KR102353597B1 - electrode material comprising metal-organic unimolecular and Mxene, Preparing method of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전극소재는 말단기가 구비된 맥신(MXene) 층; 상술한 맥신(MXene) 층의 말단기 사이에 층간 삽입된 금속-유기 단분자를 포함한다. 이때, 상술한 맥신 층은 하기 화학식 1로 표현되는 단위 맥신(Unit MXene)의 적층체일 수 있다.
[화학식 1]
Mn+1XnTx
상술한 화학식 1에서,
M은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 스칸듐(Sc), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 또는 이들의 조합에서 선택되는 전이금속(transition metal)이며,
X는 탄소(C), 질소(N) 또는 이들의 조합이며,
n은 1 내지 3의 정수이며,
Tx는 단위 맥신의 말단기로서, 산소(O), 히드로사이드(OH), 에폭사이드, 탄소수 1-5의 알콕사이드, 플루오라이드(F), 클로라이드(Cl), 브로마이드(Br), 아이오다이드(I), 또는 이들의 조합이다.
The electrode material according to the present invention includes a maxine (MXene) layer having a terminal group; and a metal-organic monomolecule intercalated between the terminal groups of the aforementioned MXene layer. In this case, the above-mentioned maxine layer may be a laminate of unit maxine (Unit MXene) represented by the following formula (1).
[Formula 1]
M n+1 X n T x
In the above-mentioned formula 1,
M is titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), scandium (Sc), molybdenum (Mo), niobium (Nb) , is a transition metal selected from tantalum (Ta) or a combination thereof,
X is carbon (C), nitrogen (N), or a combination thereof,
n is an integer from 1 to 3,
T x is a terminal group of the unit maxine, oxygen (O), hydroside (OH), epoxide, alkoxide having 1-5 carbon atoms, fluoride (F), chloride (Cl), bromide (Br), iodide (I), or a combination thereof.

Description

금속-유기 단분자 및 맥신을 함유하는 전극소재, 이의 제조방법{electrode material comprising metal-organic unimolecular and Mxene, Preparing method of the same}Electrode material comprising metal-organic monomolecules and maxine, and manufacturing method thereof

본 발명은 전극소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 금속-유기 단분자에 의해 층간 거리가 증가된 맥신을 함유하는 전극소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode material and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an electrode material containing maxine having an increased interlayer distance by a metal-organic single molecule and a method for manufacturing the same.

그래핀(graphene)은 벌집 모양 구조의 탄소 원자들로 이루어진 단일 원자층 물질로서, 매우 높은 전기전도도, 기계적 강도 등의 뛰어난 물리적 특성 때문에 전자소재, 광전자소재, 에너지 생성 및 저장, 화학센서, 생리학적 응용소자의 전극소재로서 가장 많이 연구되고 있다. 그러나, 경제적이고 일관성 있는 고품질의 그래핀을 대량 합성하기에는 많은 어려움이 있어, 산업적 응용도가 낮다. 이에, 그래핀과 유사한 이차원 물질들에 관한 연구가 활발히 수행되고 있다.Graphene is a single atomic layer material composed of carbon atoms having a honeycomb structure. Because of its excellent physical properties such as very high electrical conductivity and mechanical strength, graphene is an electronic material, optoelectronic material, energy generation and storage, chemical sensor, physiological It is the most studied as an electrode material for applied devices. However, there are many difficulties in mass synthesizing high-quality graphene that is economical and consistent, and the degree of industrial application is low. Accordingly, studies on two-dimensional materials similar to graphene are being actively conducted.

이차원 물질 중 하나인, 맥신(MXene)은 그래핀과 유사한 기계적 강도와 전기전도성을 가지면서도, 용액 공정 적용이 가능하여 대량 생산할 수 있다는 장점이 있어, 그래핀을 대체할 수 있는 전극소재로서 크게 주목받고 있다. 그러나, 맥신에 포함되는 전이금속은 수계 전해질 내에서 전이금속 산화물을 쉽게 형성하여 전기 활성이 저하되는 단점이 있다. 따라서, 맥신를 포함하는 전극소재를 상용화하기 위해서는, 맥신에 포함되는 전이금속의 산화를 효율적으로 방지할 수 있는 기술이 선행되어야 한다.MXene, one of the two-dimensional materials, has the mechanical strength and electrical conductivity similar to that of graphene, but has the advantage of being able to apply a solution process and thus can be mass-produced. are receiving However, the transition metal included in Maxine easily forms a transition metal oxide in an aqueous electrolyte, so that electrical activity is deteriorated. Therefore, in order to commercialize an electrode material including maxine, a technology capable of effectively preventing the oxidation of transition metal contained in maxine should be preceded.

대한민국 공개특허공보 제10-2020-0052597호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0052597

본 발명은 전극소재의 산화를 방지하면서도 향상된 전기 활성을 가져, 높은 축전용량을 제공할 수 있는 전극소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electrode material capable of providing a high capacitance by preventing oxidation of the electrode material and having improved electrical activity, and a method for manufacturing the same.

본 발명은 말단기가 구비된 맥신(MXene) 층; 상술한 맥신(MXene) 층의 말단기 사이에 층간 삽입된 금속-유기 단분자를 포함하는 전극소재를 포함한다. 이때, 상술한 맥신 층은 하기 화학식 1로 표현되는 단위 맥신(Unit MXene)의 적층체일 수 있다. The present invention is a maxine (MXene) layer with end groups; It includes an electrode material including a metal-organic monomolecule intercalated between the terminal groups of the aforementioned MXene layer. In this case, the above-mentioned maxine layer may be a laminate of unit maxine (Unit MXene) represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Mn+1XnTx M n+1 X n T x

상술한 화학식 1에서,In the above-mentioned formula 1,

M은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 스칸듐(Sc), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 또는 이들의 조합에서 선택되는 전이금속(transition metal)이며, M is titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), scandium (Sc), molybdenum (Mo), niobium (Nb) , is a transition metal selected from tantalum (Ta) or a combination thereof,

X는 탄소(C), 질소(N) 또는 이들의 조합이며, X is carbon (C), nitrogen (N), or a combination thereof,

n은 1 내지 3의 정수이며, n is an integer from 1 to 3,

Tx는 단위 맥신의 말단기로서, 산소(O), 히드로사이드(OH), 에폭사이드, 탄소수 1-5의 알콕사이드, 플루오라이드(F), 클로라이드(Cl), 브로마이드(Br), 아이오다이드(I), 또는 이들의 조합이다.T x is a terminal group of the unit maxine, oxygen (O), hydroside (OH), epoxide, alkoxide having 1-5 carbon atoms, fluoride (F), chloride (Cl), bromide (Br), iodide (I), or a combination thereof.

본 발명의 일 양태에 따른 전극소재의 층간 거리(d-spacing)는 CuKα선을 이용한 X선 회절 분석 패턴 상 (002)면의 피크로부터 산출된 것으로, 하기 식 1을 만족할 수 있다. The interlayer distance (d-spacing) of the electrode material according to an aspect of the present invention is calculated from the peak of the (002) plane on the X-ray diffraction pattern using CuKα ray, and may satisfy Equation 1 below.

(식 1)(Equation 1)

Figure 112020060081629-pat00001
Figure 112020060081629-pat00001

(식 1에서, D1은 금속-유기 단분자가 층간 삽입되기 전 맥신 층의 층간 거리이고, D2는 금속-유기 단분자가 층간 삽입된 맥신 층의 층간 거리이다.)(In Equation 1, D 1 is the interlayer distance of the maxine layer before the metal-organic monomolecules are intercalated, and D 2 is the interlayer distance of the maxine layer in which the metal-organic monomolecules are intercalated.)

본 발명의 일 양태에 따른 전극소재에 있어서, 상술한 전극소재 맥신 층 : 금속-유기 단분자의 중량비는 1 : 0.05 내지 2일 수 있다.In the electrode material according to an aspect of the present invention, the above-described electrode material maxine layer: metal-organic monomolecular weight ratio of 1: 0.05 to 2 may be.

본 발명의 일 양태에 따른 전극소재에 있어서, 상술한 금속-유기 단분자의 유기 단분자는 아민기를 포함할 수 있다.In the electrode material according to an aspect of the present invention, the above-described metal-organic monomolecular organic monomolecule may include an amine group.

본 발명의 일 양태에 따른 전극소재에 있어서, 상술한 금속-유기 단분자의 금속은 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 아연(Zn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 로듐 (Rh), 팔라듐 (Pd), 루테늄(Ru) 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다.In the electrode material according to an aspect of the present invention, the above-described metal-organic monomolecular metal is silver (Ag), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni), zinc (Zn), cobalt (Co), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), ruthenium (Ru) or these can be selected from a combination of

또한, 본 발명은 상술한 전극소재를 함유하는 에너지 저장 소자를 포함한다.In addition, the present invention includes an energy storage device containing the above-described electrode material.

나아가, 본 발명은 상술한 전극소재의 제조방법을 포함한다.Furthermore, the present invention includes a method for manufacturing the electrode material described above.

상세하게, 본 발명의 일 양태에 따른 전극소재의 제조방법은 금속 전구체, 아민기를 포함하는 유기 단분자, 맥신(Mxene) 층 및 용매를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합단계의 혼합물에 환원제를 첨가 후 열처리하는 단계;를 포함한다.In detail, the method of manufacturing an electrode material according to an aspect of the present invention comprises the steps of mixing a metal precursor, an organic single molecule containing an amine group, a maxine layer, and a solvent; and heat-treating after adding a reducing agent to the mixture of the mixing step.

본 발명의 일 양태에 따른 전극소재의 제조방법에 있어서, 상술한 맥신 층 : 금속 전구체 : 아민기를 포함하는 유기 단분자의 중량비는 1 : 0.03 내지 0.3 : 0.01 내지 0.05일 수 있다.In the method for manufacturing an electrode material according to an aspect of the present invention, the above-described maxine layer: metal precursor: the weight ratio of the organic monomer containing an amine group may be 1: 0.03 to 0.3: 0.01 to 0.05.

본 발명의 일 양태에 따른 전극소재의 제조방법에 있어서, 상술한 금속 전구체는 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 아연(Zn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 로듐 (Rh), 팔라듐 (Pd), 루테늄(Ru) 또는 이들의 조합에서 선택되는 금속의 할로겐염, 인산염, 질산염, 황산염, 암모늄염, 아세트산염 및 탄산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In the method of manufacturing an electrode material according to an aspect of the present invention, the above-described metal precursor is silver (Ag), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au) ), nickel (Ni), zinc (Zn), cobalt (Co), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), ruthenium (Ru), or combinations thereof It may include at least one selected from the group consisting of halogen salts, phosphates, nitrates, sulfates, ammonium salts, acetates and carbonates of a metal selected from

본 발명의 일 양태에 따른 전극소재의 제조방법에 있어서, 상술한 아민기를 포함하는 유기 단분자는 하기 화학식 2로 표현되는 유기 단분자 또는 이들의 염인일 수 있다.In the method for manufacturing an electrode material according to an aspect of the present invention, the organic monomolecules including the above-described amine group may be organic monomolecules represented by the following Chemical Formula 2 or salts thereof.

[화학식 2][Formula 2]

Ar-[NH2]n Ar-[NH 2 ] n

상기 화학식 2에서,In Formula 2,

Ar은 C6 내지 C30의 아릴, 구체적으로 C6 내지 C12의 아릴, 보다 구체적으로 페닐, 나프틸 또는 이들의 조합이며,Ar is C6 to C30 aryl, specifically C6 to C12 aryl, more specifically phenyl, naphthyl, or a combination thereof;

n은 Ar의 치환기수에 해당하는 정수, 구체적으로 4이상의 정수이다.n is an integer corresponding to the number of substituents in Ar, specifically, an integer of 4 or more.

본 발명의 일 양태에 따른 전극소재의 제조방법에 있어서, 상술한 환원제는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 하이드라진(N2H4), 요오드화수소(HI), 황화수소(H2S), 디메틸하이드라진, 하이드로퀴논, 황산(H2SO4), 알루미늄 분말 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.In the method of manufacturing an electrode material according to an aspect of the present invention, the above-described reducing agent is sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), sodium borohydride (NaBH 4 ), hydrazine (N 2 H 4 ), hydrogen iodide (HI), hydrogen sulfide (H 2 S), dimethylhydrazine, hydroquinone, sulfuric acid (H 2 SO 4 ), aluminum powder, and combinations thereof may be selected from the group consisting of.

본 발명의 일 양태에 따른 전극소재의 제조방법에 있어서, 상술한 용매는 포름아마이드(FA), N-메틸포름아마이드(NMFA), N,N-디메틸포름아마이드(DMF), 아세트아마이드(AA), N-메틸아세트아마이드(NMAA), N-디메틸아세트아마이드(DMA), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸설폭사이드(DMSO), 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate)또는 이들의 혼합물일 수 있다.In the method of manufacturing an electrode material according to an aspect of the present invention, the above-described solvent is formamide (FA), N-methylformamide (NMFA), N,N-dimethylformamide (DMF), acetamide (AA) , N-methylacetamide (NMAA), N-dimethylacetamide (DMA), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), propylene carbonate (Propylene carbonate), or a mixture thereof.

본 발명의 일 양태에 따른 전극소재의 제조방법에 있어서, 상술한 열처리는 15 내지 150 ℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.In the method of manufacturing an electrode material according to an aspect of the present invention, the above-described heat treatment may be performed in a temperature range of 15 to 150 °C.

본 발명에 따른 전극소재는 금속-유기 단분자에 의해 층간 거리가 증가된 맥신을 함유함으로써, 향상된 전기 전도성을 가질 수 있어, 현저하게 향상된 축전용량을 가지는 에너지 저장 소자를 제공하는 효과가 있다.The electrode material according to the present invention contains maxine having an increased interlayer distance by a metal-organic monomolecule, and thus can have improved electrical conductivity, thereby providing an energy storage device having a remarkably improved capacitance.

도 1은 본 발명에 따른 전극소재의 물성을 X선 광전자 분광법(XPS)으로 분석한 결과이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극소재의 미세구조를 나타내는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 전극소재의 X선 회절 분석(XRD) 결과이다.
도 4는 본 발명에 따른 전극소재를 전극으로 이용한 커패시터의 순환전압전류곡선을 나타내는 그래프이다.
1 is a result of analyzing the physical properties of an electrode material according to the present invention by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
2 is a scanning electron microscope (SEM) image showing the microstructure of the electrode material according to the present invention.
3 is an X-ray diffraction analysis (XRD) result of the electrode material according to the present invention.
4 is a graph showing a cyclic voltage and current curve of a capacitor using the electrode material according to the present invention as an electrode.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 전극소재 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미한다.Hereinafter, an electrode material and a manufacturing method thereof of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the technical field to which this invention belongs, and the summary of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted. Also, the singular forms used in the specification and appended claims may also be intended to include the plural forms unless the context specifically dictates otherwise. In this specification and the appended claims, the units used without special mention are based on weight, and in one example, the unit of % or ratio means weight % or weight ratio.

본 발명은 말단기가 구비된 맥신(MXene) 층; 상술한 맥신 층의 말단기 사이에 층간 삽입된 금속-유기 단분자를 포함하는 전극소재를 포함한다. 상세하게, 본 발명에 따른 전극소재는 금속-유기 단분자에 의해 증가된 층간 거리(d-spacing)를 가지는 맥신 층을 포함할 수 있다. 이러한 금속-유기 단분자에 의해 증가된 층간 거리를 가지는 맥신 층을 함유하는 전극소재를 커패시터 등 에너지 저장 소자의 전극으로 활용 시, 전극소재의 산화를 방지할 수 있음에 따라, 우수한 전기활성을 제공할 수 있어 현저하게 증가된 축전 용량을 가질 수 있어 좋다.The present invention is a maxine (MXene) layer with end groups; It includes an electrode material including a metal-organic monomolecule intercalated between the terminal groups of the maxine layer described above. In detail, the electrode material according to the present invention may include a maxine layer having an increased interlayer distance (d-spacing) by metal-organic monomolecules. When an electrode material containing a maxine layer having an increased interlayer distance by such metal-organic monomolecules is used as an electrode of an energy storage device such as a capacitor, oxidation of the electrode material can be prevented, thereby providing excellent electrical activity It is good that it can have a significantly increased storage capacity.

이때, 상술한 맥신 층은 하기 화학식 1로 표현되는 단위 맥신(Unit MXene)의 적층체일 수 있다. In this case, the above-mentioned maxine layer may be a laminate of unit maxine (Unit MXene) represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Mn+1XnTx M n+1 X n T x

상술한 화학식 1에서,In the above-mentioned formula 1,

M은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 스칸듐(Sc), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 또는 이들의 조합에서 선택되는 전이금속(transition metal)이며, M is titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), scandium (Sc), molybdenum (Mo), niobium (Nb) , is a transition metal selected from tantalum (Ta) or a combination thereof,

X는 탄소(C), 질소(N) 또는 이들의 조합이며, X is carbon (C), nitrogen (N), or a combination thereof,

n은 1 이상의 정수, 구체적으로 1 내지 3의 정수이며, n is an integer of 1 or more, specifically an integer of 1 to 3,

Tx는 단위 맥신의 전이금속 M과 결합한 말단기로서, 산소(O), 히드로사이드(OH), 에폭사이드, 탄소수 1-5의 알콕사이드, 플루오라이드(F), 클로라이드(Cl), 브로마이드(Br), 아이오다이드(I), 또는 이들의 조합이다.T x is a terminal group bonded to the transition metal M of the unit maxine, oxygen (O), hydroside (OH), epoxide, alkoxide having 1-5 carbon atoms, fluoride (F), chloride (Cl), bromide (Br) ), iodide (I), or a combination thereof.

즉, 본 발명의 일 양태에 따른 맥신 층은 Mn+1XnTx 구조의 단위 맥신(Unit MXene)이 적어도 10층 이상, 구체적으로 10 내지 500층으로 적층된 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, Mn+1XnTx 구조의 단위 맥신이 적어도 10개 이상 적층된 적층체이면 족하다.That is, the maxine layer according to an aspect of the present invention may be one in which the unit maxine (Unit MXene) of the M n+1 X n T x structure is laminated in at least 10 layers, specifically 10 to 500 layers, but the present invention However, the present invention is not limited thereto, and a laminate in which at least 10 units of the maxine of the M n+1 X n T x structure are stacked is sufficient.

비한정적일 일예에 있어, 상술한 단위 맥신은 Ti2CTx, (Ti0.5,Nb0.5)2CTx, Sc2CTx, V2CTx, Nb2CTx, Mo2CTx, Ti3C2Tx, Ti3CNTx, Zr3C2Tx, Hf3C2Tx, Ti4N3Tx, Nb4C3Tx, Ta4C3Tx, Mo2TiC2Tx, Cr2TiC2Tx 및 Mo2Ti2C3Tx에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 이차원 전이금속 질화물 또는 이차원 전이금속 탄화물이면 족하다.In one non-limiting example, the above-described unit maxin is Ti 2 CT x , (Ti 0.5 , Nb 0.5 ) 2 CT x , Sc 2 CT x , V 2 CT x , Nb 2 CT x , Mo 2 CT x , Ti 3 C 2 T x , Ti 3 CNT x , Zr 3 C 2 T x , Hf 3 C 2 T x , Ti 4 N 3 T x , Nb 4 C 3 T x , Ta 4 C 3 T x , Mo 2 TiC 2 T x , Cr 2 TiC 2 T x and Mo 2 Ti 2 C 3 T x It may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto, and a two-dimensional transition metal nitride or a two-dimensional transition metal carbide is sufficient.

비한정적일 일예에 있어, 상술한 맥신 층의 직경은 50 nm 내지 20 μm, 구체적으로 100 nm 내지 10 μm일 수 있으며, 맥신 층의 두께는 0.1 내지 10 nm, 구체적으로 0.5 내지 5 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In a non-limiting example, the diameter of the maxine layer described above may be 50 nm to 20 μm, specifically 100 nm to 10 μm, and the thickness of the maxine layer may be 0.1 to 10 nm, specifically 0.5 to 5 nm, but , but is not limited thereto.

일 구체예에 있어, 본 발명에 따른 전극소재에 함유되는 금속-유기 단분자는 금속과 유기 단분자가 배위 결합된 복합체일 수 있다.In one embodiment, the metal-organic single molecule contained in the electrode material according to the present invention may be a complex in which a metal and an organic single molecule are coordinated.

일 구체예에 있어, 상술한 유기 단분자는 하기 화학식 2로 표현되는 유기 단분자 또는 이들의 염일 수 있다. 이때, 상술한 염은 산염일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the above-described organic monomolecules may be organic monomolecules represented by the following Chemical Formula 2 or salts thereof. In this case, the above-mentioned salt may be an acid salt, but is not limited thereto.

[화학식 2][Formula 2]

Ar-[NH2]n Ar-[NH 2 ] n

상술한 화학식 2에서,In the above-mentioned formula 2,

Ar은 C6 내지 C30의 아릴, 구체적으로 C6 내지 C12의 아릴, 보다 구체적으로 페닐, 나프틸 또는 이들의 조합이며,Ar is C6 to C30 aryl, specifically C6 to C12 aryl, more specifically phenyl, naphthyl, or a combination thereof;

n은 Ar의 치환기수에 해당하는 정수, 구체적으로 4이상의 정수이다.n is an integer corresponding to the number of substituents in Ar, specifically, an integer of 4 or more.

이때, 상술한 유기 단분자의 중심 유기 분자인 Ar은 상술한 아민기의 질소를 배위 원자로 포함하되, 적어도 2개 이상의 배위 원자를 동일 평면 상으로 가지는 것일 수 있다.In this case, Ar, which is the central organic molecule of the above-described organic monomolecule, may include nitrogen of the above-described amine group as a coordination atom, but may have at least two or more coordination atoms on the same plane.

비한정적인 일예로, 상술한 유기 단분자는 1,2,4,5-Benzenetetramine tetrahydrochloride(BTA), 1,2,4,5-benzenetetrathiol, 1,2,4,5-benzenetetrol 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As a non-limiting example, the above-described organic monomolecules may be 1,2,4,5-Benzenetetramine tetrahydrochloride (BTA), 1,2,4,5-benzenetetrathiol, 1,2,4,5-benzenetetrol, etc. It is not limited thereto.

상술한 금속은 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 아연(Zn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 로듐 (Rh), 팔라듐 (Pd), 루테늄(Ru) 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 전도성을 가지는 금속이면 족하다.The above-mentioned metal is silver (Ag), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni), zinc (Zn), cobalt (Co) , chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), may be selected from ruthenium (Ru) or a combination thereof, but is not limited thereto, and if a metal having conductivity enough

일구체예에 있어, 본 발명에 따른 전극소재에 함유되는 맥신 층 : 금속-유기 단분자의 중량비는 1 : 0.05 내지 2, 바람직하게 1 : 0.05 내지 0.5, 보다 바람직하게 1 : 0.08 내지 0.2일 수 있다. 전극소재가 이러한 중량비로 맥신 층과 금속-유기 단분자를 함유할 경우, 맥신 층은 금속-유기 단분자에 의해 층간 거리가 일정하게 증가될 수 있다. 다만, 맥신 층의 함량(중량) 대비 금속-유기 단분자의 함량이 많은 경우, 맥신 층 내 전이금속 및 금속-유기 단분자의 금속이 산화되어, 전극소재의 이차원 층상 구조가 붕괴될 위험이 있으므로, 맥신 층 대비 적은 양의 금속-유기 단분자를 포함하는 것이 바람직하다. 상세하게, 맥신 층의 함량 대비 금속-유기 단분자의 함량이 적은 경우, 맥신 층은 금속-유기 단분자에 의해 일정하게 증가된 층간 거리를 가지면서도, 이차원 층상 구조가 붕괴되지 않고 그대로 유지될 수 있어 좋다.In one embodiment, the maxine layer contained in the electrode material according to the present invention: the weight ratio of the metal-organic monomolecule is 1: 0.05 to 2, preferably 1: 0.05 to 0.5, more preferably 1: 0.08 to 0.2. have. When the electrode material contains the maxine layer and the metal-organic monomolecules in this weight ratio, the interlayer distance of the maxine layer may be constantly increased by the metal-organic monomolecules. However, if the content of metal-organic monomolecules is high compared to the content (weight) of the maxine layer, the transition metal and metal-organic monomolecular metal in the maxine layer are oxidized, and there is a risk of collapsing the two-dimensional layered structure of the electrode material. , it is preferable to include a small amount of metal-organic monomolecules compared to the maxine layer. In detail, when the content of metal-organic monomolecules is small compared to the content of the maxine layer, the maxine layer has an interlayer distance that is constantly increased by the metal-organic monomolecules, and the two-dimensional layered structure can be maintained without collapsing. good to have

도 1의 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 분석 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 전극소재는 Ni 2p 및 Ni 1s, Ti 2p 스펙트럼 상 산소와 결합된 금속 피크(Ni 및 Ti)가 존재하지 않을 수 있다. 종래의 맥신 층을 포함하는 전극소재의 경우 산화에 취약하여, 맥신 층의 표면에 존재하는 전이금속이 전이금속 산화물로 변화되어 구조 및 특성이 달라져 축전용량이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 종래의 전극소재의 경우, 맥신층 내 전이금속의 산화를 방지하기 위하여 별도의 산화 방지제 등을 첨가하였으나, 산화 방지제 등은 맥신 층의 고유 물성을 저하시키는 단점이 있다. 그러나, 본 발명에 따른 전극소재의 경우, 산화 방지제 등의 별로의 첨가물을 포함하지 않음에도 불구하고 맥신 층의 표면 산화 없이 이차원 층상 구조를 그대로 유지할 수 있어, 향상된 축전용량 및 안정적인 성능을 가질 수 있어 좋다.Looking at the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis result of FIG. 1, the electrode material according to the present invention has metal peaks (Ni and Ti) combined with oxygen on Ni 2p, Ni 1s, and Ti 2p spectra. may not exist. In the case of the electrode material including the conventional maxine layer, it is vulnerable to oxidation, and the transition metal present on the surface of the maxine layer is changed to a transition metal oxide, so that the structure and characteristics are changed, so there is a problem in that the storage capacity is lowered. Therefore, in the case of the conventional electrode material, a separate antioxidant, etc. is added to prevent oxidation of the transition metal in the maxine layer, but the antioxidant has a disadvantage in reducing the intrinsic properties of the maxine layer. However, in the case of the electrode material according to the present invention, it is possible to maintain the two-dimensional layered structure without oxidation of the surface of the maxine layer, even though it does not contain many additives such as antioxidants, so it can have improved storage capacity and stable performance. good.

일구체예에 있어, 전극소재에 함유되는 맥신 층의 층간 거리라 함은 맥신 층의 말단기 사이의 거리를 의미하며, 상술한 층간 거리는 CuKα선을 이용한 X선 회절 분석(XRD) 패턴 상 (002)면의 피크, 구체적으로 금속-유기 단분자가 층간 삽입되지 않은 맥신 층의 XRD 패턴 상 8 내지 10°의 2θ에서 나타나는 피크로부터 산출된 면간 거리(D1) 및 금속-유기 단분자가 층간 삽입된 맥신 층의 XRD 패턴 상 5 내지 7°의 2θ에서 나타나는 피크로부터 산출된 면간 거리(D2)로부터 산출된 것으로, 하기 식 1을 만족할 수 있다.In one embodiment, the interlayer distance of the maxine layer contained in the electrode material means the distance between the terminal groups of the maxine layer, and the above-described interlayer distance is (002) on the X-ray diffraction analysis (XRD) pattern using CuKα ray. ) plane peak, specifically, the interplanar distance (D 1 ) calculated from the peak appearing at 2θ of 8 to 10° on the XRD pattern of the maxine layer in which the metal-organic monomolecules are not intercalated and the metal-organic monomolecules are intercalated It is calculated from the interplanar distance (D 2 ) calculated from the peak appearing at 2θ of 5 to 7° on the XRD pattern of the maxine layer, and may satisfy Equation 1 below.

(식 1)(Equation 1)

Figure 112020060081629-pat00002
Figure 112020060081629-pat00002

다만, 금속-유기 단분자에 의해 층간 거리가 증가된 맥신 층의 표면이 산화되지 않고, 안정적인 이차원 구조를 유지하는 측면에서, 식 1에 따른 층간 거리 비는 3 이하, 구체적으로 2 이상, 보다 구체적으로 1.8 이하일 수 있다. 실질적인 일 예로, 식 1에 따른 층간 거리 비는 1.3 내지 1.73, 보다 구체적으로 1.4 내지 1.5일 수 있다.However, in terms of maintaining a stable two-dimensional structure and not oxidizing the surface of the maxine layer having an increased interlayer distance by the metal-organic monomolecules, the interlayer distance ratio according to Equation 1 is 3 or less, specifically 2 or more, more specifically may be less than or equal to 1.8. As a practical example, the interlayer distance ratio according to Equation 1 may be 1.3 to 1.73, and more specifically, 1.4 to 1.5.

또한, 본 발명은 상술한 전극소재를 함유하는 에너지 저장 소자, 구체적으로 커패시터를 포함한다. 이에, 금속-유기 단분자에 의해 층간 거리가 증가된 맥신 층을 함유하는 전극소재를 커패시터용 전극으로 사용할 경우, 종래의 맥신 층을 전극으로 사용할 경우 보다 현저하게 증가된 축전 용량을 가질 수 있다.In addition, the present invention includes an energy storage device containing the above-described electrode material, specifically, a capacitor. Accordingly, when an electrode material containing a maxine layer having an increased interlayer distance by a metal-organic monomolecule is used as an electrode for a capacitor, it can have a significantly increased storage capacity than when a conventional maxine layer is used as an electrode.

나아가, 본 발명은 상술한 전극소재의 제조방법을 포함한다.Furthermore, the present invention includes a method for manufacturing the electrode material described above.

상세하게, 본 발명의 일 양태에 따른 전극소재의 제조방법은 a) 금속 전구체, 아민기를 포함하는 유기 단분자, 맥신(Mxene) 층 및 용매를 혼합하는 단계; 및 b) 상기 혼합단계의 혼합물에 환원제를 첨가 후 열처리하는 단계;를 포함한다.In detail, the method for manufacturing an electrode material according to an aspect of the present invention comprises the steps of: a) mixing a metal precursor, an organic monomolecule containing an amine group, a maxine layer, and a solvent; and b) adding a reducing agent to the mixture of the mixing step and then heat-treating the mixture.

일구체예에 있어, 본 발명에 따른 전극소재의 제조방법은 a) 단계 수행 전, 삼차원 형상의 무기 화합물인 맥스(MAX, 여기에서, M은 전이금속, A는 13족 또는 14족 원소, X는 탄소 또는 질소)로부터 맥신 층을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상세하게, 불소 화합물을 포함하는 강산 용액 내에 MAX를 투입하여, 상기 MAX에서 A층을 선택적으로 제거함으로써 제조된 것일 수 있다.In one embodiment, the method of manufacturing an electrode material according to the present invention is a three-dimensional inorganic compound, Max (MAX, where M is a transition metal, A is a group 13 or group 14 element, X, before performing step a) may further comprise the step of preparing a maxine layer from carbon or nitrogen). In detail, by introducing MAX into a strong acid solution containing a fluorine compound, it may be prepared by selectively removing the A layer from the MAX.

이때, 상술한 Ti2CdC, Sc2InC, Ti2AlC, Ti2GaC, Ti2InC, Ti2TIC, V2AlC, V2GaC, Cr2GaC, Ti2AlN, Ti2GaN, Ti2InN, V2GaN, Cr2GaN, Ti2GeC, Ti2SnC, Ti2PbC, V2GeC, Cr2AlC, Cr2GeC, V2PC, V2AsC, Ti2SC, Zr2InC, Zr2TlC, Nb2AlC, Nb2GaC, Nb2InC, Mo2GaC, Zr2InN, Zr2TlN, Zr2SnC, Zr2PbC, Nb2SnC, Nb2PC, Nb2AsC, Zr2SC, Nb2SC, Hf2InC, Hf2TlC, Ta2AlC, Ta2GaC, Hf2SnC, Hf2PbC, Hf2SnN, Hf2SC; Ti3AlC2, V3AlC2, Ti3SiC2, Ti3GeC2, Ti3SnC2, Ta3AlC2; Ti4AlN3, V4AlC3, Ti4GaC3, Ti4SiC3, Ti4GeC3, Nb4AlC3, 및 Ta4AlC3에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.At this time, the aforementioned Ti 2 CdC, Sc 2 InC, Ti 2 AlC, Ti 2 GaC, Ti 2 InC, Ti 2 TIC, V 2 AlC, V 2 GaC, Cr 2 GaC, Ti 2 AlN, Ti 2 GaN, Ti 2 InN, V 2 GaN, Cr 2 GaN, Ti 2 GeC, Ti 2 SnC, Ti 2 PbC, V 2 GeC, Cr 2 AlC, Cr 2 GeC, V 2 PC, V 2 AsC, Ti 2 SC, Zr 2 InC, Zr 2 TlC, Nb 2 AlC, Nb 2 GaC, Nb 2 InC, Mo 2 GaC, Zr 2 InN, Zr 2 TlN, Zr 2 SnC, Zr 2 PbC, Nb 2 SnC, Nb 2 PC, Nb 2 AsC, Zr 2 SC, Nb2SC, Hf 2 InC, Hf 2 TlC, Ta 2 AlC, Ta 2 GaC, Hf 2 SnC, Hf 2 PbC, Hf 2 SnN, Hf 2 SC; Ti 3 AlC 2 , V 3 AlC 2 , Ti 3 SiC 2 , Ti 3 GeC 2 , Ti 3 SnC 2 , Ta 3 AlC 2 ; One or more of Ti 4 AlN 3 , V 4 AlC 3 , Ti 4 GaC 3 , Ti 4 SiC 3 , Ti 4 GeC 3 , Nb 4 AlC 3 , and Ta 4 AlC 3 may be selected, but is not limited thereto.

또한, 상술한 불소 화합물은 불소화리튬(LiF), 불화나트륨(NaF), 불화마그네슘(MgF2), 불화스트론튬(SrF2), 불화베릴륨(BeF2), 불화칼슘(CaF2), 불화암모늄(NH4F), 이불화암모늄(NH4HF2) 및 암모늄 헥사플루오로알루미네이트((NH4)3AlF6) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있고, 상기 강산 용액은 염화불산(HF), 염산(HCl), 황산(HSO4) 수용액 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In addition, the above-described fluorine compound is lithium fluoride (LiF), sodium fluoride (NaF), magnesium fluoride (MgF 2 ), strontium fluoride (SrF 2 ), beryllium fluoride (BeF 2 ), calcium fluoride (CaF 2 ), ammonium fluoride ( NH 4 F), ammonium difluoride (NH 4 HF 2 ) and ammonium hexafluoroaluminate ((NH 4 ) 3 AlF 6 ) may be any one or a mixture of two or more selected from, and the strong acid solution is chlorohydrofluoric acid ( HF), hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (HSO 4 ) may be any one or a mixture of two or more selected from an aqueous solution, but is not limited thereto.

즉, a) 단계의 맥신 층은 MAX와 불소 화합물을 포함하는 강산용액을 이용하여 제조된 것임에 따라, 제조된 맥신 층은 표면의 전이금속 M이 산소(O), 히드로사이드(OH), 에폭사이드, 탄소수 1-5의 알콕사이드, 플루오라이드(F), 클로라이드(Cl), 브로마이드(Br), 아이오다이드(I), 또는 이들의 조합을 포함하는 말단기(Terminal group, Tx)와 결합된 형태일 수 있다. 이에, 상술한 맥신 층은 하기 화학식 1로 표현되는 단위 맥신(Unit MXene)의 적층체일 수 있다. That is, as the maxine layer of step a) was prepared using a strong acid solution containing MAX and a fluorine compound, the prepared maxine layer has transition metal M on the surface of oxygen (O), hydroside (OH), and epoxide. Bonds with a terminal group (T x ) containing side, an alkoxide having 1 to 5 carbon atoms, fluoride (F), chloride (Cl), bromide (Br), iodide (I), or a combination thereof may be in the form of Accordingly, the above-described maxine layer may be a laminate of unit maxine (Unit MXene) represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Mn+1XnTx M n+1 X n T x

상술한 화학식 1에서,In the above-mentioned formula 1,

M은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 스칸듐(Sc), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 또는 이들의 조합에서 선택되는 전이금속(transition metal)이며, M is titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), scandium (Sc), molybdenum (Mo), niobium (Nb) , is a transition metal selected from tantalum (Ta) or a combination thereof,

X는 탄소(C), 질소(N) 또는 이들의 조합이며, X is carbon (C), nitrogen (N), or a combination thereof,

n은 1 내지 3의 정수이며, n is an integer from 1 to 3,

Tx는 단위 맥신의 전이금속 M과 결합한 말단기로서, 산소(O), 히드로사이드(OH), 에폭사이드, 탄소수 1-5의 알콕사이드, 플루오라이드(F), 클로라이드(Cl), 브로마이드(Br), 아이오다이드(I), 또는 이들의 조합이다.T x is a terminal group bonded to the transition metal M of the unit maxine, oxygen (O), hydroside (OH), epoxide, alkoxide having 1-5 carbon atoms, fluoride (F), chloride (Cl), bromide (Br) ), iodide (I), or a combination thereof.

즉, 상술한 맥신 층은 Mn+1XnTx 구조의 단위 맥신(Unit MXene)이 적어도 10층 이상, 구체적으로 10 내지 500층으로 적층된 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, Mn+1XnTx 구조의 단위 맥신이 적어도 10개 이상 적층된 적층체이면 족하다.That is, the above-described maxine layer may be one in which at least 10 or more, specifically, 10- to 500-layered unit maxine of the M n+1 X n T x structure is laminated, but the present invention is not limited thereto. , M n+1 X n T x A laminate in which at least 10 units of the maxine structure are stacked is sufficient.

비한정적일 일예에 있어, 상술한 단위 맥신은 Ti2CTx, (Ti0.5,Nb0.5)2CTx, Sc2CTx, V2CTx, Nb2CTx, Mo2CTx, Ti3C2Tx, Ti3CNTx, Zr3C2Tx, Hf3C2Tx, Ti4N3Tx, Nb4C3Tx, Ta4C3Tx, Mo2TiC2Tx, Cr2TiC2Tx 및 Mo2Ti2C3Tx에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 이차원 전이금속 질화물 또는 이차원 전이금속 탄화물이면 족하다.In one non-limiting example, the above-described unit maxin is Ti 2 CT x , (Ti 0.5 , Nb 0.5 ) 2 CT x , Sc 2 CT x , V 2 CT x , Nb 2 CT x , Mo 2 CT x , Ti 3 C 2 T x , Ti 3 CNT x , Zr 3 C 2 T x , Hf 3 C 2 T x , Ti 4 N 3 T x , Nb 4 C 3 T x , Ta 4 C 3 T x , Mo 2 TiC 2 T x , Cr 2 TiC 2 T x and Mo 2 Ti 2 C 3 T x It may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto, and a two-dimensional transition metal nitride or a two-dimensional transition metal carbide is sufficient.

일구체예에 있어, a) 단계의 금속 전구체는 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 아연(Zn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 로듐 (Rh), 팔라듐 (Pd), 루테늄(Ru) 또는 이들의 조합에서 선택되는 금속의 할로겐염, 인산염, 질산염, 황산염, 암모늄염, 아세트산염 및 탄산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the metal precursor of step a) is silver (Ag), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni), Halogen salt of a metal selected from zinc (Zn), cobalt (Co), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), ruthenium (Ru), or a combination thereof , phosphate, nitrate, sulfate, ammonium salt, acetate, and may include one or more selected from the group consisting of carbonate, but is not limited thereto.

일구체예에 있어, a) 단계의 아민기를 포함하는 유기 단분자는 상술한 유기 단분자는 하기 화학식 2로 표현되는 유기 단분자 또는 이들의 염일 수 있다. 이때, 상술한 염은 산염일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the organic monomolecule including the amine group in step a) may be an organic monomolecule represented by the following Chemical Formula 2 or a salt thereof. In this case, the above-mentioned salt may be an acid salt, but is not limited thereto.

[화학식 2][Formula 2]

Ar-[NH2]n Ar-[NH 2 ] n

상술한 화학식 2에서,In the above-mentioned formula 2,

Ar은 C6 내지 C30의 아릴, 구체적으로 C6 내지 C12의 아릴, 보다 구체적으로 페닐, 나프틸 또는 이들의 조합이며,Ar is C6 to C30 aryl, specifically C6 to C12 aryl, more specifically phenyl, naphthyl, or a combination thereof;

n은 Ar의 치환기수에 해당하는 정수, 구체적으로 4이상의 정수이다.n is an integer corresponding to the number of substituents in Ar, specifically, an integer of 4 or more.

이때, 상술한 유기 단분자의 중심 유기 분자인 Ar은 상술한 아민기의 질소를 배위 원자로 포함하되, 적어도 2개 이상의 배위 원자를 동일 평면 상으로 가지는 것일 수 있다.In this case, Ar, which is the central organic molecule of the above-described organic monomolecule, may include nitrogen of the above-described amine group as a coordination atom, but may have at least two or more coordination atoms on the same plane.

비한정적인 일예로, 상술한 유기 단분자는 1,2,4,5-Benzenetetramine tetrahydrochloride(BTA), 1,2,4,5-benzenetetrathiol, 1,2,4,5-benzenetetrol 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.As a non-limiting example, the above-described organic monomolecules may be 1,2,4,5-Benzenetetramine tetrahydrochloride (BTA), 1,2,4,5-benzenetetrathiol, 1,2,4,5-benzenetetrol, etc. It is not limited thereto.

a) 단계에서, 상술한 맥신 층 : 금속 전구체 : 아민기를 포함하는 유기 단분자의 중량비는 1 : 0.01 내지 1.2 : 0.01 내지 0.5, 바람직하게 1 : 0.03 내지 0.3 : 0.01 내지 0.05, 보다 바람직하게 1 : 0.05 내지 0.12 : 0.02 내지 0.04일 수 있다. 상술한 중량비를 만족하는 경우, 전극소재에 함유되는 맥신 층은 금속-유기 단분자에 의해 일정하게 증가된 층간 거리를 가질 수 있다. 다만, 맥신 층의 함량(중량) 대비 금속 전구체 및 유기 단분자의 함량이 많은 경우, 맥신 층 내 전이금속 및 층간 삽입되는 금속-유기 단분자 내 금속이 산화되어, 전극소재의 이차원 층상 구조가 붕괴될 위험이 있으므로, 맥신 층 대비 적은 양의 금속 전구체와 유기 단분자를 포함하는 것이 바람직하다. 맥신 층 대비금속 전구체와 유기 단분자의 함량(중량)이 적은 경우, 맥신 층은 금속-유기 단분자에 의해 일정하게 증가된 층간 거리를 가질 수 있고, 전극소재의 표면 산화를 방지할 수 있어 이차원 층상 구조가 붕괴되지 않고 그대로 유지될 수 있어 좋다.In step a), the above-described maxine layer: metal precursor: the weight ratio of the organic monomer containing an amine group is 1: 0.01 to 1.2: 0.01 to 0.5, preferably 1: 0.03 to 0.3: 0.01 to 0.05, more preferably 1: 0.05 to 0.12: It may be 0.02 to 0.04. When the above-described weight ratio is satisfied, the maxine layer contained in the electrode material may have an interlayer distance constantly increased by the metal-organic monomolecules. However, if the content of the metal precursor and organic monomolecules is high compared to the content (weight) of the maxine layer, the transition metal in the maxine layer and the metal in the metal-organic monomolecular intercalated between layers are oxidized, and the two-dimensional layered structure of the electrode material collapses Since there is a risk of becoming a layer, it is preferable to include a small amount of metal precursors and organic monomolecules compared to the maxine layer. When the content (weight) of the metal precursor and the organic monomolecules is small compared to the maxine layer, the maxine layer can have an interlayer distance that is constantly increased by the metal-organic monomolecules, and can prevent surface oxidation of the electrode material. It is good that the layered structure can be maintained as it is without collapsing.

비한정적인 일예로, a) 단계의 용매는 극성용매, 구체적으로 포름아마이드(FA), N-메틸포름아마이드(NMFA), N,N-디메틸포름아마이드(DMF), 아세트아마이드(AA), N-메틸아세트아마이드(NMAA), N-디메틸아세트아마이드(DMA), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸설폭사이드(DMSO), 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate)또는 이들의 혼합물일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 전극소재 제조 분야에서 일반적으로 이용되는 극성용매이면 족하다.As a non-limiting example, the solvent of step a) is a polar solvent, specifically formamide (FA), N-methylformamide (NMFA), N,N-dimethylformamide (DMF), acetamide (AA), N -Methylacetamide (NMAA), N-dimethylacetamide (DMA), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), propylene carbonate (Propylene carbonate) or a mixture thereof may be used. However, the present invention is not limited thereto, and any polar solvent generally used in the field of manufacturing electrode materials is sufficient.

일구체예에 있어, b) 단계의 열처리는 15 내지 150 ℃의 온도범위, 바람직하게는 30 내지 100 ℃의 온도범위, 보다 바람직하게 30 내지 50 ℃의 온도범위에서 수행될 수 있다. 다만, 30 내지 100 ℃의 온도범위를 만족하는 경우, 전극소재 내 금속(전이금속 포함)의 산화 반응이 유도되지 않아, 금속-유기 단분자에 의해 맥신 층이 증가된 층간 거리를 가지면서도, 이차원 층상 구조를 그대로 유지할 수 있다. In one embodiment, the heat treatment of step b) may be performed in a temperature range of 15 to 150 °C, preferably in a temperature range of 30 to 100 °C, more preferably in a temperature range of 30 to 50 °C. However, when the temperature range of 30 to 100 ℃ is satisfied, the oxidation reaction of the metal (including the transition metal) in the electrode material is not induced, so the maxine layer has an increased interlayer distance due to the metal-organic monomolecules, and the two-dimensional The layered structure can be maintained as it is.

이때, 구체 열처리 시간은 제한되지 않으나, 1 내지 50시간, 구체적으로 10 내지 40시간, 보다 구체적으로 20 내지 30시간동안 수행될 수 있다.At this time, the sphere heat treatment time is not limited, but may be performed for 1 to 50 hours, specifically 10 to 40 hours, and more specifically 20 to 30 hours.

비한정적인 일예로, b) 단계의 환원제는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 하이드라진(N2H4), 요오드화수소(HI), 황화수소(H2S), 디메틸하이드라진, 하이드로퀴논, 황산(H2SO4), 알루미늄 분말 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As a non-limiting example, the reducing agent of step b) is sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), sodium borohydride (NaBH 4 ), hydrazine (N 2 H 4 ), hydrogen iodide (HI), hydrogen sulfide (H 2 S), dimethylhydrazine, hydroquinone, sulfuric acid (H 2 SO 4 ), may be selected from the group consisting of aluminum powder and combinations thereof, but is not limited thereto.

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 application will be described in more detail using examples, but the following examples are only illustrative to help the understanding of the present application, and the content of the present application is not limited to the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

단계 1: TiStep 1: Ti 33 CC 22 TT xx 제조 Produce

먼저, Ti3AlC2(Khantal, Sweden, 325 mesh) 1 g을 50 wt.%의 불산 용액 50 mL이 담겨있는 테프론 플라스크에 약 30분동안 천천히 첨가한 후, 상온에서 5시간동안 교반하였다. 다음으로, 교반 후 얻어지는 결과물(Ti3C2Tx)을 증류수 500 mL를 사용하여 세척한 후 원심분리를 진행하여 남아있는 불산 및 잔여물을 제거하였다. 마지막으로, 원심분리를 통해 수득한 물질의 pH가 4-6까지 도달할때까지 에탄올 100 mL를 이용하여 필터링한 후, 120℃의 진공오븐에서 1일간 건조 하여 Ti3C2Tx을 수득하였다.First, 1 g of Ti 3 AlC 2 (Khantal, Sweden, 325 mesh) was slowly added to a Teflon flask containing 50 mL of a 50 wt.% hydrofluoric acid solution for about 30 minutes, followed by stirring at room temperature for 5 hours. Next, the resultant (Ti 3 C 2 T x ) obtained after stirring was washed with 500 mL of distilled water and then centrifuged to remove the remaining hydrofluoric acid and residues. Finally, after filtering using 100 mL of ethanol until the pH of the material obtained through centrifugation reached 4-6, it was dried in a vacuum oven at 120° C. for 1 day to obtain Ti 3 C 2 T x . .

단계 2: TiStep 2: Ti 33 CC 22 TT xx @Ni-BTA 제조@Ni-BTA manufacturing

제조예 1에서 수득한 Ti3C2Tx 100 mg, 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(Nickel nitrate hexahydrate, Ni(NO3)2·6H2O)) 90 mg, 1,2,4,5-벤젠테트라아민 테트라히드로클로라이드(1,2,4,5-Benzenetetramine tetrahydrochloride; BTA, C6H2(NH2)4·4HCl) 35 mg을 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide; DMF) 100 mL에 혼합한 후, 상기 혼합물에 암모니아수(Ammonium hydroxide, NH4OH) 1 mL을 약 1 분 동안 천천히 첨가하고, 25℃에서 24시간 동안 반응시켰다. 다음으로, 반응 후 얻어지는 고체상 분말을 아세톤(Acetone)과 물로 수차례 세척한 후, 80 ℃의 진공오븐에서 1시간 동안 건조 하여 Ni-BTA가 층간 삽입된 Ti3C2Tx(Ti3C2Tx@NI-BTA)을 수득하였다. Ti 3 C 2 T x 100 mg obtained in Preparation Example 1, nickel nitrate hexahydrate (Nickel nitrate hexahydrate, Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O)) 90 mg, 1,2,4,5-benzenetetra After mixing 35 mg of amine tetrahydrochloride (1,2,4,5-Benzenetetramine tetrahydrochloride; BTA, C 6 H 2 (NH 2 ) 4 .4HCl) in 100 mL of dimethylformamide (DMF), the mixture To the aqueous ammonia (Ammonium hydroxide, NH 4 OH) 1 mL was slowly added for about 1 minute, and reacted at 25 ℃ for 24 hours. Next, the solid powder obtained after the reaction was washed several times with acetone and water, dried in a vacuum oven at 80 ° C. for 1 hour, and Ti 3 C 2 T x (Ti 3 C 2 ) intercalated with Ni-BTA. T x @NI-BTA).

(실시예 2)(Example 2)

실시예 1에서, 반응온도가 40 ℃인 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In Example 1, except that the reaction temperature was 40 °C, the same method as in Example 1 was used.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 1에서, 반응온도가 80 ℃인 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In Example 1, except that the reaction temperature was 80 °C, the same method as in Example 1 was used.

(실시예 4)(Example 4)

실시예 1의 단계 2에서, Ni(NO3)2·6H2O 및 BTA의 중량을 각각 9 mg 및 3.5 mg으로 변경하여 이용한 것만 배제하면, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였다.In step 2 of Example 1, Ni(NO 3 ) 2 ·6H 2 O and BTA were used by changing the weights of 9 mg and 3.5 mg, respectively, except that the same method as in Example 1 was used.

(실시예 5)(Example 5)

실시예 4에서, 반응온도가 40 ℃인 것만 배제하면, 실시예 4와 동일한 방법을 이용하였다.In Example 4, except that the reaction temperature was 40 °C, the same method as in Example 4 was used.

(실시예 6) Ni-BTA가 합성된 Mxene 제조 방법(Example 6) Method for preparing Mxene in which Ni-BTA was synthesized

실시예 4에서, 반응온도가 80 ℃인 것만 배제하면, 실시예 4와 동일한 방법을 이용하였다.In Example 4, except that the reaction temperature was 80 °C, the same method as in Example 4 was used.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 1의 단계 1에서 제조된 Ti3C2Tx을 비교예 1로 하였다. Ti 3 C 2 T x prepared in step 1 of Example 1 was used as Comparative Example 1.

(비교예 2) Ni-BTA 제조(Comparative Example 2) Ni-BTA preparation

먼저, Ni(NO3)2·6H2O 90 mg와 BTA 35 mg을 DMF 100 mL에 혼합한 후, 상기 혼합물에 NH4OH 1 mL을 약 1분 동안 천천히 첨가하고, 80℃에서 24시간 동안 반응시켰다. 다음으로, 반응 후 얻어지는 고체상 분말을 아세톤(Acetone)과 물로 수차례 세척한 후, 80 ℃의 진공오븐에서 1시간 동안 건조 하여 Ni-BTA을 수득하였다.First, after mixing 90 mg of Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O and 35 mg of BTA in 100 mL of DMF, 1 mL of NH 4 OH was slowly added to the mixture for about 1 minute, and at 80° C. for 24 hours. reacted. Next, the solid powder obtained after the reaction was washed several times with acetone and water, and then dried in a vacuum oven at 80° C. for 1 hour to obtain Ni-BTA.

도 1은 본 발명에 따른 전극소재의 물성을 X선 광전자 분광법(XPS)으로 분석한 결과이다. 먼저, 금속-유기 단분자로부터 유래되는 금속인 Ni 2p 및 Ni 1s의 결과를 살펴보면, 맥신 층 대비 금속-유기 단분자의 함량(중량)이 높은 실시예 1 내지 3의 경우에는 NiO 피크가 관찰되는 반면, 맥신 층 대비 금속-유기 단분자의 함량(중량)이 낮은 실시예 4 내지 6의 경우에는 NiO 피크가 관찰되지 않음을 알 수 있다. 또한, 맥신 층으로부터 유래되는 전이금속인 Ti 2p의 결과를 살펴보면, 실시예 1 내지 3의 경우에는 TiO2 피크(도면에서, Ti4+ 피크와 대응)가 관찰되는 반면, 실시예 4 내지 6의 경우에는 TiO2 피크가 관찰되지 않음을 알 수 있다. 결과를 통해 알 수 있듯이, 맥신 층 대비 금속-유기 단분자의 함량(중량)이 낮을수록, 금속의 산화 반응 없이 금속-유기 단분자만이 선택적으로 형성되며, 맥신 층 내 전이금속의 표면 산화가 방지되는 것을 알 수 있다. 1 is a result of analyzing the physical properties of an electrode material according to the present invention by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). First, looking at the results of Ni 2p and Ni 1s, which are metals derived from metal-organic monomolecules, NiO peaks are observed in Examples 1 to 3, in which the content (weight) of metal-organic monomolecules is high compared to the maxine layer. On the other hand, it can be seen that the NiO peak was not observed in Examples 4 to 6, in which the content (weight) of metal-organic monomolecules was low compared to the maxine layer. In addition, looking at the results of Ti 2p, which is a transition metal derived from the maxine layer, in Examples 1 to 3, TiO 2 peaks (in the figure, corresponding to Ti 4+ peaks) are observed, whereas those of Examples 4 to 6 In this case, it can be seen that the TiO 2 peak is not observed. As can be seen from the results, as the content (weight) of the metal-organic monomolecules is lower than that of the maxine layer, only the metal-organic monomolecules are selectively formed without oxidation of the metal, and the surface oxidation of the transition metal in the maxine layer is reduced. can be seen to be prevented.

도 2는 본 발명에 따른 전극소재의 미세구조를 나타내는 주사전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM) 이미지이다. 도시된 바와 같이, 맥신 층 대비 금속-유기 단분자의 함량(중량)이 높은 실시예 1 내지 3(맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 1.25)은 맥신의 표면에 산화물이 관찰되며, 이차원 층상 구조가 붕괴된 것을 알 수 있다. 반면에, 맥신 층 대비 금속-유기 단분자의 함량(중량)이 매우 낮은 실시예 4 내지 6(맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 0.125)의 경우, 전극소재의 표면 산화 없이, 이차원 층상 구조를 그대로 유지하는 것을 관찰할 수 있다. 이는, 실시예 4 내지 6이 실시예 1 내지 3 보다 적은 함량의 Ni을 포함하기 때문인 것으로 사료된다.2 is a scanning electron microscope (SEM) image showing the microstructure of the electrode material according to the present invention. As shown, in Examples 1 to 3 (maxine layer: weight ratio of metal-organic monomolecule = 1:1.25) having a high content (weight) of metal-organic monomolecules compared to the maxine layer, oxides were observed on the surface of the maxine, , it can be seen that the two-dimensional layered structure is collapsed. On the other hand, in the case of Examples 4 to 6 (maxine layer: weight ratio of metal-organic monomolecule = 1: 0.125) in which the content (weight) of metal-organic monomolecules compared to the maxine layer is very low, without surface oxidation of the electrode material, It can be observed that the two-dimensional layered structure is maintained as it is. This is considered to be because Examples 4 to 6 contained a smaller amount of Ni than Examples 1 to 3.

보다 상세하게, X선 회절 분석(X-ray diffraction analysis, XRD)을 통해 전극소재의 미세구조를 분석하였다. 도 3은 본 발명에 따른 전극소재의 X선 회절 분석(XRD) 결과이다. 도 3의 XRD 분석 결과로부터 (002) 면에 대한 피크를 통해 맥신의 층간 거리를 산출하였다. 그 결과, 순수한 맥신인 비교예 1의 층간거리는 0.9 nm이며, 실시예 1(맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 1.25, 열처리 온도 = 25℃)의 층간 거리는 1.57 nm이며, 실시예 5(맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 0.125, 열처리 온도 = 40℃)의 층간 거리는 1.42 nm이고, 실시예 6(맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 0.125, 열처리 온도 = 80℃)의 층간 거리는 1.42 nm이다. 결과를 통해 알 수 있듯이, 실시예들의 층간 거리는 비교예 1 보다 약 1.5배 이상 증가된 것을 알 수 있다. 한편, 실시예 1과 동일한 중량비를 가지나 실시예 1 보다 반응 온도(열처리 온도)가 높은 실시예 2(맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 1.25, 열처리 온도 = 40℃) 및 실시예 3(맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 1.25, 열처리 온도 = 80℃)의 경우, (002) 면에 대한 피크를 관측할 수 없다. 이를 통해, 열처리 온도가 높을수록 금속-유기 단분자로부터 유래되는 금속(Ni)의 산화되어 이차원 층상 구조가 붕괴됨을 알 수 있다. 반면에, 실시예 5(맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 0.125, 열처리 온도 = 40℃) 및 실시예 6(맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 0.125, 열처리 온도 = 80℃)은 실시예 2 및 3과 같이 열처리 온도가 높음에도 불구하고, 반응 온도가 증가할수록 (002) 면에 대한 뚜렷한 피크를 관찰할 수 있다. 이를 통해, 맥신 층 대비 금속-유기 단분자를 적게 포함할 경우, 높은 열처리 온도에도 불구하고, 금속-유기 단분자의 산화 반응이 유도되지 않고, 이차원 구조가 그대로 유지됨을 알 수 있다.In more detail, the microstructure of the electrode material was analyzed through X-ray diffraction analysis (XRD). 3 is an X-ray diffraction analysis (XRD) result of the electrode material according to the present invention. From the XRD analysis result of FIG. 3 , the interlayer distance of Maxine was calculated through the peak for the (002) plane. As a result, the interlayer distance of Comparative Example 1, which is pure maxine, is 0.9 nm, and the interlayer distance of Example 1 (Maxine layer: weight ratio of metal-organic monomolecules = 1: 1.25, heat treatment temperature = 25 ° C.) is 1.57 nm, Example 5 (Maxine layer: weight ratio of metal-organic monomolecules = 1: 0.125, heat treatment temperature = 40 ° C.), the interlayer distance was 1.42 nm, Example 6 (Maxine layer: weight ratio of metal-organic monomolecules = 1: 0.125, heat treatment temperature = 80° C.) and the interlayer distance is 1.42 nm. As can be seen from the results, it can be seen that the interlayer distance of Examples is increased by about 1.5 times or more than Comparative Example 1. On the other hand, Example 2 (maxine layer: weight ratio of metal-organic monomolecules = 1: 1.25, heat treatment temperature = 40 ° C) and Examples having the same weight ratio as Example 1 but having a higher reaction temperature (heat treatment temperature) than Example 1 In the case of 3 (maxine layer: metal-organic monomolecular weight ratio = 1: 1.25, heat treatment temperature = 80 °C), a peak for the (002) plane cannot be observed. Through this, it can be seen that the higher the heat treatment temperature, the more the metal (Ni) derived from the metal-organic monomolecules is oxidized and the two-dimensional layered structure is collapsed. On the other hand, Example 5 (Maxine layer: weight ratio of metal-organic monomolecules = 1: 0.125, heat treatment temperature = 40 °C) and Example 6 (Maxine layer: weight ratio of metal-organic monomolecules = 1: 0.125, heat treatment temperature) = 80 ° C), although the heat treatment temperature is high as in Examples 2 and 3, a distinct peak for the (002) plane can be observed as the reaction temperature increases. Through this, it can be seen that when the metal-organic monomolecule is included less than that of the maxine layer, the oxidation reaction of the metal-organic monomolecule is not induced and the two-dimensional structure is maintained despite the high heat treatment temperature.

도 4는 본 발명에 따른 전극소재를 전극으로 이용한 커패시터의 순환전압전류곡선을 나타내는 그래프이다. 상세하게 도 4의 (a)는 비교예 1의 순수한 Ti3C2Tx를 전극으로 이용한 커패시터의 순환전압전류곡선이며, 도 4의 (b)는 비교예 2의 순수한 Ni-BTA를 전극으로 이용한 커패시터의 순환전압전류곡선이며, 도 4의 (c)는 실시예 1(Ti3C2Tx@Ni-BTA, 맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 1.25, 열처리 온도 = 25℃)에 따른 전극소재를 전극으로 이용한 커패시터의 순환전압전류곡선이며, 도 4의 (d)는 실시예 2(Ti3C2Tx@Ni-BTA, 맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 1.25, 열처리 온도 = 40℃)에 따른 전극소재를 전극으로 이용한 커패시터의 순환전압전류곡선이며, 도 4의 (e)는 실시예 3(Ti3C2Tx@Ni-BTA, 맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 1.25, 열처리 온도 = 80℃)에 따른 전극소재를 전극으로 이용한 커패시터의 순환전압전류곡선이며, 도 4의 (f)는 실시예 4(Ti3C2Tx@Ni-BTA, 맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 0.125, 열처리 온도 = 25℃)에 따른 전극소재를 전극으로 이용한 커패시터의 순환전압전류곡선이며, 도 4의 (g)는 실시예 5(Ti3C2Tx@Ni-BTA, 맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 0.125, 열처리 온도 = 40℃)에 따른 전극소재를 전극으로 이용한 커패시터의 순환전압전류곡선이며, 도 4의 (h)는 실시예 6(Ti3C2Tx@Ni-BTA, 맥신층 : 금속-유기 단분자의 중량비 = 1 : 0.125, 열처리 온도 = 80℃)에 따른 전극소재를 전극으로 이용한 커패시터의 순환전압전류곡선이다. 이때, 순환전압전류곡선은 2전극 시스템으로 통해 1~100 mV/s의 스캔 속도로 -0.5-0.5 V의 범위에서 분석되었다. 도시된 바와 같이, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3은 전류 밀도가 낮으며, 순환전압전류곡선의 형태가 에너지 저장 소자용 전극으로는 적합하지 않음을 알 수 있다. 즉, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3은 에너지 저장 소자용 전극으로서의 응용 가능성이 낮다. 반면에, 실시예 4, 실시예 5 및 실시예 6은 순환전압전류곡선의 형태가 비교예 1 보다 상대적으로 직사각형에 가까운 모양을 가지는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 맥신 층 대비 금속-유기 단분자의 함량이 매우 낮은 실시예 4 내지 6의 경우, 높은 스캔 속도에서도 우수한 축전용량을 가지는 것을 알 수 있다.4 is a graph showing a cyclic voltage and current curve of a capacitor using the electrode material according to the present invention as an electrode. In detail, Fig. 4 (a) is a cyclic voltage current curve of a capacitor using pure Ti 3 C 2 T x of Comparative Example 1 as an electrode, and Fig. 4 (b) is a pure Ni-BTA of Comparative Example 2 as an electrode. It is a cyclic voltage current curve of the capacitor used, and FIG. 4(c) shows Example 1 (Ti 3 C 2 T x @Ni-BTA, maxine layer: metal-organic monomolecular weight ratio = 1: 1.25, heat treatment temperature = 25 ℃) is a cyclic voltage and current curve of a capacitor using an electrode material as an electrode, and FIG. 4 (d) is Example 2 (Ti 3 C 2 T x @Ni-BTA, maxine layer: metal-organic monomolecular weight ratio) = 1: 1.25, heat treatment temperature = 40 ℃) is a cyclic voltage and current curve of a capacitor using an electrode material as an electrode, Figure 4 (e) is Example 3 (Ti 3 C 2 T x @Ni-BTA, Maxine layer: - a cyclic voltammetry curve of the capacitor using the electrode material according to 1.25, the heat treatment temperature = 80 ℃) as an electrode, (f) of Figure 4 example 4 (Ti 3 C metal organic monomolecular weight ratio = 1 2 T x @Ni-BTA, maxine layer: metal-organic monomolecular weight ratio = 1: 0.125, heat treatment temperature = 25 ° C.) is a cyclic voltage and current curve of a capacitor using an electrode material as an electrode, ) is the cycle voltage of the capacitor using the electrode material according to Example 5 (Ti 3 C 2 T x @Ni-BTA, maxine layer: metal-organic monomolecular weight ratio = 1: 0.125, heat treatment temperature = 40 ° C) as an electrode It is a current curve, and (h) of FIG. 4 is an electrode according to Example 6 (Ti 3 C 2 T x @Ni-BTA, maxine layer: metal-organic monomolecular weight ratio = 1: 0.125, heat treatment temperature = 80 ° C) This is the cyclic voltage and current curve of a capacitor using a material as an electrode. At this time, the cyclic voltammetry curve was analyzed in the range of -0.5-0.5 V with a scan rate of 1 to 100 mV/s through the two-electrode system. As shown, it can be seen that Comparative Examples 2, 1, 2, and 3 had low current densities, and the shape of the cyclic voltammetry curve was not suitable as an electrode for an energy storage device. That is, Comparative Example 2, Example 1, Example 2, and Example 3 have low application potential as electrodes for energy storage devices. On the other hand, in Examples 4, 5 and 6, it can be seen that the cyclic voltammetry curve has a shape that is relatively closer to a rectangle than that of Comparative Example 1. Through this, it can be seen that Examples 4 to 6, in which the content of metal-organic monomolecules is very low compared to the maxine layer, have excellent capacitance even at a high scan speed.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described with reference to specific matters and limited examples and drawings, but these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (13)

말단기가 구비된 맥신(MXene) 층; 상기 맥신(MXene) 층의 말단기 사이에 층간 삽입된 금속-유기 단분자를 포함하며,
상기 금속-유기 단분자의 유기 단분자는 아민기를 포함하하고,
상기 맥신 층은 하기 화학식 1로 표현되는 단위 맥신(Unit MXene)의 적층체인, 전극소재.
[화학식 1]
Mn+1XnTx
상기 화학식 1에서,
M은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 스칸듐(Sc), 몰리브데넘(Mo), 나이오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 또는 이들의 조합에서 선택되는 전이금속(transition metal)이며,
X는 탄소(C), 질소(N) 또는 이들의 조합이며,
n은 1 내지 3의 정수이며,
Tx는 단위 맥신의 말단기로서, 산소(O), 히드로사이드(OH), 에폭사이드, 탄소수 1-5의 알콕사이드, 플루오라이드(F), 클로라이드(Cl), 브로마이드(Br), 아이오다이드(I), 또는 이들의 조합이다.
MXene layer with end groups; It comprises a metal-organic monomolecule intercalated between the terminal groups of the MXene layer,
The metal-organic monomolecules of the organic monomolecules include an amine group,
The maxine layer is a laminate of the unit maxine (Unit MXene) represented by the following formula (1), an electrode material.
[Formula 1]
M n+1 X n T x
In Formula 1,
M is titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), scandium (Sc), molybdenum (Mo), niobium (Nb) , is a transition metal selected from tantalum (Ta) or a combination thereof,
X is carbon (C), nitrogen (N), or a combination thereof,
n is an integer from 1 to 3,
T x is a terminal group of the unit maxine, oxygen (O), hydroside (OH), epoxide, alkoxide having 1-5 carbon atoms, fluoride (F), chloride (Cl), bromide (Br), iodide (I), or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 전극소재의 층간 거리(d-spacing)는 CuKα선을 이용한 X선 회절 분석 패턴 상 (002)면의 피크로부터 산출된 것으로, 하기 식 1을 만족하는, 전극소재.
(식 1)
Figure 112020060081629-pat00003

(식 1에서, D1은 금속-유기 단분자가 층간 삽입되기 전 맥신의 층간 거리이고, D2는 금속-유기 단분자가 층간 삽입된 맥신의 층간 거리이다.)
According to claim 1,
The interlayer distance (d-spacing) of the electrode material is calculated from the peak of the (002) plane on the X-ray diffraction analysis pattern using CuKα ray, and satisfies Equation 1 below.
(Equation 1)
Figure 112020060081629-pat00003

(In Equation 1, D 1 is the interlayer distance of maxine before the metal-organic monomolecules are intercalated, and D 2 is the interlayer distance of maxine in which the metal-organic monomolecules are intercalated.)
제1항에 있어서,
상기 맥신 층 : 금속-유기 단분자의 중량비는 1 : 0.05 내지 0.5인, 전극소재.
According to claim 1,
The maxine layer: the weight ratio of the metal-organic single molecule is 1: 0.05 to 0.5, the electrode material.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 금속-유기 단분자의 금속은 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 아연(Zn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 로듐 (Rh), 팔라듐 (Pd), 루테늄(Ru) 또는 이들의 조합에서 선택되는, 전극소재.
According to claim 1,
The metal of the metal-organic monomolecule is silver (Ag), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni), zinc (Zn) , selected from cobalt (Co), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), ruthenium (Ru), or a combination thereof, the electrode material.
제1항 내지 제3항 및 제5항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 전극소재를 포함하는 에너지 저장 소자.An energy storage device comprising the electrode material according to any one of claims 1 to 3 and 5. 금속 전구체, 아민기를 포함하는 유기 단분자, 맥신(Mxene) 층 및 용매를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합단계의 혼합물에 환원제를 첨가 후 열처리하는 단계;를 포함하는 전극소재의 제조방법.mixing a metal precursor, an organic monomer containing an amine group, a Mxene layer, and a solvent; and heat-treating after adding a reducing agent to the mixture of the mixing step. 제7항에 있어서,
상기 맥신 층 : 금속 전구체 : 아민기를 포함하는 유기 단분자의 중량비는 1 : 0.03 내지 0.3 : 0.01 내지 0.05인, 전극소재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The maxine layer: the metal precursor: the weight ratio of the organic monomer containing an amine group is 1: 0.03 to 0.3: 0.01 to 0.05, the method of manufacturing an electrode material.
제7항에 있어서,
상기 금속 전구체는 은(Ag), 백금(Pt), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 금(Au), 니켈(Ni), 아연(Zn), 코발트(Co), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 로듐 (Rh), 팔라듐 (Pd), 루테늄(Ru) 또는 이들의 조합에서 선택되는 금속의 할로겐염, 인산염, 질산염, 황산염, 암모늄염, 아세트산염 및 탄산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 전극소재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The metal precursor is silver (Ag), platinum (Pt), tungsten (W), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), nickel (Ni), zinc (Zn), cobalt (Co) , chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), ruthenium (Ru) or a combination thereof halogen salt, phosphate, nitrate, sulfate, ammonium salt, A method of manufacturing an electrode material comprising at least one selected from the group consisting of acetate and carbonate.
제7항에 있어서,
상기 아민기를 포함하는 유기 단분자는 하기 화학식 2로 표현되는 유기 단분자 또는 이들의 염인, 전극소재의 제조방법.
[화학식 2]
Ar-[NH2]n
상기 화학식 2에서,
Ar은 C6 내지 C30의 아릴, 구체적으로 C6 내지 C12의 아릴, 보다 구체적으로 페닐, 나프틸 또는 이들의 조합이며,
n은 Ar의 치환기수에 해당하는 정수, 구체적으로 4이상의 정수이다.
8. The method of claim 7,
The method for producing an electrode material, wherein the organic monomolecules containing the amine group are organic monomolecules represented by the following Chemical Formula 2 or salts thereof.
[Formula 2]
Ar-[NH 2 ] n
In Formula 2,
Ar is C6 to C30 aryl, specifically C6 to C12 aryl, more specifically phenyl, naphthyl, or a combination thereof;
n is an integer corresponding to the number of substituents in Ar, specifically, an integer of 4 or more.
제7항에 있어서,
상기 환원제는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH4OH), 수소화붕소나트륨(NaBH4), 하이드라진(N2H4), 요오드화수소(HI), 황화수소(H2S), 디메틸하이드라진, 하이드로퀴논, 황산(H2SO4), 알루미늄 분말 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 전극소재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The reducing agent is sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), sodium borohydride (NaBH 4 ), hydrazine (N 2 H 4 ), hydrogen iodide (HI), hydrogen sulfide (H 2 S) ), dimethylhydrazine, hydroquinone, sulfuric acid (H 2 SO 4 ), aluminum powder, and a method of manufacturing an electrode material that is selected from the group consisting of combinations thereof.
제7항에 있어서,
상기 용매는 포름아마이드(FA), N-메틸포름아마이드(NMFA), N,N-디메틸포름아마이드(DMF), 아세트아마이드(AA), N-메틸아세트아마이드(NMAA), N-디메틸아세트아마이드(DMA), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸설폭사이드(DMSO), 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate)또는 이들의 혼합물인, 전극소재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The solvent is formamide (FA), N-methylformamide (NMFA), N,N-dimethylformamide (DMF), acetamide (AA), N-methylacetamide (NMAA), N-dimethylacetamide ( DMA), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), propylene carbonate (Propylene carbonate), or a mixture thereof, a method of manufacturing an electrode material.
제7항에 있어서,
상기 열처리는 15 내지 150 ℃의 온도범위에서 수행되는, 전극소재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The heat treatment is performed in a temperature range of 15 to 150 ℃, the method of manufacturing an electrode material.
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