 상기 미립자들(또는 대전 입자들)의 방향 배치 변화를 통하여 데이터를 표시한다. 상기 전자 종이는 별도의 광원을 사용하지 않는 반사형이기 때문에 기존 평면 디스플레이 패널에 비하여 생산 단가가 저렴하고 액정 디스플레이 디바이스와 같이 배경 조명 및 지속적인 재충전이 필요하지 않으므로, 소비 전력이 작다. 또한 상기 전자 종이는 선명도가 매우 뛰어나고, 시야각이 넓을 뿐만 아니라 양 또는 음으로 대전된 입자들의 내부적인 균형에 의해 이전 상태를 유지하기 때문에 전원이 없어도 글씨가 사라지지 않는 메모리 기능을 가지고 있다.The display device using the electronic paper distributes conductive fine particles between the flexible substrates and then displays data by changing the direction of the fine particles (or charged particles) according to the polarity of the electromagnetic field. Since the electronic paper is a reflective type that does not use a separate light source, its production cost is lower than that of a conventional flat panel display panel, and power consumption is low because background lighting and continuous recharging are not required like a liquid crystal display device. In addition, the electronic paper is excellent in sharpness, has a wide viewing angle, and retains its previous state due to the internal balance of positively or negatively charged particles. Therefore, the electronic paper has a memory function that does not disappear without power.

상기 전자 종이는 다양한 기재, 예를 들어, 플라스틱, 금속, 종이, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 기재 또는 유연성 기재 상에서 구현이 가능하며, 기존의 종이와 마찬가지로 대면적에서 구현이 가능하기 때문에 유연 기재를 사용하여 롤투롤(roll-to-roll) 공정에 의해 대량 생산이 가능하다.The electronic paper can be implemented on a substrate or a flexible substrate selected from the group consisting of various substrates, for example, plastic, metal, paper, and combinations thereof, and can be implemented in a large area Therefore, it is possible to mass-produce by a roll-to-roll process using a flexible substrate.

상기 전자 종이는 일정한 간격을 두고 대향 배치되는 하부 기재 및 상부 기재, 및 상기 하부 기재 및 상부 기재 사이에 디스플레이 부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The electronic paper may include, but is not limited to, a lower substrate and an upper substrate disposed to face each other at regular intervals, and a display portion between the lower substrate and the upper substrate.

상기 디스플레이 부는, 해상도를 결정하는 단위 화소를 구분하는 격벽, 및 각 격벽마다 분리되어 구비된 하부 전극, 상기 하부 전극 상에 형성된 전자 잉크 층, 및 상기 전자 잉크 층 상에 형성된 상부 전극을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The display unit may include barrier ribs for separating unit pixels for determining resolution, lower electrodes separately provided for each barrier, an electronic ink layer formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the electron ink layer. But is not limited thereto.

상기 전자 잉크 층은 필름을 포함하며 상기 필름 내에 캡슐화된 잉크 캡슐이 분산되어 있는 형태로서, 각각의 상기 잉크 캡슐은 투명 또는 임의의 색으로 착색된 무기 또는 유기 유체 및 상기 유체에 분산된 빛을 투과하는 음극을 띄는 입자, 빛을 투과하지 않는 양극을 띄는 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 잉크 캡슐이 음으로 대전된 흑색 입자와 양으로 대전된 백색 입자를 포함하는 경우, 상기 상부 전극에 양 전압을 인가하고 상기 하부 전극에 음 전압을 인가하면, 상기 상부 전극에 상기 음으로 대전된 흑색 입자가 배열되고 상기 하부 전극에 양으로 대전된 백색 입자가 배열됨으로써, 그 결과 상기 전자 종이 화면은 흑색을 표시할 수 있다. Wherein the electronic ink layer comprises a film and an encapsulated ink capsule dispersed in the film, each ink capsule comprising an inorganic or organic fluid colored in a transparent or arbitrary color, and a light- , And particles having an anode that does not transmit light. For example, when the ink capsule includes negatively charged black particles and positively charged white particles, if positive voltage is applied to the upper electrode and negative voltage is applied to the lower electrode, Negatively charged black particles are arranged and positively charged white particles are arranged on the lower electrode, so that the electronic paper screen can display black.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 음전하를 띄는 입자 및/또는 상기 양전하를 띄는 입자는 본원의 제 1 측면에 따른 중공 복합체를 포함할 수 있다. In one embodiment of the invention, the negatively charged particles and / or the positively charged particles may comprise a hollow composite according to the first aspect of the present invention.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 음전하를 띄는 입자 및/또는 상기 양전하를 띄는 입자로서 사용되는 상기 중공 복합체는 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 쉘(shell)을 포함하며, 상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프-도핑(self-doping)되어 있고, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면은 탄소를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the invention, the hollow composite used as the negatively charged particles and / or the positively charged particles comprises a shell comprising a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure, Doped with a metal element contained in the metal oxide, and the inner surface of the shell of the hollow composite may include carbon.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 산화물은 반도체 산화물을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 반도체 산화물은, 예를 들어, TiO2, SnO2, ZnO, VO2, In2O3, NiO, MoO3, SrTiO3, Fe-도핑된 SrTiO3, Fe2O3, WO3, CuO, BiVO4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 산화물을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal oxide may include a semiconductor oxide, for example, TiO 2 , SnO 2 , ZnO, VO 2 , In 2 O 3 , NiO, MoO 3 , SrTiO 3 , Fe-doped SrTiO 3 , Fe 2 O 3 , WO 3 , CuO, BiVO 4 , And combinations of these. ≪ RTI ID = 0.0 > [0040] < / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 구조체는 환원된 그래핀 옥사이드(rGO), 그래핀, 그래파이트, 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소 나노혼(carbon nanohorn), 증기-성장형 탄소 섬유 및 탄소 나노섬유(vapor-grown carbon fiber and nanofiber), 아세틸렌 블랙을 포함하는 합성 탄소원(synthetic carbon sources including acetylene black), 탄화수소 또는 폴리머의 연소로부터 형성된 카본블랙 (예를 들어, 케천블랙), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 탄소 구조체를 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the carbon structure is selected from the group consisting of reduced graphene oxide (rGO), graphene, graphite, single wall carbon nanotubes, multiwall carbon nanotubes, carbon nanohorns, Synthetic carbon sources including acetylene black, carbon black formed from the combustion of hydrocarbons or polymers (for example, Kecheon black), and carbon black And a carbon structure selected from the group consisting of combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 원소는 상기 금속 산화물에 함유된 금속 양이온보다 환원된 상태인 것일 수 있다. 상기 환원된 금속 양이온은 환원된 상태로서 불안정하여 산화되기 쉽다. 그러나, 상기 쉘의 내부 표면에 형성된 탄소 및 상기 탄소 구조체에 의하여 상기 환원된 금속 양이온이 안정화 되어 상기 하이브리드를 셀프-도핑할 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 복합체의 쉘에 포함된 상기 금속 산화물이 TiO2를 포함하는 경우, 상기 TiO2에 함유된 Ti4 +가 Ti3 +로 일부 환원되고 상기 중공 복합체에서 상기 Ti3 +가 안정화되어 상기 하이브리드가 상기 안정화된 Ti3+에 의하여 셀프-도핑될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal element may be in a reduced state than the metal cation contained in the metal oxide. The reduced metal cation is in a reduced state and is unstable and prone to oxidation. However, the carbon formed on the inner surface of the shell and the reduced metal cation are stabilized by the carbon structure to self-dope the hybrid. For example, if the metal oxide contained in the shell include TiO 2, the Ti 4 + contained in the TiO 2 is partially reduced to the Ti 3 + the Ti 3 + in the hollow composite stabilization of the hollow composite Became The hybrids can be self-doped by the stabilized Ti 3+ .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체의 크기는 약 50 nm 내지 약 5,000 nm 일 수 있다. 상기 중공 복합체의 크기는 중공 복합체의 형태에 따라 의미가 달라질 수 있으며, 예를 들어, 구(sphere) 형태일 경우 상기 구의 직경을 의미하고, 타원형일 경우 장축의 직경 또는 단축의 직경일 수 있다. 상기 중공 복합체의 크기는, 예를 들어, 약 50 nm 내지 약 5,000 nm, 약 100 nm 내지 약 5,000 nm, 약 300 nm 내지 약 5,000 nm, 약 500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 700 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 5,000 nm, 약 2,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 2,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 3,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 4,000 nm 내지 약 5,000 nm, 약 4,500 nm 내지 약 5,000 nm, 약 50 nm 내지 약 4,500 nm, 약 50 nm 내지 약 4,000 nm, 약 50 nm 내지 약 3,500 nm, 약 50 nm 내지 약 3,000 nm, 약 50 nm 내지 약 2,500 nm, 약 50 nm 내지 약 2,000 nm, 약 50 nm 내지 약 1,700 nm, 약 50 nm 내지 약 1,500 nm, 약 50 nm 내지 약 1,300 nm, 약 50 nm 내지 약 1,000 nm, 약 50 nm 내지 약 700 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 4,000 nm, 약 300 nm 내지 약 4,000 nm, 약 500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 700 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 4,000 nm, 약 2,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 2,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 3,000 nm 내지 약 4,000 nm, 약 3,500 nm 내지 약 4,000 nm, 약 100 nm 내지 약 3,500 nm, 약 100 nm 내지 약 3,000 nm, 약 100 nm 내지 약 2,500 nm, 약 100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 100 nm 내지 약 1,700 nm, 약 100 nm 내지 약 1,500 nm, 약 100 nm 내지 약 1,300 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,100 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 200 nm 내지 약 1,900 nm, 약 200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 200 nm 내지 약 1,700 nm, 약 200 nm 내지 약 1,600 nm, 약 200 nm 내지 약 1,500 nm, 약 200 nm 내지 약 1,400 nm, 약 200 nm 내지 약 1,300 nm, 약 200 nm 내지 약 1,200 nm, 약 200 nm 내지 약 1,100 nm, 약 200 nm 내지 약 1,000 nm, 약 200 nm 내지 약 900 nm, 약 200 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 700 nm, 약 200 nm 내지 약 600 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 200 nm 내지 약 300 nm, 약 400 nm 내지 약 1,800 nm, 약 500 nm 내지 약 1,800 nm, 약 600 nm 내지 약 1,800 nm, 약 700 nm 내지 약 1,800 nm, 약 800 nm 내지 약 1,800 nm, 약 900 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,500 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,600 nm 내지 약 1,800 nm, 약 1,700 nm 내지 약 1,800 nm, 약 400 nm 내지 약 1,700 nm, 약 400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 400 nm 내지 약 1,500 nm, 약 400 nm 내지 약 1,400 nm, 약 400 nm 내지 약 1,300 nm, 약 400 nm 내지 약 1,200 nm, 약 400 nm 내지 약 1,100 nm, 약 400 nm 내지 약 1,000 nm, 약 400 nm 내지 약 900 nm, 약 400 nm 내지 약 800 nm, 약 400 nm 내지 약 700 nm, 약 400 nm 내지 약 600 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 600 nm 내지 약 1,600 nm, 약 700 nm 내지 약 1,600 nm, 약 800 nm 내지 약 1,600 nm, 약 900 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,600 nm, 약 1,500 nm 내지 약 1,600 nm, 약 600 nm 내지 약 1,500 nm, 약 600 nm 내지 약 1,400 nm, 약 600 nm 내지 약 1,300 nm, 약 600 nm 내지 약 1,200 nm, 약 600 nm 내지 약 1,100 nm, 약 600 nm 내지 약 1,000 nm, 약 600 nm 내지 약 900 nm, 약 600 nm 내지 약 800 nm, 약 600 nm 내지 약 700 nm, 약 800 nm 내지 약 1,400 nm, 약 900 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,100 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,400 nm, 약 1,300 nm 내지 약 1,400 nm, 약 800 nm 내지 약 1,300 nm, 약 800 nm 내지 약 1,200 nm, 약 800 nm 내지 약 1,100 nm, 약 800 nm 내지 약 1,000 nm, 또는 약 800 nm 내지 약 900 nm일 수 있다. In one embodiment herein, the size of the hollow composite can be from about 50 nm to about 5,000 nm. The size of the hollow composite may vary depending on the shape of the hollow composite. For example, in the case of a spherical shape, the diameter of the spherical hollow may be used, and in the case of an elliptical shape, the diameter of the long axial or short axis may be used. The size of the hollow complex can be, for example, from about 50 nm to about 5,000 nm, from about 100 nm to about 5,000 nm, from about 300 nm to about 5,000 nm, from about 500 nm to about 5,000 nm, from about 700 nm to about 5,000 nm From about 1,000 nm to about 5,000 nm, from about 1,300 nm to about 5,000 nm, from about 1,500 nm to about 5,000 nm, from about 1,700 nm to about 5,000 nm, from about 2,000 nm to about 5,000 nm, from about 2,500 nm to about 5,000 nm, From about 3,000 nm to about 5,000 nm, from about 3,500 nm to about 5,000 nm, from about 4,000 nm to about 5,000 nm, from about 4,500 nm to about 5,000 nm, from about 50 nm to about 4,500 nm, from about 50 nm to about 4,000 nm, From about 50 nm to about 1500 nm, from about 50 nm to about 3,000 nm, from about 50 nm to about 2,500 nm, from about 50 nm to about 2,000 nm, from about 50 nm to about 1,700 nm, from about 50 nm to about 1,500 nm, From about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 700 nm, from about 50 nm to about 500 nm, from about 50 nm to about 300 nm, from about 50 nm to about 100 nm, From about 500 nm to about 4000 nm, from about 700 nm to about 4000 nm, from about 1,000 nm to about 4,000 nm, from about 1,300 nm to about 4,000 nm, from about 1,500 nm to about 4,000 nm From about 2,000 nm to about 4,000 nm, from about 2,500 nm to about 4,000 nm, from about 3,000 nm to about 4,000 nm, from about 3,500 nm to about 4,000 nm, from about 100 nm to about 3,500 nm, From about 100 nm to about 1500 nm, from about 100 nm to about 1,300 nm, from about 100 nm to about 3,000 nm, from about 100 nm to about 2,500 nm, from about 100 nm to about 2,000 nm, from about 100 nm to about 1,700 nm, From about 100 nm to about 500 nm, from about 100 nm to about 300 nm, from about 200 nm to about 2,000 nm, from about 300 nm to about 2,000 nm, from about 400 nm to about 500 nm, From about 500 nm to about 2,000 nm, from about 600 nm to about 2,000 nm, from about 700 nm to about 2,000 nm, from about 800 nm to about 2,000 nm, from about 900 nm to about 2,000 nm, From about 1,200 nm to about 2,000 nm, from about 1,200 nm to about 2,000 nm, from about 1,300 nm to about 2,000 nm, from about 1,400 nm to about 2,000 nm, from about 1,500 nm to about 2,000 nm, from about 1,600 nm to about 2,000 nm about 200 nm to about 1,800 nm, about 200 nm to about 1,800 nm, about 200 nm to about 1,800 nm, about 1,700 nm to about 2,000 nm, about 1,800 nm to about 2,000 nm, about 1,900 nm to about 2,000 nm, From about 200 nm to about 1,100 nm, from about 200 nm to about 1,100 nm, from about 200 nm to about 1,500 nm, from about 200 nm to about 1,400 nm, from about 200 nm to about 1,300 nm, from about 200 nm to about 1,200 nm, from about 200 nm to about 500 nm, from about 200 nm to about 500 nm, from about 200 nm to about 900 nm, from about 200 nm to about 800 nm, from about 200 nm to about 700 nm, from about 200 nm to about 600 nm, About 400 nm to about 300 nm, about 400 nm to about 1,800 nm, about 500 nm to about 1,800 nm, about 600 nm to about 1,800 nm, about 700 nm to about 1,800 nm, about 800 nm About 1,800 nm to about 1,800 nm, about 1,300 nm to about 1,800 nm, about 1,400 nm to about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,800 nm, about 1,000 nm to about 1,800 nm, about 1,100 nm to about 1,800 nm, about 400 nm to about 1,600 nm, about 400 nm to about 1,500 nm, about 400 nm to about 1,800 nm, about 1,500 nm to about 1,800 nm, about 1,600 nm to about 1,800 nm, about 1,700 nm to about 1,800 nm, From about 400 nm to about 1000 nm, from about 400 nm to about 900 nm, from about 400 nm to about 1,300 nm, from about 400 nm to about 1,200 nm, from about 400 nm to about 1,100 nm, from about 400 nm to about 600 nm, from about 400 nm to about 500 nm, from about 600 nm to about 1,600 nm, from about 700 nm to about 1,600 nm, from about 800 nm to about 800 nm, from about 400 nm to about 700 nm, About 1200 nm to about 1,600 nm, about 1,300 nm to about 1,600 nm, about 1,400 nm to about 1,600 nm, about 900 nm to about 1,600 nm, about 1,000 nm to about 1,600 nm, about 1,100 nm to about 1,600 nm, from about 600 nm to about 1500 nm, from about 600 nm to about 1,300 nm, from about 600 nm to about 1,200 nm, from about 600 nm to about 600 nm, and from about 600 nm to about 1, 500 nm to about 1,600 nm, from about 1,500 nm to about 1,600 nm, From about 600 nm to about 1000 nm, from about 600 nm to about 900 nm, from about 600 nm to about 800 nm, from about 600 nm to about 700 nm, from about 800 nm to about 1,400 nm, from about 900 nm to about 1,400 from about 1, 000 nm to about 1, 000 nm, from about 1,000 nm to about 1,400 nm, from about 1,100 nm to about 1,400 nm, from about 1,200 nm to about 1,400 nm, from about 1,300 nm to about 1,400 nm, From about 800 nm to about 1,100 nm, from about 800 nm to about 1,000 nm, or from about 800 nm to about 900 nm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량은 약 1 중량부 내지 약 20 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량은 약 1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 2 중량부 내지 약 20 중량부, 약 3 중량부 내지 약 20 중량부, 약 4 중량부 내지 약 20 중량부, 약 5 중량부 내지 약 20 중량부, 약 6 중량부 내지 약 20 중량부, 약 7 중량부 내지 약 20 중량부, 약 8 중량부 내지 약 20 중량부, 약 9 중량부 내지 약 20 중량부, 약 10 중량부 내지 약 20 중량부, 약 11 중량부 내지 약 20 중량부, 약 12 중량부 내지 약 20 중량부, 약 13 중량부 내지 약 20 중량부, 약 14 중량부 내지 약 20 중량부, 약 15 중량부 내지 약 20 중량부, 약 16 중량부 내지 약 20 중량부, 약 17 중량부 내지 약 20 중량부, 약 18 중량부 내지 약 20 중량부, 약 19 중량부 내지 약 20 중량부, 약 1 중량부 내지 약 19 중량부, 약 1 중량부 내지 약 18 중량부, 약 1 중량부 내지 약 17 중량부, 약 1 중량부 내지 약 16 중량부, 약 1 중량부 내지 약 15 중량부, 약 1 중량부 내지 약 14 중량부, 약 1 중량부 내지 약 13 중량부, 약 1 중량부 내지 약 12 중량부, 약 1 중량부 내지 약 11 중량부, 약 1 중량부 내지 약 10 중량부, 약 1 중량부 내지 약 9 중량부, 약 1 중량부 내지 약 8 중량부, 약 1 중량부 내지 약 7 중량부, 약 1 중량부 내지 약 6 중량부, 약 1 중량부 내지 약 5 중량부, 약 1 중량부 내지 약 4 중량부, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 또는 약 1 중량부 내지 약 2 중량부일 수 있다. 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량이 1 중량부 미만일 경우, 더 용이한 전자 전달을 가능하게 하는 상기 탄소 구조체의 함량이 적어 상기 중공 복합체의 전기 전도도가 낮아질 수 있고, 상기 중공 복합체 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량이 20 중량부 초과일 경우, 상기 복합체의 형태가 중공 복합체로 유도되지 않을 수 있고 쉘이 두꺼워져 전기 전도도가 오히려 낮아질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the content of the carbon structure relative to 100 parts by weight of the hollow composite may be from about 1 part by weight to about 20 parts by weight. For example, the content of the carbon structure relative to 100 parts by weight of the hollow composite may be from about 1 part to about 20 parts, from about 2 parts to about 20 parts, from about 3 parts to about 20 parts, From about 5 parts to about 20 parts by weight, from about 6 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 7 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 8 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 9 From about 10 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 11 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 12 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 13 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 14 From about 15 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 16 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 17 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 18 parts by weight to about 20 parts by weight, from about 19 to about 20 parts by weight, About 20 parts by weight, about 1 part by weight to about 19 parts by weight, about 1 part by weight to about 18 parts by weight, about 1 part by weight to about 17 parts by weight, about 1 part by weight to about 16 parts by weight, about 1 to about 15 parts by weight, about 1 to about 14 parts by weight, about 1 to about 13 parts by weight, about 1 to about 12 parts by weight, about 1 part by weight to about 11 parts by weight, about 1 to about 10 parts by weight, about 1 to about 9 parts by weight, about 1 to about 8 parts by weight, about 1 to about From about 1 part to about 3 parts by weight, or from about 1 part to about 5 parts by weight, from about 1 part by weight to about 6 parts by weight, from about 1 part by weight to about 5 parts by weight, from about 1 part by weight to about 4 parts by weight, About 2 parts by weight. When the content of the carbon structure is less than 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the hollow composite, the electric conductivity of the hollow composite may be lowered because the content of the carbon structure enabling easier electron transfer is small. If the content of the carbon structure is more than 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight, the shape of the composite may not be induced into the hollow composite, and the shell may be thickened to lower the electrical conductivity.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체의 전하 전달 저항(charge transfer resistance)은 약 10 Ω 내지 약 200 kΩ일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 중공 복합체의 전하 전달 저항은 약 10 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 100 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 300 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 500 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 700 Ω 내지 약 200 kΩ, 약 1 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 10 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 20 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 30 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 40 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 50 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 60 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 70 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 80 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 90 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 100 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 120 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 140 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 160 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 180 kΩ 내지 약 200 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 180 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 160 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 140 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 120 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 100 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 90 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 80 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 70 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 60 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 50 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 40 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 30 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 20 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 10 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 1 kΩ, 약 10 Ω 내지 약 700 Ω, 약 10 Ω 내지 약 500 Ω, 약 10 Ω 내지 약 300 Ω, 또는 약 10 Ω 내지 약 100 Ω 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전하 전달 저항은 상기 중공 복합체의 전기적 전도도와 밀접한 관련이 있으며, 상기 전하 전달 저항이 낮을수록 상기 중공 복합체의 전기적 전도도는 향상된다. 상기 중공 복합체의 높은 전기적 전도도(낮은 전하 전달 저항)는 상기 중공 복합체가 상기 탄소 구조체를 포함하기 때문일 수 있다.In one embodiment herein, the charge transfer resistance of the hollow composite can be from about 10 [Omega] to about 200 k [Omega], but is not limited thereto. For example, the charge transfer resistances of the hollow composite may range from about 10 [Omega] to about 200 k [Omega], from about 100 [Omega] to about 200 k, from about 300 to about 200 k, from about 500 [ from about 10 kΩ to about 200 kΩ, from about 20 kΩ to about 200 kΩ, from about 30 kΩ to about 200 kΩ, from about 40 kΩ to about 200 kΩ, from about 50 kΩ to about 200 kΩ, From about 100 kΩ to about 200 kΩ, from about 120 kΩ to about 200 kΩ, from about 140 kΩ to about 200 kΩ, from about 60 kΩ to about 200 kΩ, from about 70 kΩ to about 200 kΩ, from about 80 kΩ to about 200 kΩ, from about 10 ohms to about 160 kilohms, from about 10 kilohms to about 140 kilohms, from about 10 ohms to about 200 kilohms, from about 160 kilohms to about 200 kilohms, from about 180 kilohms to about 200 kilohms, from about 10 kilohms to about 180 kilohms, From about 10 ohms to about 60 kilohms, from about 10 ohms to about 50 kilohms, from about 10 ohms to about 100 kilohms, from about 10 ohms to about 90 kilohms, from about 10 ohms to about 90 kilohangs, k < / RTI > From about 10 ohms to about 700 ohms, from about 10 ohms to about 500 ohms, from about 10 ohms to about 30 ohms, from about 10 ohms to about 20 kilohms, from about 10 ohms to about 10 kilohms, from about 10 ohms to about 1 kilohms, , From about 10 [Omega] to about 300 [Omega], or from about 10 [Omega] to about 100 [Omega]. The charge transfer resistance is closely related to the electrical conductivity of the hollow composite, and the lower the charge transfer resistance, the better the electrical conductivity of the hollow composite. The high electrical conductivity (low charge transfer resistance) of the hollow composite may be because the hollow composite comprises the carbon structure.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중공 복합체는 상기 탄소 구조체를 포함함으로써 본래 상기 금속 산화물의 약한 전기적 전도도를 더욱 향상시키는 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 중공 복합체의 향상된 전기 전도도는 상기 중공 복합체를 포함하는 전자 잉크 및 상기 전자 잉크를 포함하는 전자 종이 및 디스플레이 디바이스의 성능을 향상시킨다.In one embodiment of the present invention, the hollow composite may include the carbon structure to further enhance the weak electrical conductivity of the metal oxide. Accordingly, the improved electrical conductivity of the hollow composite improves the performance of the electronic ink comprising the hollow composite and the electronic paper and display device comprising the electronic ink.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are given for the purpose of helping understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the following Examples.

[실시예][Example]

1. rGO/TiO1. rGO / TiO 22 중공 나노스피어의 제조  Manufacture of hollow nanospheres

(1) PS 마이크로스피어의 합성(1) Synthesis of PS microspheres

단분산된 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP)-개질된 폴리스티렌(polystyrene, PS) 마이크로스피어가 모노머로서 스티렌(styrene), 개시제로서 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(2,2'-azobisisobutyronitrile, AIBN), 및 안정화제로서 PVP를 사용하여 분산 중합 방법(dispersion polymerization method)에 의해 합성되었다. 이상적으로 스티렌 모노머(6.4 mL) 및 에탄올에 미리 용해된 AIBN(1 wt%)의 첨가 전에PVP(4 g)가 에탄올(55 mL)에 용해되었고, 30 분 동안 Ar 플로우 하에서 퍼지되었다. 24 시간 동안 70℃에서 중합 후에, 평균 1 μm 직경을 가진 단분산된 PS 마이크로스피어가 수득되었다. 상기 형성된 PS 마이크로스피어는 에탄올에서 재-분산(15 wt% 용액)되기 전에 연속하여 3 차례 에탄올로 세척되었고, 원심분리 되었다.Monodispersed polyvinylpyrrolidone (PVP) -modified polystyrene (PS) microspheres are used as the monomer, styrene as the initiator, 2,2'-azobisisobutyronitrile (2,2 ' -azobisisobutyronitrile, AIBN), and PVP as a stabilizing agent. Ideally, PVP (4 g) was dissolved in ethanol (55 mL) and purged under an Ar flow for 30 min prior to addition of styrene monomer (6.4 mL) and AIBN (1 wt%) previously dissolved in ethanol. After polymerization at 70 占 폚 for 24 hours, monodispersed PS microspheres with an average diameter of 1 占 퐉 were obtained. The PS microspheres formed were washed three times in succession with ethanol before re-dispersion (15 wt% solution) in ethanol and centrifuged.

(2) 그래핀 옥사이드(GO)의 합성(2) Synthesis of graphene oxide (GO)

GO가 수정된 Hummer 방법에 의해 제조되었다. 간단히, 그래파이트 파우더(1 g)가 70 mL H2SO4(98%)에 첨가되었다. KMnO4(3 g) 및 NaNO3(0.5 g)가 그 후에 아이스 배스에 점진적으로 첨가되었다. 상기 혼합물이 4 시간 동안 교반되었고, 그 후에 탈이온수(deionized water)(100 mL)가 상기 혼합물에 첨가되었다. 상기 과정에 의해 제조된 배합물이 30 분 동안 상기 온도에서 유지되었다. 상기 서스펜션이 그라파이트의 완전한 산화를 나타내는 밝은 갈색으로 변할 때까지 교반하는 동안 상기 용액 내로 H2O2 용액(30%)이 점진적으로 첨가되었다. 상기 혼합물이 5% HCl 및 탈이온수에 의하여 반복하여 세척되었고, 원심분리에 의해 수집되었다. 상기 수득된 그라파이트 옥사이드 파우더가 에탄올에 첨가되었고, 6 시간 동안 초음파에 의해 박리되었다. 상기 결과로 수득된 서스펜션이 3000 rpm에서 30 분 동안 원심분리 되었고, 침전물(precipitates)을 제거하고 안정한 GO-에탄올 서스펜션을 수득하기 위해 사용되었다. 상기 GO-에탄올 서스펜션이 높은 rpm에서 추가로 원심분리 되어 박리된 GO 나노시트를 분리하였다.The GO was fabricated by the modified Hummer method. Briefly, a graphite powder (1 g) was added to 70 mL H 2 SO 4 (98 %). KMnO 4 (3 g) and NaNO 3 (0.5 g) that was then gradually added in an ice bath. The mixture was stirred for 4 hours, after which deionized water (100 mL) was added to the mixture. The formulations prepared by the process were maintained at this temperature for 30 minutes. H 2 O 2 solution (30%) was gradually added into the solution while stirring until the suspension turned to a light brown indicating complete oxidation of the graphite. The mixture was washed repeatedly with 5% HCl and deionized water and collected by centrifugation. The obtained graphite oxide powder was added to ethanol, and was peeled off by ultrasonication for 6 hours. The resulting suspension was centrifuged at 3000 rpm for 30 minutes, and the precipitates were removed and used to obtain a stable GO-ethanol suspension. The GO-ethanol suspension was further centrifuged at high rpm to separate the separated GO nanosheets.

(3) rGO/TiO(3) rGO / TiO 22 중공 나노스피어의 제조 Manufacture of hollow nanospheres

rGO/TiO2 전구체 용액이 하기 과정에 따라 제조되었다. HCl(37%) 0.2 mL를 포함하는 7.6 mL 에탄올에서 서스펜드된 GO가 2 시간 동안 초음파처리 되었다. 티타늄 부톡사이드(titanium butoxide, TBOT) 3.4 mL 첨가 후, 상기 용액은 24 시간 동안 상온에서 교반되었다. 상기 GO의 함량은 상기 수득된 GO/TiO2 전구체 용액에서 5%, 10%, 및 20%의 GO wt%가 수득되도록 조절되었다. TiO2는 처음에 핵화(nucleated)되었고, GO의 이용 가능한 작용기와 반응하는 것으로 보이며, 이것은 3D의 상호연결된 GO/TiO2 네트워크를 형성하였다. A rGO / TiO 2 precursor solution was prepared according to the following procedure. Suspended GO in 7.6 mL ethanol containing 0.2 mL of HCl (37%) was sonicated for 2 hours. After the addition of 3.4 mL of titanium butoxide (TBOT), the solution was stirred at room temperature for 24 hours. The GO content was adjusted to obtain GO wt% of 5%, 10%, and 20% in the obtained GO / TiO 2 precursor solution. TiO 2 was initially nucleated and appeared to react with the available functional groups of the GO, which formed a 3D interconnected GO / TiO 2 network.

GO/TiO2-코팅 PS 나노스피어(PS@TiO2)의 제조에서, PS 콜로이드(1 mL)와 혼합된 상기 제조된 전구체 용액(350 μL)이 GO/TiO2 및 PS 나노스피어 간의 상호작용을 향상시키기 위해 30 분 동안 초음파 처리 되었다. 초기 실험은 명확하고 재현성있는 PS@GO/TiO2 복합체를 수득하기 위해 GO/TiO2 전구체 용액 대 콜로이드 PS 나노스피어의 비율의 영향을 나타내었다. 본원에서 적용된 상기 비율은 상기 초기 실험으로부터 최적화되었다. 각각 제조된 서스펜션(200 μL)이 쿼츠 기재(2.5 x 8 cm2) 상에 드롭-캐스트(drop-cast) 되었고, 상온에서 건조되었다. 건조 공정 동안, 상기 TiO2 전구체는 공기 중 수분에 노출되었고, 금속 산화물 졸(sol)로 가수분해(hydrolyse)되었는데, 이것은 그 후에 각각의 폴리스티렌 비드(polystyrene bead) 주위에 균일하고 치밀한 얇은 코팅을 형성하였다. 2-단계 하소 방법이 모든 rGO/TiO2 하이브리드의 합성에서 고려되었다. 샘플들은 우선 500℃ Ar 플로우 하에서 탄화되어 상기 형성된 중공 구조체의 안정성을 확보함과 동시에 PS 코어를 효율적으로 제거하였다. 상기 온도는 그 후에 800℃까지 증가되어, rGO/TiO2 하이브리드 구조체에서 TiO2의 완전한 결정화를 달성하였다. 상기 전구체 용액에서 사용된 선택된 GO wt%에 따라, 대응되는 합성된 물질은 이후에 rGO(5%)/TiO2, rGO(10%)/TiO2 및 rGO(20%)/TiO2로서 나타냈다. 제조된 rGO/TiO2는 레퍼런스로서 합성된 TiO2 중공 나노스피어와 함께 평가되었다.The coated PS nanospheres (PS @ TiO 2), PS colloid (1 mL) the precursor solution the mixture prepared above and the (350 μL) is GO / TiO 2 and PS interaction between the nanospheres in the preparation of - GO / TiO 2 Lt; / RTI > for 30 minutes. Initial experiments were performed with a clear and reproducible PS @ GO / TiO 2 Showed the effect of the ratio of GO / TiO 2 precursor solution to colloidal PS nanospheres to obtain a complex. The ratios applied here were optimized from the initial experiments. Each prepared suspension (200 μL) was drop-cast onto a quartz substrate (2.5 x 8 cm 2 ) and dried at room temperature. During the drying process, the TiO 2 precursor was exposed to moisture in the air and hydrolysed with a metal oxide sol, which then formed a uniform, dense thin coating around each polystyrene bead Respectively. A two-step calcination process was considered in the synthesis of all rGO / TiO 2 hybrids. The samples were first carbonized under an Ar flow of 500 캜 to secure the stability of the formed hollow structure and to efficiently remove the PS core. The temperature was then increased to 800 ° C to achieve complete crystallization of TiO 2 in the rGO / TiO 2 hybrid structure. The corresponding synthesized material was subsequently expressed as rGO (5%) / TiO 2 , rGO (10%) / TiO 2 and rGO (20%) / TiO 2 , depending on the selected GO wt% used in the precursor solution. The prepared rGO / TiO 2 was evaluated with a TiO 2 hollow nanosphere synthesized as a reference.

2. 특성 분석2. Characterization

(1) 특성 분석 방법(1) Characteristic analysis method

표면 모폴로지가 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM; JEOL JSM6700-F) 및 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM; 200 kV에서 작동되는 JEOL JSM-2100F)을 이용하여 특성 분석 되었다. 싱크로트론(synchrotron) XRD가 Argonne 국립 연구소(Argonne National Laboratory, ANL)의 Advanced Photon Source(APS)에서 빔라인(beamline) 17-BM에서 싱크로트론 X-선 회절(synchrotron X-ray diffraction, SXRD)에 의해 수득되었다. 샘플들이 Kapton® 테이프에 부착되었고, 전송 모드(transmission mode)에서 측정되었다. PerkinElmer® 무정형 실리콘(amorphous silicon) 평면 패널 검출기(flat panel detector)가 2-차원 XRD 데이터를 수집하기 위해 사용되었다. 종래 강도 플롯 대 2-theta 2D 데이터의 통합이 프로그램 GSAS(II)로 수행되었다. 사용된 파장은 0.72768 Å이었다. 라만 스펙트럼이 T64000(HORIABA Jobin Yvon, France)에 의해 기록되었다. X-선 광전자 분광기(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 스펙트럼이 Thermo Scientific K-Alpha XPS에 의해 측정되었고, 이것은 전하 보상(compensation)을 위해 듀얼 빔 소스(dual beam source) 및 매우-낮은 에너지 전자 빔(ultra-low energy electron beam)을 사용하였다. 가장자리 구조 근처 X-선 흡수 근접 엣지 분광 분석(X-ray absorption near-edge spectroscopy, XANES)이 APS, ANL의 빔라인 9-BM에서 전송 모드로 수행되었다. 데이터 감소 및 데이터 분석이 아테나 소프트웨어 패키지(Athena software packages)로 수행되었다. 프리-엣지(pre-edge)가 선형으로 피팅되었고 제거되었다. 포스트-엣지 백그라운드(post-edge background)가 큐빅-스플라인-피팅(cubic-spline-fit) 과정을 사용하여 결정되었고, 그 후에 제거되었다. 정상화(normalization)가 상기 데이터와 50 eV에서 흡수 엣지의 높이를 비교함으로써 수행되었다. 모노크로메이터(monochromator)가 고주파(higher harmonic)의 존재를 최소화하기 위해 Ti K 엣지에서 80%의 최대 강도까지 재조정(detuned) 되었다. 상기 X-선 빔이 4966 eV에서 Ti 금속 호일(foil) K 엣지를 사용하여 보정되었다. Surface morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM; JEOL JSM6700-F) and transmission electron microscopy (TEM; JEOL JSM-2100F operating at 200 kV). Synchrotron XRD was obtained by synchrotron X-ray diffraction (SXRD) at the beamline 17-BM in the Advanced Photon Source (APS) of the Argonne National Laboratory (ANL) . Samples were attached to Kapton ® tapes and measured in transmission mode. A PerkinElmer ® amorphous silicon (amorphous silicon) flat panel detector (flat panel detector) was used to collect two-dimensional XRD data. Integration of conventional intensity plot versus 2-theta 2D data was performed with the program GSAS (II). The wavelength used was 0.72768 Å. Raman spectra were recorded by T64000 (HORIABA Jobin Yvon, France). The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra were measured by a Thermo Scientific K-Alpha XPS and were used for dual beam source and very low energy electron beam (ultra-low energy electron beam). Near-edge X-ray absorption near-edge spectroscopy (XANES) was performed in transmission mode in the beamline 9-BM of the APS, ANL. Data reduction and data analysis were performed with Athena software packages. The pre-edge was linearly fitted and removed. The post-edge background was determined using a cubic-spline-fit process and then removed. Normalization was performed by comparing the data with the height of the absorption edge at 50 eV. A monochromator was detuned to a maximum intensity of 80% at the Ti K edge to minimize the presence of higher harmonics. The X-ray beam was calibrated using a Ti metal foil K edge at 4966 eV.

(2) SCE의 보정(calibration) 및 RHE에 대하여 전환(2) Switching between SCE calibration and RHE

SCE 레퍼런스 전극의 보정이 종래 문헌[Y. Li, W. Zhou, H. Wang, L. Xie, Y. Liang, F. Wei, J.-C. Idrobo, S. J. Pennycook, H. Dai, Nat Nano 2012, 7, 394.]에 개시된 수정된 방법에 의해 수행되었다. 표준 3-전극 시스템이 Pt/C-침적된 유리 탄소 전극에서 채용되었고, 폴리싱된 Pt 와이어가 각각 작업 전극 및 상대 전극으로서 채용되었으며, 및 레퍼런스 전극으로서 SCE가 채용되었다. 전해액이 고 순도 H2를 이용하여 프리-퍼지(pre-purge) 되었고 포화되었다. 그 후에, 선형 주사 전위(Linear scanning voltammetry, LSV)가 0.1 mV/s의 스캔 속도에서, 전류 영교차(current crossed zero)가 상기 수소 전극 반응을 위한 열역학적 전위(SCE 기준)인 것으로 취해지는 전위에서 작동되었다. 상기 영전류(zero current) 지점은 -0.998 V에서 관찰되었고, 따라서 E(RHE)=E(SCE)+0.998 V이었다.The correction of the SCE reference electrode is described in the prior art [Y. Li, W. Zhou, H. Wang, L. Xie, Y. Liang, F. Wei, J.-C. Idrobo, SJ Pennycook, H. Dai, Nat Nano, 2012 , 7 , 394.). A standard three-electrode system was employed in Pt / C-deposited glass carbon electrodes, polished Pt wires were employed as working and counter electrodes, respectively, and SCE was employed as the reference electrode. The electrolyte was pre-purged and saturated with high purity H 2 . Thereafter, at a scan rate of 0.1 mV / s, the current crossed zero is taken as the thermodynamic potential (SCE reference) for the hydrogen electrode reaction, at a potential obtained from a linear scanning voltammetry It worked. The zero current point was observed at -0.998 V, thus E (RHE) = E (SCE) + 0.998 V.

(3) 전기화학적 측정(3) Electrochemical measurement

전기화학적 측정을 위해, 50 μL 나피온(nafion)이 혼합된 5 mg의 상기 촉매가 1 시간 동안 이소프로판올(500 μL)에 초음파를 이용하여 적하되었다. 그리고, 3 μL 잉크가 3 mm 회전 유리 탄소 전극에 분산되었고 공기 중에서 건조되었다. 전기화학적 선형주사전위(linear sweep voltammetry, LSV) 및 순환 전압 전류(cyclic voltammetry, CV) 측정이 3-전극 유리 전기화학적 전지에서 컴퓨터-제어 퍼텐시오스타트(computer-controlled potentiostat)를 사용하여 수행되었다. 상기 촉매가 로딩된 유리 탄소 전극이 작업 전극으로서 사용되었고, 상대 전극으로서 Pt 와이어, 레퍼런스 전극으로서 포화 칼로멜 전극(saturated calomel electrode, SCE; RHE에 대하여 보정 및 전환)이 사용되었다. 각각의 측정에 앞서, KOH 전해질(0.1 M)이 20 분 동안 N2 또는 O2에 의해 버블링되었고, 지속적인 O2 플로우가 연속적인 O2 포화를 보장하기 위해 상기 측정하는 동안 유지되었다. 상기 전위 범위는 5 mV/s의 스캔 속도에서 RHE에 대하여 0.05 V와 1.05 V 사이에서 캐소딕모드로(cathodically) 스캔 되었다. 상기 샘플들이 앞서 제조된 상업용 20 wt% Pt/탄소 블랙(Pt/C, Alpha Aeser)과 비교되었다.For the electrochemical measurement, 5 mg of the above catalyst mixed with 50 μL of nafion was added dropwise to isopropanol (500 μL) using an ultrasonic wave for 1 hour. Then, 3 μL of ink was dispersed in a 3 mm rotating glass carbon electrode and dried in air. Electrochemical linear sweep voltammetry (LSV) and cyclic voltammetry (CV) measurements were performed using a computer-controlled potentiostat in a 3-electrode glass electrochemical cell. The catalyst-loaded glass carbon electrode was used as a working electrode, Pt wire as a counter electrode, and a saturated calomel electrode (SCE, calibrated and converted to RHE) as a reference electrode. Prior to each measurement, a KOH electrolyte (0.1 M) was bubbled with N 2 or O 2 for 20 minutes and a continuous O 2 flow was maintained during the measurement to ensure continuous O 2 saturation. The potential range was cathodically scanned between 0.05 V and 1.05 V for RHE at a scan rate of 5 mV / s. The samples were compared with the commercial 20 wt% Pt / carbon black (Pt / C, Alpha Aeser) previously prepared.

3. 결과 및 분석3. Results and Analysis

(1) (One) 모폴로지Morphology

실시예에서 적용된 상기 중공 rGO-TiO2 하이브리드(혼성체)의 제조 과정 및 방법이 도 1a 및 도 1b에 도시되었다. 기능화된 PS 나노스피어가 GO/TiO2 전구체 용액에서 GO/TiO2에 의해 전략적으로 코팅되었다. 상기 결과로서 제조된 코어/쉘(core/shell) 복합체가 쿼츠 기재 상에 드롭-캐스팅(drop-cast) 되었고 Ar 하 500℃, 그 후, 공기 플로우 하에서 800℃까지에서 하소되어 중공 rGO/TiO2 나노스피어를 수득하였다.The manufacturing process and the method of the hollow rGO-TiO 2 hybrid (hybrid) applied in the embodiment are shown in FIGS. 1A and 1B. Functionalized PS nanospheres were strategically coated with GO / TiO 2 in the GO / TiO 2 precursor solution. The resultant core / shell composite was drop-cast on a quartz substrate and calcined at 500 ° C under Ar and then up to 800 ° C under air flow to form hollow rGO / TiO 2 Nano spheres were obtained.

상기 본 실시예에서 합성된 물질의 크기 및 형태를 평가하기 위해 대표적 SEM 이미지가 수집되었다. 10 wt%의 GO를 이용하여 합성된 제조된 하이브리드 물질이 비교예로서 TiO2-기반 중공 나노스피어와 비교되었다. 부드러운(smooth) 표면 및 약 1 μm의 균일한 입자 크기를 가진 단분산(monodisperse)된 PS 나노스피어의 합성을 확인하기 위해 SEM 이미지가 우선 수집되었다(도 2a). 코어/쉘 구조를 갖는 PS@GO/TiO2 복합체(도 2b) 및 PS@TiO2(도 3a) 나노스피어의 SEM 사진은 PS 템플레이트(template) 상의 각각 TiO2 및 GO/TiO2의 균일한 코팅을 제안하였다. 상기 코어/쉘 복합체 구조의 효율적 합성은 PS 표면에 위치한 카보닐기 및 TiO2와 GO의 하이드록시기 간의 강한 정전기적 상호작용에서 기인되었다. TiO2 및 GO/TiO2의 침적(deposition)은, 상기 수득된 물질의 평균 직경이 PS@TiO2 및 PS@GO(10%)/TiO2에서 각각 약 1.1 μm 및 1.24 μm까지 증가될 수 있도록 하였다. 흥미롭게도, PS@GO/TiO2 평균 직경의 증가는 상기 전구체 용액에서 GO 농도를 증가하는 것에 의해 제안되었다. 이에 대하여 도 3은, (a) PS@TiO2, (b) rGO(5%)/TiO2, 및 (c) rGO(20%)/TiO2 중공 복합체 각각의 FESEM 이미지 및 (d) rGO(10%)/TiO2 중공 복합체의 단면도를 나타낸 FESEM 이미지를 나타낸다 (스케일 바는 1 μm임). 상기 관찰은 GO의 풍부한 작용기의 존재에서 실험적으로 기인되었고, 이것은 PS 카보닐기와의 상호작용을 향상시키는 것으로 보인다. 균일한 TiO2 및 rGO(10%)/TiO-2 중공 쉘의 SEM 이미지는 이후 탄화과정에서 PS의 효율적인 제거를 입증하였다(도 2c 및 도 2d). 비록 상기 두 경우에서 구형 모폴로지가 유지될 수 있으나, 하소되지 않은 경우와 비교하여 약 10% 내지 15%의 크기 수축이 입증되었다. 상기 관찰은 고온 결정화 반응 동안 TiO2 골격(framework)의 신터링 수축(sintering contraction)과 관련된 템플레이트의 응축(condensation)/중합(polymerization)에서 기인되었다. 도 4는, (a) TiO2(공기), (b) TiO2, (c) rGO(20%)/TiO2 중공을 각각 나타낸 TEM 이미지 및 (d) rGO(20%)/TiO2의 HRTEM 이미지이다. 상기 수집된 SEM 이미지 및 HRTEM 이미지의 정밀 검사는 TiO2 중공 나노스피어에서 응집된 TiO2 나노입자의 존재를 나타내었다(도 2c). Representative SEM images were collected to evaluate the size and shape of the material synthesized in this embodiment. The prepared hybrid material synthesized using 10 wt% GO was compared with TiO 2 - based hollow nanospheres as a comparative example. SEM images were first collected to confirm the synthesis of monodispersed PS nanospheres with a smooth surface and a uniform particle size of about 1 μm (FIG. 2a). SEM images of PS @ GO / TiO 2 composite (FIG. 2b) and PS @ TiO 2 (FIG. 3a) nanospheres having a core / shell structure were prepared by uniform coating of TiO 2 and GO / TiO 2 on a PS template, . The efficient synthesis of the core / shell composite structure resulted from strong electrostatic interactions between the carbonyl groups on the PS surface and the hydroxyl groups of TiO 2 and GO. The deposition of TiO 2 and GO / TiO 2 is carried out so that the average diameter of the obtained material can be increased to about 1.1 μm and 1.24 μm in PS @ TiO 2 and PS @ GO (10%) / TiO 2 , respectively Respectively. Interestingly, an increase in PS @ GO / TiO 2 mean diameter was suggested by increasing the GO concentration in the precursor solution. 3 shows a FESEM image of (a) PS @ TiO2, (b) rGO (5%) / TiO2, and (c) rGO (20%) / TiO2 hollow composite, and (d) rGO / TiO2 hollow composite (Scale bar is 1 [mu] m). This observation has been experimentally derived in the presence of the GO ' s abundant functional group, which appears to enhance the interaction with the PS carbonyl group. SEM images of uniform TiO 2 and rGO (10%) / TiO 2 hollow shells demonstrated efficient removal of PS in subsequent carbonization (FIGS. 2c and 2d). Although spherical morphology can be maintained in both cases, size shrinkage of about 10% to 15% has been demonstrated compared to the case without calcination. This observation has been attributed to the condensation / polymerization of the template associated with the sintering contraction of the TiO 2 framework during the high temperature crystallization reaction. 4 is a TEM image showing (a) TiO2 (air), (b) TiO2, (c) rGO (20%) / TiO2 hollow and (d) HRTEM image of rGO (20%) / TiO2. The close inspection of the collected SEM and HRTEM images showed the presence of agglomerated TiO 2 nanoparticles in TiO 2 hollow nanospheres (FIG. 2c).

TiO2 및 rGO(10%)/TiO2 중공 스피어 모두의 대표적 TEM 이미지가 후속된 2-스텝 탄화 과정에서 수집되었다. 도 5a 및 도 5c는 약 800 nm의 직경을 가진 TiO2 및 rGO(10%)/TiO2 복합체 중공 스피어 각각의 명확한 TEM 이미지를 나타내었다. 상기 TiO2 중공 스피어가 10 nm 내지 50 nm 범위의 크기를 가지는 랜덤하게 분산된 TiO2 나노입자에 의해 형성된 반면, rGO(10%)/TiO2의 두께 및 연속적 쉘은 rGO 시트(sheet) 상에 평균 10 nm의 크기를 가진 TiO2 나노입자의 균일한 코팅을 나타내었다. 본 실시예에서 rGO의 풍부한 작용기는 본원의 rGO(10%)/TiO2 샘플에서 상기 TiO2 나노입자의 상기 입자 크기 및 응집(agglomeration)을 감소시키는 것임이 추정되었다. 흥미롭게도, 고-분해능(high-resolution) TEM 사진은 모든 평가 샘플에서 각각의 TiO2 나노입자에 2 nm 내지 3 nm 두께의 탄소 코팅-층이 존재함을 나타내었다(도 5b 및 도 5d). 상기 형성된 층은 탄소질(carbonaceous)일 것으로 추정되었고, 상기 개질된 PS 나노스피어에서 카보닐 기들의 탄화의 결과일 것으로 추정되었다. 상기 추정은 TiO2 나노입자의 탄소 코팅을 보고한 최근 문헌을 따르는 것이었다. 상기 모든 샘플의 다공성 구조(texture)는 N2 흡착(sorption) 측정에 의해 평가되었고, 그 결과는 도 6에 나타내었다. 높은 상대 압력에서 상기 N2의 강한 흡수(uptake)는 상기 중공 구조에서 큰 매크로포어(macropore)의 존재를 입증하였다. 가장 중요한 것은, 모든 rGO/TiO2 혼성 물질에서 N2 평가(assessment)는 메조포러스(mesoporous) 물질의 특성인 명확한 H2-타입 이력현상(hysteresis) 루프를 갖는 타입- 등온선(isotherm)을 나타내었다는 것이다. 상기 관찰 결과는 본 실시예에서 10 nm의 평균 크기를 가진 결정성 나노입자의 응집의 결과로서 입자 내 보이드(intraparticle void)의 존재에서 기인되었다.Representative TEM images of both TiO 2 and rGO (10%) / TiO 2 hollow spheres were collected in the subsequent two-step carbonization process. Figures 5A and 5C show a clear TEM image of TiO 2 and rGO (10%) / TiO 2 composite hollow spheres each having a diameter of about 800 nm. While the TiO 2 hollow sphere is formed by randomly dispersed TiO 2 nanoparticles having a size in the range of 10 nm to 50 nm, the thickness of the rGO (10%) / TiO 2 and the continuous shell are on the rGO sheet Uniform coating of TiO 2 nanoparticles with an average size of 10 nm. It was assumed that the abundant functional groups of rGO in this example were to reduce the particle size and agglomeration of the TiO 2 nanoparticles in the rGO (10%) / TiO 2 sample of the present application. Interestingly, a high-resolution TEM photograph showed the presence of a carbon coating-layer between 2 nm and 3 nm in thickness on each TiO 2 nanoparticle in all evaluation samples (FIGS. 5B and 5D). The formed layer was presumed to be carbonaceous and was presumed to be the result of carbonization of the carbonyl groups in the modified PS nanosphere. The above estimates were in accordance with the recent literature reporting carbon coatings of TiO 2 nanoparticles. The porous structure of all the samples was evaluated by N 2 sorption measurement, and the results are shown in FIG. The strong uptake of N 2 at high relative pressures proved the presence of a large macropore in the hollow structure. Most importantly, the N 2 assessment in all rGO / TiO 2 composites indicated a type-isotherm with a distinct H2-type hysteresis loop, a characteristic of the mesoporous material . The observation results were attributed to the presence of intraparticle voids as a result of agglomeration of crystalline nanoparticles having an average size of 10 nm in this example.

(2) 구조 및 화학적 특성 분석(2) Analysis of structure and chemical characteristics

TiO2 및 rGO/TiO2 중공 나노스피어의 결정성 상(phase)이 싱크로트론 X-선 회절(synchrotron X-ray diffraction, SXRD)에 의해 평가되었다(도 7a). 모든 구조에서 확인된 상기 SXRD 패턴이 TiO2 아나타제(anatase) 및 루타일(rutile) 결정성 상 (각각 JCPDS No.21-1272 및 No.21-1276) 모두와 일치한다는 것이 발견되었다. 아나타제 대 루타일 비율의 변화는 다양한 rGO 함량과 TiO2를 혼합 시 무시될 수 있는 것임이 발견되었다. 특징적 rGO 회절 피크가 후자의 약한 회절 강도로 추정되는 결과로서 rGO/TiO-2 혼성 물질에서 발견되지 않았다. 라만 스펙트럼이 상기 하이브리드 구조체에서 rGO 및 TiO2의 결합 특성을 조사하기 위해 수집되었다(도 7b). 155(Eg) 및 398 cm-1(B1g)에 위치된 밴드가 TiO2 아나타제-결정 상과 일치함이 확인되었고, 반면 250(A1g), 440(Eg), 및 612 cm-1(A1g)에서의 분산 피크(scattering peak)는 TiO2 루타일과 일치함이 확인되었다. 상기 결과들은 XRD 데이터에 의해 입증된 혼합된 TiO2 아나타제 및 루타일 결정성 상의 존재를 더욱 반영하는 것이었다. 혼합된 TiO2 결정 상은, 뛰어난 촉매적 활성을 나타내었는데, 그것들의 컨덕션 밴드(conduction band)의 차이가 전하 캐리어들의 재조합을 억제하는 것으로 보이기 때문이었다. 흥미롭게도, rGO/TiO2에서 155 cm-1의 가장 강한 아나타제의 Eg 라만 모드가 비교예 TiO2 샘플에 비해 8 cm-1 만큼 시프트 되었다. 유사한 결과가 440 cm-1의 Eg 피크에서 관찰되었다. 상기 관찰된 청색-시프트는 산소 결함(oxygen vacancy) 또는 무질서(disorder) 유도된 Ti3 +의 결과로서 믿어졌다. 1350 cm-1 및 1604 cm-1에서의 밴드는 각각 무질서한(disordered) sp2 탄소의 D 피크 및 그래핀의 정렬된(ordered) 그래파이트 성 구조의 G 피크에 해당되었다(도 7d). 상기 두 개의 밴드는 TiO2 중공 나노스피어에서 추가로 약간 관찰되었는데, 이것은 500℃에서 Ar 하에서 탄화 시 TiO2 나노입자의 표면을 덮는 탄소-코팅 층의 특성을 나타내는 것이다(도 5b). 비교를 위해, TiO2-기반 중공 나노스피어가 800℃ 대기압 공기에서 직접 하소 되었다 (도 5b에서 TiO2(공기)). 특성 분석에 의하여, 결과들은 샘플에서 D 및 G 밴드 모두의 부존재를 확인하였고, 이것은 상기 하소 처리 동안 C 종(species)의 완전한 제거를 제시하는 것이다. The crystallographic phases of TiO 2 and rGO / TiO 2 hollow nanospheres were evaluated by synchrotron X-ray diffraction (SXRD) (FIG. 7A). It has been found that the SXRD pattern identified in all structures is consistent with both TiO 2 anatase and rutile crystallographic phases (JCPDS No. 21-1272 and No. 21-1276, respectively). It was found that the variation of the ratio of anatase to ruta was negligible in mixing various rGO contents with TiO 2 . The characteristic rGO diffraction peak was not found in the rGO / TiO- 2 hybrid as a result of the latter being estimated as the weak diffraction intensity. Raman spectra were collected to investigate the binding properties of rGO and TiO 2 in the hybrid structure (Fig. 7B). The band located at 155 (E g ) and 398 cm -1 (B 1g ) were found to match the TiO 2 anatase-crystal phase, whereas 250 (A 1 g ), 440 (E g ), and 612 cm -1 (A 1g ) was found to be consistent with the TiO 2 rutile. The results further reflected the presence of mixed TiO 2 anatase and rutile crystalline phases as evidenced by XRD data. The mixed TiO 2 crystal phases showed excellent catalytic activity because their conduction band differences appeared to inhibit the recombination of charge carriers. Interestingly, the E g Raman mode of the strongest anatase at 155 cm -1 in rGO / TiO 2 shifted by 8 cm -1 compared to the comparative TiO 2 sample. Similar results were observed at an E g peak of 440 cm -1 . The observed blue-shift was believed as a result of the Ti 3 + induced oxygen defects (oxygen vacancy) or disorder (disorder). The bands at 1350 cm -1 and 1604 cm -1 corresponded to the D peak of disordered sp 2 carbon and the G peak of the ordered graphite structure of graphene, respectively (FIG. 7d). These two bands were further observed in TiO 2 hollow nanospheres, which characterize the carbon-coated layer covering the surface of the TiO 2 nanoparticles upon carbonization at 500 ° C. (Fig. 5b). For comparison, TiO 2 -based hollow nanospheres were calcined directly at 800 ° C atmospheric air (TiO 2 (air) in Figure 5b). By characterization, the results confirmed the absence of both the D and G bands in the sample, suggesting complete elimination of species C during the calcination process.

rGO 및 TiO2의 화학적 상태 및 효과적 통합을 조사하기 위해, 고-분해능 X-선 광전자 분광(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 측정이 수행되었다(도 8). 282 eV 내지292 eV, 526 eV 내지536 eV, 및 455 eV 내지 468 eV 영역에서의 피크는 각각 C 1s (도 8e), O 1s (도 8c), 및 Ti 2p (도 8a)에 해당되었다. Shirley 방법에 의해 스펙트럼 백그라운드를 제거한 후에, 상기 수집된 스펙트럼은 예측되는 성분 피크로 간단히 디컨볼루션(deconvolution) 되었다. rGO(10%)/TiO-2 중공 나노스피어는 459.1 eV 및 464.8 eV에서 Ti2p 신호를 나타내었는데, 이것은 Ti4+ 상태에서 각각 Ti 2p3 /2 및 Ti 2p1 /2 스핀-오비탈 스플리팅(splitting) 광전자에 해당하는 것이었다. 800℃까지의 공기 하에서 하소된 비교예 TiO2 샘플과 비교하여, 양 신호가 458.1 eV 및 464.1 eV의 해당 피크로부터 더 높은 에너지 영역으로 다소 시프트 된 것이 명확하였다. 더 높은 에너지 영역으로의 결합 에너지 시프트는 제조된 rGO/TiO2 복합체에서 Ti로부터 rGO로의 전자 밀도의 전달에서 기인되었다(M. S. A. Sher Shah, A. R. Park, K. Zhang, J. H. Park, P. J. Yoo, ACS Appl . Mater. Interfaces 2012, 4, 3893). rGO/TiO2는 457.4 eV 및 463.2 eV에서 두 개의 작은 숄더형(shoulder-like) 피크(도 8b)를 나타내었는데, 이것은 Ti3 +의 결함 때문이었다. 표면 또는 벌크 TiO2에서 Ti3 + 종은 불안정한 것으로 알려졌고, 따라서 하소 과정에서 쉽게 산화되며, 이것은 안정한 Ti3 +-도핑된 TiO2를 수득하기 위한 분명한 도전을 나타낸다. 그러나, 본 실시예에서는, 상기 종들이 rGO와의 TiO2 혼성에 따라 안정화 될 수 있다고 믿어진다. Ti3 + 종의 존재는 Ar 하에서 하소된 TiO2-기반 중공 나노스피어의 경우에서 더 낮은 정도로 관찰되었다. 상기 관찰 결과는 수집된 TEM 이미지(도 5b)에서 관찰된 TiO2 나노결정에 형성된 탄소 층의 존재 때문이었다. 상기 탄소 층의 존재는, 고온 레벨에서도, 결정 격자 내의 상기 도핑된 Ti3 + 종 및 표면 산소 결핍을 안정화할 것으로 추측되었다. 상기 추측은 비교예 TiO2 레퍼런스에서 Ti3 + 피크 특성이 관찰되지 않은 것과 비교함으로써 입증되었다. 800℃에서의 탄소 층의 부재에서, Ti3 +는 용이하게 완전히 산화될 것으로 예상되었다. 상기 결과는 TiO2 및 rGO/TiO2에서 O-Ti3 + 종의 발생 및 안정화가 상기 탄소 코팅 및 rGO 층 둘 다와 밀접한 관련이 있을 것이라고 제안하였다. High-resolution X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements were performed to investigate the chemical states and effective integration of rGO and TiO 2 (FIG. 8). The peaks at 282 eV to 292 eV, 526 eV to 536 eV, and 455 eV to 468 eV regions corresponded to C 1s (FIG. 8 e), O 1s (FIG. 8 c), and Ti 2p (FIG. After removing the spectral background by the Shirley method, the collected spectra were simply deconvoluted with the expected component peaks. rGO (10%) / 2 TiO- hollow nanospheres is 459.1 eV and 464.8 eV in eotneunde indicate the Ti2p signal, this 2 each Ti 2p 3/2, and Ti 2p 1 / Ti in the 4+ state spin-orbital splitting ( splitting) photoelectrons. Compared with the calcined Comparative TiO 2 sample under air up to 800 ° C, it was clear that both signals slightly shifted from the corresponding peak of 458.1 eV and 464.1 eV to the higher energy region. The binding energy shift to the higher energy region was attributed to the transfer of electron density from Ti to rGO in the rGO / TiO 2 composites produced (MSA Sher Shah, AR Park, K. Zhang, JH Park, PJ Yoo, ACS Appl . Mater. Interfaces 2012 , 4 , 3893). rGO / TiO 2 is eotneunde indicate the two small type shoulder (shoulder-like) peak (Fig. 8b) at 457.4 eV and 463.2 eV, which was due to a defect of the Ti 3 +. The Ti 3 + species in surface or bulk TiO 2 are known to be unstable and are therefore easily oxidized during the calcination process, which represents a clear challenge to obtain stable Ti 3 + -doped TiO 2 . However, in the present embodiment, it is believed that the species can be stabilized by TiO 2 hybridization with rGO. The presence of Ti 3 + species was observed to a lesser extent in the case of calcined TiO 2 -based hollow nanospheres under Ar. This observation was due to the presence of the carbon layer formed on the TiO 2 nanocrystals observed in the collected TEM image (Figure 5b). The presence of the carbon layer, even at a high temperature level, and was presumed to stabilize the doped Ti + 3 species, and surface oxygen deficiency in the crystal lattice. The above assumption was verified by comparing the Ti 3 + peak characteristics observed in the comparative TiO 2 reference to those not observed. In the absence of a carbon layer at 800 캜, Ti 3 + was expected to be easily oxidized completely. The above results suggest that the generation and stabilization of O-Ti 3 + species in TiO 2 and rGO / TiO 2 will be closely related to both the carbon coating and the rGO layer.

TiO2 및 rGO(10%)/TiO2 중공 나노스피어의 O1s XPS 스펙트럼은 529.4 eV 및 531.5 eV에서 피크를 나타내었는데, 이것은 각각 TiO2에서 격자 산소(Ti-O), 및 표면 하이드록시기(Ti-OH) 또는 O-C=O (도 8c 및 도 8d)에 해당하는 것이었다. 532.3 eV에서 상기 숄더 피크는 탄소 및 rGO의 존재에서 HO-C 또는 카복실 종을 입증하였다. 530.3 eV의 상기 피크는 상기 두 샘플에서 O-Ti3 +에 해당하였으며, 이것은 이전의 수집의 Ti XPS 데이터에 의해 입증되며, rGO/TiO2에서 주목할 만한 Ti3 + 종 함량을 나타내었다. C1s XPS 스펙트럼은 C-C, C=C, 및 C-H 결합에 해당하는 284.4 eV 중심에서 고강도 디컨볼루션(deconvolution)된 피크를 나타내었다 (도 8e 및 8f). 284.4 eV에서의 상기 피크는 평가된 rGO/TiO2 중공 나노스피어에서 rGO의 sp2 C=C에 해당하였고, 이전의 증거에 따라 TiO2 나노입자의 그라파이트-상 탄소 층에서 형성된 C=C에서 기인되었다. 산소-함유 탄소질(carbonaceous) 결합은 각각 C-OH, C=O, 및 -COOH 기에 해당하는 더 높은 결합 에너지 레벨, 즉, 285.3 eV, 286.7 eV, 및 287.7 eV에서 디컨볼루션되었고, 이것은 수집된 O1s XPS 데이터와 잘 일치하는 것이었다. TiO 2 and rGO (10%) / TiO 2 O1s XPS spectrum of the hollow nanospheres is 529.4 eV and eotneunde indicate a peak at 531.5 eV, which lattice oxygen in the TiO 2 (TiO), respectively, and a surface hydroxyl group (Ti -OH) or OC = O (Figures 8c and 8d). At 532.3 eV, the shoulder peak demonstrated HO-C or carboxyl species in the presence of carbon and rGO. The peak of 530.3 eV was available for the O-Ti 3 + in the two samples, and this is demonstrated by the Ti XPS data for the previous acquisition, and showed the Ti + 3 species content notable in rGO / TiO 2. The C1s XPS spectrum showed high intensity deconvoluted peaks at 284.4 eV centers corresponding to CC, C = C, and CH bonds (Figs. 8e and 8f). The peak at 284.4 eV corresponded to sp 2 C = C of rGO in the evaluated rGO / TiO 2 hollow nanospheres and was attributed to C = C formed in the graphite-on-carbon layer of TiO 2 nanoparticles according to previous evidence . The oxygen-containing carbonaceous bonds were deconvoluted at higher binding energy levels corresponding to the C-OH, C = O, and -COOH groups, respectively, 285.3 eV, 286.7 eV, and 287.7 eV, O1s XPS data.

상기 합성된 샘플의 Ti 및 Ti 원자가(valence)는 X-선 흡수 가장자리 구조(X-ray absorption near-edge structure, XANES) 분광 분석에 의해 추가로 평가되었다(도 9). 상기 프리-엣지(pre-edge) 특성은 일반적으로 A1, A2, 및 A3로 표시된 3 개의 피크를 발생시키고, 이것은 특정 이온의 직접적 환경을 나타낸다. 특히, 상기 A2 피크의 상대적 강도, Ti 부위 구조(site geometry)의 민감함은 티타늄 이온 주위의 국부적 원자 배열을 반영한다. 본 실시예에서, 상기 합성된 샘플의 전체적인 스펙트럼 특성은 아나타제-타입 TiO2의 그것과 다소 유사함이 발견되었고, 이것은 종래 관찰 결과를 입증하는 것이었다. 가장 흥미로운 점은, 상기 A2의 상대적 강도가 비교예 TiO2 레퍼런스와 비교하여 다소 증가되었다는 것이었다(도 9b). 상기 변화는 본 실시예의 rGO(10%)/TiO2 중공 나노스피어에서 더욱 주목할 만 하였고, 이것은 탄소 및 rGO 첨가 결과로서 Ti 배위 구(coordination sphere)의 증가된 개질을 나타내는 것이었다. 상기 결과들은 더 낮은 평균 산화 상태에서 제조된 중공 나노스피어의 Ti 종을 제안하였고, 이것은 상기 XPS 데이터를 입증하는 것이었다. The Ti and Ti valences of the synthesized samples were further evaluated by X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy (FIG. 9). The pre-edge characteristics generally generate three peaks labeled A1, A2, and A3, which represent the direct environment of a particular ion. In particular, the relative intensity of the A2 peak, the sensitivity of the Ti site structure reflects the local atomic arrangement around the titanium ion. In this example, it was found that the overall spectral characteristics of the synthesized sample were somewhat similar to those of anatase-type TiO 2 , which proved the results of prior observations. The most interesting thing is that, the relative intensity of the A2 that was slightly increased as compared with Comparative Example TiO 2 reference (Fig. 9b). This change was even more noticeable in the rGO (10%) / TiO 2 hollow nanospheres of this example, indicating increased modification of the Ti coordination sphere as a result of carbon and rGO addition. The results suggest a Ti species of hollow nanospheres fabricated at a lower average oxidation state, which proved the XPS data.

(3) 전도도(3) Conductivity

전기화학 임피던스 분광 분석(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)이 상기 제조된 샘플의 전기적 전도도를 조사하기 위해 10-2 Hz 내지 105 Hz 주파수(frequency) 범위의 개방 회로 전위(open circuit potential)에서 수행되었다. 모든 평가된 샘플의 Nyquist 플롯을 도 10a에 나타내었다. 높은 주파수 영역에서 Nyquist 플롯의 직경은 평가된 전극의 전하 전달 저항(charge transfer resistance, Rct)과 연관이 있었던 반면, 더 작은 반지름은 더 효율적인 전하 전달을 의미하는 것이었다. 계산된 Rct 값은 TiO2 (114.2 k) > rGO(5%)/TiO2 (48.5 k) > rGO(20%)/TiO2 (29.9 k) > rGO(10%)/TiO2 (16.8 k)와 같은 순서를 따르는 것이 관찰되었다. 상기 결과들은 더 용이한 전자 전달을 가능하게 하는 도입된 rGO 층의 영향을 반영하였고, 이것은 상기 촉매의 수득된 ORR 활성에서 중요한 영향을 가질 것이라 추측되었다. rGO(20%)/TiO2에서 달성된 다소 높은 전하 전달 저항은 해당 SEM 이미지에서 입증된 상기 쉘(shell)의 더 두꺼운 특성에서 기인될 수 있었다.Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was performed at an open circuit potential in the frequency range of 10 -2 Hz to 10 5 Hz to examine the electrical conductivity of the samples prepared above. The Nyquist plot of all evaluated samples is shown in Figure 10a. The diameter of the Nyquist plot in the high frequency region was related to the charge transfer resistance (R ct ) of the evaluated electrode, while the smaller radius meant more efficient charge transfer. The calculated R ct values are TiO 2 (114.2 k)> rGO (5%) / TiO 2 (48.5 k)> rGO (20%) / TiO 2 (29.9 k)> rGO (10%) / TiO 2 (16.8 k). These results reflected the influence of the introduced rGO layer which allowed for easier electron transfer, which was presumed to have a significant effect on the ORR activity of the catalyst obtained. The somewhat higher charge transfer resistance achieved in rGO (20%) / TiO 2 could be attributed to the thicker nature of the shell as evidenced by the corresponding SEM image.

TEM에서 입증된 얇은 탄소 층 형성의 상기 평가된 샘플의 전도도에 대한 영향을 밝히기 위하여, 결과들은 상기 기술한 바와 같이 800℃ 공기 흐름 하에서 하소된 비교예 TiO2 레퍼런스와 비교되었다. 상기 레퍼런스 샘플은 현저히 더 높은 저항 값(182.4 k)을 나타내었고, 이것은 개별 TiO2 나노입자의 약한 고유의 전기 전도도를 나타내는 것이었다. 상기 결과는 단일 ORR 전기촉매로서 TiO2 적용이 별로 없음을 추가적으로 반영하는 것이었고, 따라서 본 발명의 신규함을 나타내는 것이었다. 가장 중요한 것은, 상기 rGO 및 형성된 탄소 층 둘 다의 협력 효과(cooperative effect)가 본 실시예의 가장 우수한 샘플(rGO(10%)/TiO2)에서 TiO2 전도도의 주목할 만한 11 배 향상 결과인 것으로 결론내려졌다.In order to reveal the effect on the conductivity of the evaluated samples of the proven thin carbon layer formation in TEM, the results were compared with the calcined Comparative TiO 2 reference under 800 ° C air flow as described above. The reference sample exhibited a significantly higher resistance value (182.4 k), indicating a weak inherent electrical conductivity of the individual TiO 2 nanoparticles. The above results further reflect that there is little application of TiO 2 as a single ORR electrocatalyst, thus indicating the novelty of the present invention. Most importantly, it is concluded that the cooperative effect of both the rGO and the formed carbon layer is a notable 11-fold improvement in TiO 2 conductivity in the best sample (rGO (10%) / TiO 2 ) of this example Down.

Mott-Schottky 측정이, 셀프-도핑(self-doping) 및 rGO 혼합 TiO2의 영향을 추가적으로 조사하기 위해, 5 kHz 주파수에서 모든 rGO/TiO2 및 TiO2-기반 중공 나노스피어에 대하여 추가적으로 수행되었다(도 10b). 상기 결과들과 일치하여, 대기 중에서 하소된 TiO2 샘플이 탄화에 의해 형성된 탄소 층의 영향을 조사하기 위해 추가적으로 평가되었다. 모든 샘플은 예상대로 n-타입 반도체 물질과 같은 양(positive)의 기울기를 나타내었다(도 10b). 그 값들이 하기 <식 1>에 따라 Mott-Schottky 플롯의 기울기로부터 계산되었다:Mott-Schottky measurements were additionally performed on all rGO / TiO 2 and TiO 2 -based hollow nanospheres at a frequency of 5 kHz to further investigate the effect of self-doping and rGO mixed TiO 2 ( 10b). Consistent with the above results, calcined TiO 2 samples in the atmosphere were additionally evaluated to investigate the effect of the carbon layer formed by carbonization. All samples showed the same positive slope as the n-type semiconductor material as expected (Fig. 10B). The values were calculated from the slope of the Mott-Schottky plot according to Equation 1 below:

<식 1><Formula 1>

Figure 112016126585581-pat00001
Figure 112016126585581-pat00001

e0은 전자 전하, ε은 TiO2 결정-상 조성(XRD)의 비율에 기반하여 결정된 TiO2의 유전상수(dielectric constant), ε0은 진공 유전율(permittivity), Nd는 도너(donor) 밀도, 및 V는 전극에서 인가된 바이어스이다. 계산된 전자 밀도는 rGO(10%)/TiO2 (3.5 x 1021) > rGO(5%)/TiO2 (2.7 x 1021) > rGO(20%)/TiO2 (9.3 x 1020) > TiO2 (2.1 x 1020) > TiO2 (공기) (6.2 x 1019)의 순서를 따랐다. 특히, TiO2 나노입자에서 얇은 탄소 층의 존재는 본원에서 도너 밀도를 현저히 증가시키는 중요한 역할을 수행하는 것으로 나타났다. 상기 증가된 도너 밀도는 Ti3 + 도핑 및 TiO2에서 전자 도너로서 알려진 산소 결핍의 증가를 입증하는 XPS 데이터와 일치하였다. 상기 증가된 전하-캐리어 밀도는 상기 기술한 향상된 전기 전도도 및 전극 내에서 더 우수한 전자 전하 분리를 발생시켰다.e 0 is the dielectric constant of TiO 2 determined based on the ratio of the TiO 2 crystal phase composition (XRD), ε 0 is the permittivity of vacuum, N d is the donor density , And V is the bias applied at the electrode. The calculated electron density is rGO (10%) / TiO 2 (3.5 x 10 21 )> rGO (5%) / TiO 2 (2.7 x 10 21 )> rGO (20%) / TiO 2 (9.3 x 10 20 ) TiO 2 (2.1 x 10 20 )> TiO 2 (air) (6.2 x 10 19 ). In particular, the presence of a thin carbon layer in TiO 2 nanoparticles has been shown to play an important role here in significantly increasing donor density. The increased donor density was consistent with XPS data demonstrating an increase in oxygen deficiency known as an electron donor in Ti 3 + doping and TiO 2 . The increased charge-carrier density produced the above-described improved electrical conductivity and better electron charge separation within the electrode.

(4) (4) 전기촉매적Electrocatalytic 성능 Performance

전기촉매 측정이 상기 2. 특성 분석에서 기술된 바와 같이 수행되었다. 제조된 샘플이 레퍼런스(비교예)로서 종래 촉매인 Pt/C와 편리하게 비교되었다. 상기 모든 샘플의 ORR 전기촉매 활성이 순환 전압 전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하여 유리 탄소 전극 상에 상기 활성 물질을 로딩하는 것을 통해 초기 평가되었는데, 상기 순환 전압 전류법은 O2가 포화된 0.1 M KOH 수용액에서 20 mV/s의 일정 스캔 속도에서 0 V 내지 1.2 V의 전위창(potential window)에서 수행되었다(도 11a). 상기 TiO2 및 rGO/TiO2 중공 나노스피어의 CV는 RHE 기준 0.7 V 주변에서 특유의 캐소딕(cathodic) ORR 피크를 나타내었고, 이것은 ORR에서 상기 신규 물질의 확연한 전기촉매 활성을 제시하는 것이었다. N2-포화 용액에서 상기 평가된 범위 내에서 어떠한 특징적 CV 커브도 관찰되지 않았다(도 12).Electrocatalytic measurements were performed as described in 2. Characterization. The prepared sample was conveniently compared with the conventional catalyst Pt / C as a reference (comparative example). The ORR electrocatalytic activity of all the samples was initially assessed by loading the active material onto a free carbon electrode using cyclic voltammetry (CV), which was characterized by the O 2 saturated Was performed in a potential window of 0 V to 1.2 V at a constant scan rate of 20 mV / s in 0.1 M KOH aqueous solution (FIG. 11A). The CV of the TiO 2 and rGO / TiO 2 hollow nanospheres showed a unique cathodic ORR peak around 0.7 V RHE, suggesting a distinct electrocatalytic activity of the novel material in the ORR. No characteristic CV curves were observed within the above evaluated range in N 2 -saturated solution (FIG. 12).

상기 모든 샘플의 ORR 활성이 회전 디스크 전극(rotating disk electrode, RDE) 측정에서 추가로 조사되었다. 400 rpm 내지 2500 rpm 회전 속도 범위에서 기록된, 선형 주사 전위(linear sweep voltammogram, LSV)가 회전 증가에 따른 전류 밀도 향상을 입증하였고, 이것은 상기 전극 표면에서 확산된 산소의 더 높은 이용가능성(availability)에 기인하는 것이었다(도 11c). 따라서, 더 낮은 값들에서 상기 ORR 커브는 KOH 수용액에 용해된 산소의 확산에 의한 물질 전달 제한을 나타내었다. The ORR activity of all the samples was further investigated in a rotating disk electrode (RDE) measurement. A linear sweep voltammogram (LSV), recorded in the range of 400 rpm to 2500 rpm rotational speed, demonstrated an improvement in current density with increasing rotation, which resulted in higher availability of oxygen diffused from the electrode surface, (Fig. 11C). Thus, at lower values, the ORR curve showed mass transfer limitation due to diffusion of oxygen dissolved in KOH aqueous solution.

모든 제조된 샘플에서 LSV 커브는 1,600 rpm의 고정 회전 속도에서 상세 분석하였고, 상업용 Pt/C와 비교되었다(도 11b). 상기 TiO2 샘플의 향상된 전도도에 대한 얇은 탄소 층의 존재의 영향에 따라, 결과들이 대기에서 하소된 비교예 TiO2-레퍼런스와 비교되었다. 촉매 파라미터가 하기 표 1에 간편하게 요약되었다. The LSV curve in all manufactured samples was analyzed at a fixed rotational speed of 1,600 rpm and compared with commercial Pt / C (FIG. 11B). Based on the influence of the presence of a thin carbon layer on the improved conductivity of the TiO 2 sample, the results were compared with the calcined Comparative TiO 2 -reference in the atmosphere. The catalyst parameters are summarized in Table 1 below.

<표 1><Table 1>

Figure 112016126585581-pat00002
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Pt/C가 1.01 V 값을 나타내는데 반해, rGO(10%)/TiO2 및 rGO(20%)/TiO2는 유사한 온셋 전위(onset potential) 값(0.82 V)에서 산소 환원을 나타내었다. 예상된 바와 같이, 상기 rGO/TiO2 샘플은 대기에서 하소된 비교예 TiO2-레퍼런스에서 달성된 값(0.70 V)과 비교하여 우수한 온셋 전위를 나타내었다. 유사하게, 전류의 크기가 제한 전류의 절반인 전위(본원에서 0.70 V)로서 정의되는 상기 기술한 rGO/TiO2 샘플의 ORR 반파 전위(half-wave potential)는 TiO2 레퍼런스(0.54 V)와 비교하여 현저한 향상을 나타내었다. 각각의 경우에서, 결과들은 Pt/C 샘플(0.82 V)과 비교하여 제안된 것과 같은 우수한 ORR 전기촉매 활성을 강조하였다. 상기 기술된 작동 조건 하에서 RHE 기준 0.1 V에서의 전류 밀도는 Pt/C에 의해 달성된 값(-5.4 mA/cm2)과 비교하여 rGO의 함량이 각각 5%, 10%, 및 20%로 증가함에 따라 안정하게 -4.5 mA/cm2, -5.0 mA/cm2, 및 -5.5 mA/cm2 값까지 증가될 수 있었다(표 1). 상기 결과는 본래 TiO2 물질의 ORR 성능을 증가시키기 위해 TiO2의 rGO와의 혼성화의 영향을 강조하였다.RGO (10%) / TiO 2 and rGO (20%) / TiO 2 showed oxygen reduction at similar onset potential values (0.82 V), whereas Pt / C showed a value of 1.01 V. As expected, the rGO / TiO 2 sample exhibited an excellent onset potential compared to the value (0.70 V) achieved in the calcined Comparative TiO 2 - reference in the atmosphere. Similarly, the ORR half-wave potential of the rGO / TiO 2 sample described above, where the magnitude of the current is defined as the potential (0.70 V in this case) which is one-half of the limiting current, is compared with the TiO 2 reference (0.54 V) Lt; / RTI &gt; In each case, the results emphasize good ORR electrocatalytic activity as suggested by comparison with Pt / C samples (0.82 V). Under the operating conditions described above, the current density at 0.1 V RHE is increased by 5%, 10%, and 20%, respectively, compared to the value achieved by Pt / C (-5.4 mA / cm 2 ) , It can be increased stably to -4.5 mA / cm 2 , -5.0 mA / cm 2 , and -5.5 mA / cm 2 (Table 1). The above results underscore the effect of hybridization of TiO 2 with rGO to enhance the ORR performance of the original TiO 2 material.

상기 향상된 ORR 활성은 페르미 레벨(Fermi level)의 상이함에 의존하는 인터페이스를 가로지르는 촉진된 전하 전달에서 기인될 수 있었다. 상기 Ti3 + 부위의 존재는 전자 밀도를 증가시키는 것 및 전도대를 향하여 TiO2의 페르미 레벨을 시프트 시키는 것으로 더욱 믿어졌다. 상기 페르미 레벨의 상향 시프트(upward shift)는 전극/전해질 인터페이스에서 전하 분리를 촉진하였다. 상기 형성된 TiO2 나노입자 상의 얇은 탄소 층의 형성은 방법론에서 중요한 역할을 수행하는 것임이 추가로 입증되었다(표 1). 상기 결과로 형성된 탄소-코팅 층은 TiO2의 전기촉매 특성들의 향상을 나타내었고, 더 높은 전도도 레벨, 산소 결함 및 환원된 Ti3 +의 존재를 가능하게 하였고 활성 물질 입자들 간의 접촉 저항(contact resistance)의 감소를 가져왔다. The improved ORR activity could be attributed to accelerated charge transfer across the interface depending on the difference in Fermi level. The presence of the Ti 3 + region was further believed to increase the electron density and shift the Fermi level of TiO 2 towards the conduction band. The upward shift of the Fermi level facilitated charge separation at the electrode / electrolyte interface. The formation of a thin carbon layer on the formed TiO 2 nanoparticles was further demonstrated to play an important role in the methodology (Table 1). The resultant carbon-coated layer showed an improvement in the electrocatalytic properties of TiO 2 and enabled the presence of higher conductivity levels, oxygen defects and reduced Ti 3 + , and a contact resistance between the active material particles ).

상기 동역학적 분석(kinetic analysis)은 하기 Koutecky-Levich (K-L) 식 <식 2>을 이용하여 수행되었고, 전자 전달 수(n) 및 동역학적 전류 밀도(kinetic current density, ik)를 결정하였다:The kinetic analysis was performed using Koutecky-Levich (KL) equation (2) to determine the electron transfer number (n) and the kinetic current density (i k )

<식 2><Formula 2>

Figure 112016126585581-pat00003
Figure 112016126585581-pat00003

i는 측정 전류, ik는 동역학적 전류, 및 ω는 전극 회전 속도이다. K-L 플롯이 상이한 전위(도 13)에서 다양한 회전 속도를 이용하여 전류로부터 수득되었다. ORR에서 전달된 전자의 수인, n은 하기 <식 3>에 따라 상이한 전위에서 직선의 기울기로부터 계산되었다:i is the measured current, i k is the dynamic current, and? is the electrode rotation speed. KL plots were obtained from currents using different rotational speeds at different potentials (Figure 13). The number of electrons transferred in the ORR, n, was calculated from the slope of the line at different potentials according to Equation 3 below:

<식 3><Formula 3>

Figure 112016126585581-pat00004
Figure 112016126585581-pat00004

n은 산소 분자 당 전달된 전자의 수, F는 패러데이 상수(96,485 C mol-1), CO2는 0.1 M KOH 수용액에 포화된 산소 농도(1.2 x 10- 6 mol cm-3), DO2는 산소 확산 계수(1.73 x 10-5 cm2 s-1), 및 v는 용액의 동점도(kinematic viscosity)(0.01 cm2 s-1)이다. RHE 기준 0 V 내지 0.5 V에서 K-L 플롯의 기울기로부터 계산된 상기 전달된 전자의 수(n)는 O2에서 과산화수소로의 2-전자 반응 경로를 나타내었다.n is the number of electron transfer oxygen per molecule, F is the Faraday constant (96,485 C mol -1), C O2 is the oxygen concentration of 0.1 M KOH in saturated aqueous solution (1.2 x 10 - 6 mol cm -3), D O2 is Oxygen diffusion coefficient (1.73 x 10 -5 cm 2 s -1 ), and v is the kinematic viscosity of the solution (0.01 cm 2 s -1 ). The number of transferred electrons (n) calculated from the slope of the KL plot at RHE bases 0 V to 0.5 V indicated a two-electron reaction pathway from O 2 to hydrogen peroxide.

rGO/TiO2 하이브리드 전기촉매의 더 나은 비교를 위해, 상기 ORR 활성이 O2-포화 0.1 M KOH 수용액에서 낮은 과전압의 Tafel 기울기에 따라 추가로 조사되었다(도 11d). 0.80 V 내지 0.85 V 범위에서 E 대 log(-i) 커브는 전위에 따라 반응 메커니즘에서 다소 유사한 변화를 나타내었다. rGO(10%)/TiO2는 조사된 작동 조건 하에서 rGO(5%)/TiO2(114 mV/dec) 및 rGO(20%)/TiO2(73 mV/dec)와 비교하여 더 작은 Tafel 기울기(66 mV/dec)를 나타내었다. CV 및 RDE 측정에 기초하여, rGO/TiO2 샘플은 TiO2보다 더 큰 양(positive)의 ORR 온셋 전위 및 더 큰 양의 반파 전위를 갖는 매우 우수한 ORR 촉매 활성을 나타내었고, 이것은 rGO 혼성이 TiO2의 ORR 촉매 활성을 더욱 향상시킴을 나타내는 것이었다. 상기 제조된 샘플에서 rGO 농도 영향의 평가는 모든 샘플 중에서 rGO(10%)/TiO2의 더 높은 ORR 전기촉매 활성을 제시하였다.For better comparison of rGO / TiO 2 hybrid electrocatalysts, the ORR activity was further investigated according to the Tafel slope of low overvoltage in O 2 -saturated 0.1 M KOH aqueous solution (FIG. 11 d). The E versus log (- i ) curves in the 0.80 V to 0.85 V range showed somewhat similar changes in the reaction mechanism with potentials. rGO (10%) / TiO 2 has a smaller Tafel slope compared to rGO (5%) / TiO 2 (114 mV / dec) and rGO (20%) / TiO 2 (73 mV / dec) (66 mV / dec). Based on the CV and RDE measurements, the rGO / TiO 2 sample exhibited a very good ORR catalytic activity with a greater positive ORR onset potential and a larger positive half-wave potential than TiO 2 , 2 &lt; / RTI &gt; catalyst activity. The evaluation of the effect of rGO concentration in the prepared samples showed a higher ORR electrocatalytic activity of rGO (10%) / TiO 2 in all samples.

전기화학적으로 접근 가능한 표면적 향상의 영향을 평가하기 위해, rGO(10%)/TiO2 하이브리드가 PS 템플레이트의 사용 없이 동일한 합성 조건 하에서 추가로 제조되었다. 상기 결과로 제조된 rGO(10%)/TiO2 구조는 대응하는 중공 나노스피어와 비교하여 현저히 낮은 전기촉매 활성을 나타내었고, 이것은 ORR 활성에서 상기 물질들의 모폴로지의 영향을 분명히 보여주는 것이었다. 따라서, 상기 형성된 탄소-코팅 층을 제외하고, Ti3 +-도핑 및 rGO 혼성, 상기 전극과 상기 전해액(KOH) 사이의 더 큰 접촉 면적, 및 더 많은 활성 부위 수는 더 높은 ORR 활성에 기여하는 것으로 믿어졌다.To evaluate the effect of electrochemically accessible surface area enhancement, rGO (10%) / TiO 2 hybrids were additionally prepared under the same synthesis conditions without the use of PS templates. The resulting rGO (10%) / TiO 2 structure exhibited significantly lower electrocatalytic activity as compared to the corresponding hollow nanospheres, which clearly demonstrated the effect of the morphology of these materials on ORR activity. Thus, except for the formed carbon-coated layer, Ti 3 + -doped and rGO hybrid, the larger contact area between the electrode and the electrolyte (KOH), and the greater number of active sites contribute to higher ORR activity .

본원에서 기술된 상기 샘플들의 적용가능성을 평가하기 위해, 내구성 및 메탄올 내성이 추가로 평가되었다. 상기 rGO/TiO2 중공 나노스피어의 내구성이 RHE 기준 0.5 V에서, 20,000 초 동안 O2에 포화된 KOH(0.1 M)에서 1,600 rpm에서 측정되었다. 더 높은 상대 전류 값이 본원의 신규한 rGO/TiO2 하이브리드 샘플에서 측정되었고, 이것은 종래 Pt/C 샘플과 비교하여 뛰어난 안정성을 강조하는 것이었다(도 14a). 중공 나노스피어로서 본원의 신규한 물질의 독특한 디자인은 rGO/TiO2의 내구성을 증가시키는데 중대한 역할을 할 것으로 믿어졌고, 이것은 전극과 전해액 사이의 더 높은 접촉 면적 및 ORR에서 더 많은 활성 부위를 제공한다. rGO/TiO2 중공 나노스피어는 상기 기술한 작동 조건 하에서 시간 대 전류 응답(chronoamperometric response)을 통한 메탄올 크로스오버(methanol crossover)를 위해 추가적으로 시험되었다(도 14b). 전해액 용액 내로 메탄올(3 wt.%)의 첨가에 따라, 상기 Pt/C 촉매는 성능에 있어서 급격한 감소를 나타내었고, 이것은 종래 ORR 촉매로서 Pt/C의 긴 사이클 성능에서 중요한 결점 중 하나를 강조하는 것이었다. 반면, rGO(5%) 및 rGO(10%)/TiO2 중공 나노스피어는 안정한 전류측정 응답(amperometric response)을 나타내었다. 본원에서 강조된 상기 뛰어난 메탄올 내성은 상기 중공 나노스피어 및 특히, 본원에서 가장 뛰어난 rGO(5%)/TiO2 샘플의 유망한 적용가능성을 더욱 강조하는 것이었다. 그러나, rGO(20%)/TiO2에서 달성된 상기 제안된 결과는, rGO 함량의 연속적인 증가가 더 낮은 메탄올 내성의 결과를 나타낼 것으로 예상되었다.To assess the applicability of the samples described herein, durability and methanol tolerance were further assessed. The durability of the rGO / TiO 2 hollow nanospheres was measured at 1,600 rpm in KOH (0.1 M) saturated with O 2 for 20,000 seconds at 0.5 V RHE. Higher relative current values were measured in the novel rGO / TiO 2 hybrid samples of the present invention, which emphasized excellent stability compared to conventional Pt / C samples (FIG. 14A). The unique design of the novel materials herein as hollow nanospheres was believed to play a significant role in increasing the durability of rGO / TiO 2 , which provides a higher contact area between the electrode and the electrolyte and more active sites in the ORR . The rGO / TiO 2 hollow nanospheres were additionally tested for methanol crossover via chronoamperometric response under the operating conditions described above (FIG. 14b). With the addition of methanol (3 wt.%) Into the electrolyte solution, the Pt / C catalyst exhibited a drastic reduction in performance, highlighting one of the major drawbacks in the long cycle performance of Pt / C as a conventional ORR catalyst . On the other hand, rGO (5%) and rGO (10%) / TiO 2 hollow nanospheres showed stable amperometric response. The outstanding methanol tolerance highlighted herein was to further emphasize the promising applicability of the hollow nanospheres and in particular the rGO (5%) / TiO 2 sample, which is the best here. However, the above proposed results achieved in rGO (20%) / TiO 2 were expected to result in lower methanol tolerance with successive increases in rGO content.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (25)

중공 복합체로서,
상기 중공 복합체는 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 쉘(shell)을 포함하며,
상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프-도핑(self-doping)되어 있고,
상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면은 탄소를 포함하는 것이고,
상기 하이브리드의 금속 산화물 및 탄소 구조체는 혼성화되어 있는 것이며,
상기 탄소 구조체는 환원된 그래핀 옥사이드(rGO), 그래핀, 그래파이트, 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소 나노혼(carbon nanohorn), 증기-성장형 탄소 섬유 및 탄소 나노섬유(vapor-grown carbon fiber and carbon nanofiber), 합성 탄소원(synthetic carbon sources), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 탄소 구조체를 포함하는 것인,
중공 복합체.
As the hollow composite,
Wherein the hollow composite comprises a shell comprising a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure,
Wherein the hybrid is self-doped by a metal element contained in the metal oxide,
Wherein the inner surface of the shell of the hollow composite comprises carbon,
The metal oxide and the carbon structure of the hybrid are hybridized,
The carbon structure may be selected from the group consisting of reduced graphene oxide (rGO), graphene, graphite, single wall carbon nanotubes, multiwall carbon nanotubes, carbon nanohorns, vapor- grown carbon fibers and carbon nanofibers, synthetic carbon sources, and combinations thereof. &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Hollow composite.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 산화물은 반도체 산화물을 포함하는 것인, 중공 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide comprises a semiconductor oxide.
제 2 항에 있어서,
상기 반도체 산화물은 TiO2, SnO2, ZnO, VO2, In2O3, NiO, MoO3, SrTiO3, Fe-도핑된 SrTiO3, Fe2O3, WO3, CuO, 및 BiVO4로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 반도체 산화물을 포함하는 것인, 중공 복합체.
3. The method of claim 2,
The semiconductor oxide is made of a TiO 2, SnO 2, ZnO, VO 2, In 2 O 3, NiO, MoO 3, SrTiO 3, Fe- doped SrTiO 3, Fe 2 O 3, WO 3, CuO, and BiVO 4 &Lt; / RTI &gt; and at least one semiconductor oxide selected from the group consisting of silicon oxides.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 금속 원소는 상기 금속 산화물에 함유된 금속 양이온보다 환원된 상태인 것인, 중공 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the metal element is in a state more reduced than the metal cation contained in the metal oxide.
제 1 항에 있어서,
상기 중공 복합체의 크기는 50 nm 내지 5,000 nm 범위인, 중공 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the size of the hollow composite is in the range of 50 nm to 5,000 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 중공 복합체의 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량은 1 중량부 내지 20 중량부인, 중공 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon structure content is from 1 part by weight to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the hollow composite.
제 1 항에 있어서,
상기 중공 복합체의 전하 전달 저항(charge transfer resistance)은 10 Ω 내지 200 kΩ인, 중공 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the hollow composite has a charge transfer resistance of 10 OMEGA to 200 k [Omega].
금속 산화물용 전구체와 탄소 구조체용 전구체를 함유하는 혼합 용액을 이용하여 고분자 코어를 코팅하여 상기 고분자 코어 입자에 상기 전구체들이 코팅된 코어-쉘 복합체를 형성하고, 및
상기 코어-쉘 복합체를 제 1 하소시켜 중공 복합체를 수득하는 것
을 포함하고,
상기 중공 복합체의 쉘(shell)은 금속 산화물 및 탄소 구조체를 포함하는 하이브리드를 포함하는 것이고,
상기 하이브리드는 상기 금속 산화물에 포함된 금속 원소에 의해 셀프-도핑(self-doping)되어 있는 것이고,
상기 제 1 하소는,
제 1 온도에서 상기 코어-쉘 복합체를 가열하여 상기 고분자 코어 입자를 탄화시켜 제거하여 상기 중공 복합체를 수득하는 것을 포함하는 것인,
중공 복합체의 제조 방법.
Coating a polymer core with a mixed solution containing a precursor for a metal oxide and a precursor for a carbon structure to form a core-shell composite in which the precursor is coated on the polymer core particle; and
First calcining the core-shell composite to obtain a hollow composite
/ RTI &gt;
Wherein the shell of the hollow composite comprises a hybrid comprising a metal oxide and a carbon structure,
The hybrid is self-doped by a metal element contained in the metal oxide,
The first calcination may be carried out,
Heating the core-shell composite at a first temperature to carbonize and remove the polymer core particles to obtain the hollow composite.
/ RTI &gt;
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 하소에 의하여,
상기 코어-쉘 복합체의 상기 고분자 코어 입자가 탄화되어 제거되며, 상기 중공 복합체의 쉘의 내부 표면은 상기 코어-쉘 복합체의 쉘의 내부 표면에 접촉된 상기 고분자 코어 입자의 표면 작용기의 탄화에 의해 형성된 탄소를 포함하고, 상기 금속 산화물의 금속 양이온의 적어도 일부가 환원되어 상기 하이브리드를 셀프-도핑하는 상기 금속 원소를 형성하는 것인,
중공 복합체의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
By the first calcination,
Wherein the polymer core particles of the core-shell composite are carbonized and removed and the inner surface of the shell of the hollow composite is formed by the carbonization of the surface functional groups of the polymer core particles in contact with the inner surface of the shell of the core- Carbon, wherein at least a portion of the metal cations of the metal oxide are reduced to form the metal element self-doping the hybrid.
/ RTI &gt;
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 하소에서 수득된 상기 중공 복합체를 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도에서 가열하여 상기 하이브리드에 포함된 상기 금속 산화물을 결정화시키는 것을 포함하는 제 2 하소 단계를 추가 포함하는, 중공 복합체의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Heating the hollow composite obtained in the first calcination at a second temperature higher than the first temperature to crystallize the metal oxide contained in the hybrid. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI & Way.
제 9 항에 있어서,
상기 금속 산화물은 반도체 산화물을 포함하는 것인, 중공 복합체의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the metal oxide comprises a semiconductor oxide.
제 12 항에 있어서,
상기 반도체 산화물은 TiO2, SnO2, ZnO, VO2, In2O3, NiO, MoO3, SrTiO3, Fe-도핑된 SrTiO3, Fe2O3, WO3, CuO, 및 BiVO4로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 반도체 산화물을 포함하는 것인, 중공 복합체의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The semiconductor oxide is made of a TiO 2, SnO 2, ZnO, VO 2, In 2 O 3, NiO, MoO 3, SrTiO 3, Fe- doped SrTiO 3, Fe 2 O 3, WO 3, CuO, and BiVO 4 Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1, &lt; / RTI &gt; and one or more semiconductor oxides selected from the group.
제 9 항에 있어서,
상기 탄소 구조체는 환원된 그래핀 옥사이드(rGO), 그래핀, 그래파이트, 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 탄소 나노혼(carbon nanohorn), 증기-성장형 탄소 섬유 및 탄소 나노섬유(vapor-grown carbon fiber and carbon nanofiber), 합성 탄소원(synthetic carbon sources), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 탄소 구조체를 포함하는 것인, 중공 복합체의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The carbon structure may be selected from the group consisting of reduced graphene oxide (rGO), graphene, graphite, single wall carbon nanotubes, multiwall carbon nanotubes, carbon nanohorns, vapor- grown carbon fibers and carbon nanofibers, synthetic carbon sources, and combinations thereof. &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제 9 항에 있어서,
상기 중공 복합체의 크기는 50 nm 내지 5,000 nm 범위인, 중공 복합체의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the size of the hollow composite is in the range of 50 nm to 5,000 nm.
제 9 항에 있어서,
상기 중공 복합체의 100 중량부에 대하여 상기 탄소 구조체의 함량은 1 중량부 내지 20 중량부인, 중공 복합체의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the content of the carbon structure is from 1 part by weight to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the hollow composite.
제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 중공 복합체를 포함하는, 전기촉매(electrocatalyst).
An electrocatalyst comprising a hollow composite according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 8.
제 17 항에 있어서,
상기 전기촉매는 산소 환원 반응용인 것인, 전기촉매.
18. The method of claim 17,
Wherein the electrocatalyst is for an oxygen reduction reaction.
제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 중공 복합체를 포함하는, 전극.
An electrode, comprising a hollow composite according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 8.
제 19 항에 있어서,
상기 전극은 산소 환원 반응용인 것인, 전극.
20. The method of claim 19,
Wherein the electrode is for an oxygen reduction reaction.
제 19 항에 따른 전극을 포함하는, 전지.
20. A battery comprising an electrode according to claim 19.
제 21 항에 있어서, 상기 전지는 연료 전지 또는 이차 전지인 것인, 전지.
The battery according to claim 21, wherein the battery is a fuel cell or a secondary battery.
제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 중공 복합체를 포함하는, 전자 잉크.
An electronic ink comprising a hollow composite according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 8.
제 23 항에 따른 전자 잉크를 포함하는, 전자 종이.
An electronic paper comprising the electronic ink according to claim 23.
제 23 항에 따른 전자 잉크를 포함하는, 디스플레이 디바이스.25. A display device comprising electronic ink according to claim 23.
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