KR20090044307A - Method for preparation of co3o4 thin films having mesoporous structure by electrochemical deposition and co3o4 thin films prepared by the method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기화학 증착법에 의한 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 사산화삼코발트 박막에 관한 것으로, 보다 상세하게는 황산코발트 분말을 증류수에 용해시킨 후, CTAB 분말을 첨가 및 혼합하여 전해질 용액을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 전해질 용액에 기판을 침지하고, 전기화학법으로 증착시켜 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막을 제조하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 제조된 박막으로부터 세척용액을 사용하여 CTAB를 제거하는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 사산화삼코발트 박막에 관한 것이다. 본 발명에 따른 사산화삼코발트 박막은 추가적인 증착 공정없이 소량의 구조 배양물질로도 균일한 중간세공 구조의 사산화삼코발트를 제조할 수 있고, 이로 인해 종래의 기공성이 없던 사산화삼코발트에 비해 비표면적이 증가되어 성능이 월등히 향상될 수 있어 이를 이용한 촉매, 리튬 2차전지 및 슈퍼캐퍼시터의 전극재료 등에 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for producing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure by an electrochemical vapor deposition method, and to a tricobalt tetraoxide thin film manufactured using the same, more specifically, after dissolving cobalt sulfate powder in distilled water, CTAB powder is added And mixing to prepare an electrolyte solution (step 1); Preparing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure by immersing the substrate in the electrolyte solution prepared in step 1 and depositing the same by electrochemical method (step 2); And a method for producing a tricobalt tetraoxide thin film having a mesoporous structure comprising a step (step 3) of removing the CTAB from the thin film prepared in step 2 using a washing solution, and the tricobalt tetraoxide thin film manufactured using the same. . The tricobalt tetraoxide thin film according to the present invention can produce tricobalt tetraoxide having a uniform mesoporous structure even with a small amount of structure culture material without an additional deposition process, thereby increasing the specific surface area compared to tricobalt tetraoxide having no porosity. Since the performance can be significantly improved, it can be usefully used for electrode materials of catalysts, lithium secondary batteries and supercapacitors using the same.

사산화삼코발트(Co3O4), 전기화학 증착, 중간세공 구조, CTAB, Tricobalt tetraoxide (Co3O4), electrochemical deposition, mesoporous structure, CTAB,

Description

전기화학 증착법에 의한 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 사산화삼코발트 박막{Method for preparation of Co3O4 thin films having mesoporous structure by electrochemical deposition and Co3O4 thin films prepared by the method}Method for preparing tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure by electrochemical vapor deposition method and tri-cobalt tetraoxide thin film manufactured using the same {Method for preparation of CO3O4 thin films having mesoporous structure by electrochemical deposition and CO3O4 thin films prepared by the method}

본 발명은 전기화학 증착법에 의한 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 사산화삼코발트 박막에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a tri-cobalt tetraoxide thin film having a mesoporous structure by the electrochemical vapor deposition method and a tri-cobalt tetraoxide thin film manufactured using the same.

도금이란, 보통은 금속 표면에 다른 금속 또는 합금의 얇은 층을 입히는 조작을 말한다. 도금은 서양에서는 로마시대, 동양에서는 중국의 전한 시대부터 시작되었다. 한국에서는 삼국시대에 중국으로부터 기술이 전해져서 많은 불상에 도금이 이용되었다. 고대의 도금은 아말감을 칠하고 수은을 증발시키는 방법, 박을 고열로 고착시키는 방법 등으로 금도금에 한정되었다. Plating usually refers to an operation of coating a thin layer of another metal or alloy on a metal surface. Plating began in the Roman era in the West and in the Chinese tradition in the East. In Korea, technology was transferred from China during the Three Kingdoms period, and many of the statues were used for plating. Ancient plating was limited to gold plating by painting amalgams, evaporating mercury, and fixing foils at high temperatures.

반면 오늘날 일반적으로 도금이라고 하면, 전기도금을 말하는 경우가 많다. 이러한 전기도금의 목적은 장식적인 미화, 방식 및 내마모성, 접촉저항의 개선, 침 탄 방지 등의 공업적인 응용 및 이것들을 겸하는 경우가 있다. 도금방법ㆍ용도에 따라 다소 차이가 있지만, 전기도금의 일반적인 공정은 탈수 → 연마 → 탈지 → 화학적 침지처리 → 전기도금 → 후처리 → 건조의 순서이다. 도금을 개선하는 목적에 따라 분류하면 크게 방식, 표면경화, 표면의 미화, 표면의 평활화 또는 빛 등의 반사율 개선 등으로 나눌 수 있다. 방식은 원재료의 내식성 부족을 보완하고자 특정한 환경 속에서도 견딜 수 있는 금속을 입히는 것을 말하며, 표면경화는 마모에 견딜 수 있도록 소재보다 단단한 금속의 박층을 붙이는 것을 말한다. 또한, 표면의 미화는 귀금속 또는 색채가 아름다운 금속합금의 박층을 물건의 표면에 붙여서 아름답게 보이도록 한 것이며, 표면의 평활화 또는 빛 등의 반사율 개선은 반사율이 높다든지 또는 매우 평활하고 광택이 좋은 금속의 박층을 붙이는 것을 말한다. 이러한 도금 중에서 전기화학 증착법은 전구체에 전기적 에너지를 가하여, 기판 표면에서 화학적 합성을 일으켜 박막을 제조하는 방법을 말한다.On the other hand, in general, plating is often referred to as electroplating. The purpose of such electroplating is sometimes combined with industrial applications such as decorative beautification, anticorrosion and abrasion resistance, improved contact resistance, carburizing and the like. Although there are some differences depending on the plating method and application, the general process of electroplating is the order of dehydration → polishing → degreasing → chemical dipping treatment → electroplating → post treatment → drying. When classified according to the purpose of improving the plating, it can be classified into a method, surface hardening, surface beautification, smoothing of the surface or improving the reflectance of light and the like. In order to compensate for the lack of corrosion resistance of raw materials, it is to apply metal that can endure in a certain environment, and surface hardening refers to attaching a thin layer of metal that is harder than the material to endure abrasion. In addition, the beautification of the surface is made by attaching a thin layer of precious metal or a beautiful metal alloy to the surface of the object to make it look beautiful. Smoothing the surface or improving the reflectance such as light has a high reflectivity or a very smooth and glossy metal. It means to put a thin layer. In such plating, electrochemical deposition refers to a method of producing a thin film by applying electrical energy to a precursor to cause chemical synthesis on the surface of a substrate.

전기화학 증착법은 금속 및 금속산화물의 얇은 막을 합성시킬 때, 합성에 적합한 전구체를 용액 상으로 제조한 뒤, 외부에서 전기에너지를 가하여 기판표면에 증착시키는 방법이다.Electrochemical vapor deposition is a method of preparing a precursor suitable for synthesis into a solution phase when synthesizing a thin film of a metal and a metal oxide, and then depositing on a substrate surface by applying electric energy from the outside.

한편, 코발트의 산화물은 산화코발트(Ⅱ)·산화코발트(Ⅲ)·산화코발트(Ⅳ)·사산화삼코발트 등이 있는데, 이중에 사산화삼코발트는 화학식 Co3O4의 흑색 분말로 비중 6.073이다. 950℃ 이상으로 가열하면 산화코발트(Ⅱ)로 된다. 수산화코발 트를 공기 중에서 가열하면 생긴다. 사산화삼코발트와 여러 가지의 코발트를 기본으로 하는 산화물들은 산소의 발생 및 환원 능력이 우수하여 전기화학적으로 뛰어난 촉매적 활성을 띠고 있기 때문에, 전기 물분해 촉매, 연료전지, 2차전지와 같은 전기화학적 장치에 중요하다. 특히, 중간세공 구조의 사산화삼코발트(Co3O4)는 다공성으로 인해 높은 비표면적을 가지게 되어, 촉매의 활성 면적 증가, 이온의 확산속도의 향상, 높은 전기저장능력 등의 성능향상이 보고된다.Cobalt oxides include cobalt oxide (II), cobalt oxide (III), cobalt oxide (IV), and tricobalt tetraoxide, among which tricobalt tetraoxide is a black powder of the formula Co 3 O 4 , having a specific gravity of 6.073. When it heats more than 950 degreeC, it becomes cobalt oxide (II). It is produced by heating cobalt hydroxide in air. Oxides based on tricobalt tetraoxide and various cobalt oxides have excellent catalytic and electrochemical activity due to their excellent oxygen generation and reduction ability, and therefore, electrochemical devices such as electrolysis catalysts, fuel cells, and secondary cells. Is important. In particular, tricobalt tetraoxide (Co 3 O 4 ) of the medium pore structure has a high specific surface area due to the porosity, the performance improvement of the active area of the catalyst, the improvement of the diffusion rate of ions, high electrical storage capacity is reported.

전기화학 증착법을 이용한 산화코발트 박막 제조방법의 종래기술로는 0.1 내지 0.5 몰의 CoSO4의 수용액을 70 ℃이상의 온도가 되도록 가열하고, 용액의 pH를 조절하기 위해 수산화칼륨을 소량 첨가한 뒤에 3원 전극시스템을 이용하여, 외부에서 일정한 전류 및 전압을 흐르게 하여 백금기판 표면에 산화코발트 박막을 전기증착시키는 방법이 알려져 있다[Journal of Materials Research , 1998, 13, 837-839].In the prior art of the method for producing a cobalt oxide thin film using an electrochemical vapor deposition method, 0.1 to 0.5 mol of aqueous solution of CoSO 4 is heated to a temperature of 70 ° C. or higher, and a small amount of potassium hydroxide is added to control the pH of the solution. a method of using an electrode system, and in the external flow a constant current and voltage electric depositing a cobalt oxide thin film on a platinum substrate surface is known [Journal of Materials Research , 1998 , 13, 837-839].

상기 사산화삼코발트는 슈퍼커패시터의 대표적인 전극재료로써 최근 주목 받고 있다. 슈퍼커패시터는 커패시터의 성능 중 특히 전기 용량의 성능을 중점적으로 강화한 것으로서, 전지의 목적으로 사용하도록 한 부품이다. 전자 회로에 사용되는 커패시터는 전기적으로 축전지와 같은 기능을 갖는다. ‘전력을 모아서 필요에 따라 방출한다’는 것이 기본 취지이며, 전자 회로를 안정되게 동작시키기 위해서는 반드시 필요한 부품의 하나이며, 보통 교류 전원으로부터 공급받아 축전해 두고 전 원이 끊어진 경우에 소전력을 공급할 목적으로 사용된다. 보통 기기 내부에 설치되어 있으며, 설정용 메모리에 전력을 일시적으로 공급하거나 정전시에 작동하는 안전 기기 등에 이용되고 있다.The tricobalt tetraoxide has recently attracted attention as a representative electrode material of the supercapacitor. Supercapacitors focus on enhancing the performance of capacitors, in particular the capacity of capacitors, and are intended to be used for battery purposes. Capacitors used in electronic circuits electrically function like storage batteries. The basic purpose is to `` gather power and release it as needed '', and it is one of the necessary parts to operate electronic circuits stably. Used for the purpose. It is usually installed inside a device, and is used for safety devices that temporarily supply power to a setting memory or operate at a power failure.

이러한 슈퍼커패시터의 전극재료로써, 산화코발트가 가지고 있는 성능을 향상시키기 위해, 나노제조기술이 부합되어 중간세공 구조를 가지는 사산화삼코발트가 최근 발명되었으며, 이 중에서 수열법을 이용한 제조방법[Journal of The Electrochemical society , 2005, 152, A871-A875]은 0.2 몰의 CoSO4 용액에 0.1 몰의 수산화나트륨과 30 %의 과산화수소수를 혼합하여 형성된 겔의 형태를 pH조절과 70 ℃의 가열을 통하여 생성된 침전물을 걸러서 에탄올과 증류수에 세척한 후에, 160 내지 350 ℃에서 열처리하여 합성하는 중간세공 구조의 사산화삼코발트 분말을 제조하는 방법이다.As for the electrode material of such a supercapacitor, to improve the performance in the cobalt oxide it has, is a nano-fabrication techniques meet the sasanhwasam cobalt having a mesopore structure was recently invention, the manufacturing method using the hydrothermal method in [Journal of The Electrochemical society , 2005, 152, A871-A875], prepared by mixing 0.1 mole of sodium hydroxide and 30% hydrogen peroxide solution in 0.2 mole CoSO 4 solution by adjusting pH and heating at 70 ° C. After filtering the precipitate is washed with ethanol and distilled water, it is a method of producing a tripobalt tetraoxide powder having a mesoporous structure synthesized by heat treatment at 160 to 350 ℃.

그러나 상기의 수열법을 통한 중간세공 구조의 산화코발트 제조방법은 제조된 분말을 커패시터의 전극으로 사용하기 위해 다시 전도성 흑연과 같은 집전체 위에 증착시키는 추후 공정이 필수적이며, 이에 따른 공정비용 증가와 추가 증착에 따른 재료의 성능저하가 발생된다. 또한 사산화삼코발트 입자가 가지고 있는 기공이 전체적으로 고르게 발달되어 있지 않아 불규칙적인 중간세공 구조를 가지는 단점이 있다.However, the method of manufacturing cobalt oxide having a mesoporous structure through the hydrothermal method requires a further process of depositing the prepared powder on a current collector such as conductive graphite again to be used as an electrode of a capacitor. Degradation of the material due to deposition occurs. In addition, the pores of the tricobalt tetraoxide particles are not evenly developed as a whole has the disadvantage of having an irregular mesoporous structure.

또한, 대한민국 등록특허 제10-0346925-0000호에는 졸-겔(sol-gel)법을 기초로 무정형 산화코발트를 제조하여 비표면적이 크고 내부저항이 적어 성능 및 수명이 크게 향상된 슈퍼커패시터용 산화코발트 전극의 제조방법에 대해 개시되어 있다.In addition, the Republic of Korea Patent No. 10-0346925-0000 has prepared a cobalt oxide based on the sol-gel method (cobalt oxide for supercapacitors having a large specific surface area and low internal resistance significantly improved performance and lifespan) A method for producing an electrode is disclosed.

상기 특허는 간단한 제조방법으로도 산화코발트 분말을 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 수득된 산화코발트 분말을 다시 원하는 기판에 증착하는 추가적인 단계가 요구되며, 침전에 의해 산화코발트의 입자를 수득하기 때문에, 수 나노 이하의 기공을 갖는 산화코발트 입자를 수득하기는 어렵다는 단점이 있다.The above patent has the advantage of obtaining cobalt oxide powder even with a simple manufacturing method, but an additional step of depositing the obtained cobalt oxide powder on a desired substrate is required, and because precipitation of cobalt oxide particles is obtained, There is a disadvantage that it is difficult to obtain cobalt oxide particles having pores smaller than nanometers.

이에 본 발명자는 종래의 전기증착법이 가지고 있는 장점을 이용하여, 합성과 동시에 전극으로 사용가능하므로 추후 공정이 필요없고, 벌크상태의 미셀 형성이 아닌 기판표면에서의 미셀(micelle) 형성으로 계면활성제의 사용을 최소화 할 수 있으며, 제조된 입자가 전체적으로 고르게 분포하여 규칙적인 중간세공 구조의 사산화삼코발트 박막의 제조방법을 알아내었고, 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors use the advantages of the conventional electrodeposition method, and can be used as an electrode at the same time as the synthesis, so that no further process is required and the surfactant is formed by forming micelles on the surface of the substrate instead of the bulk micelles. To minimize the use, evenly distributed throughout the particles produced to find a method for producing a tricobalt tetraoxide thin film having a regular mesoporous structure, and completed the present invention.

본 발명의 목적은 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method for producing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure.

본 발명의 다른 목적은 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 사산화삼코발트 박막을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a tri-cobalt tetraoxide thin film having a mesoporous structure and a tri-cobalt tetraoxide thin film manufactured using the same.

본 발명에 따른 사산화삼코발트 박막은 종래의 제조방법에서 필수적으로 요구되는 추가적인 증착 공정의 수행이 필요없으므로, 처리 공정의 단순화 및 비용 절감의 효과가 있다. 또한 소량의 구조 배양물질로도 균일한 중간세공 구조의 사산화삼코발트를 제조할 수 있고, 이로 인해 종래의 기공성이 없는 사산화삼코발트에 비해 비표면적이 증가되어 성능이 월등히 향상될 수 있어 이를 이용한 촉매, 리튬 2차전지 및 슈퍼커패시터의 전극재료 등에 유용하게 사용될 수 있다.The tricobalt tetraoxide thin film according to the present invention does not need to perform an additional deposition process that is essentially required in the conventional manufacturing method, thereby simplifying the processing process and reducing costs. In addition, even a small amount of the structural culture material can be produced in the triad cobalt tetraoxide with a uniform mesoporous structure, this can increase the specific surface area compared to the conventional tripobalt tetraoxide without porosity, thereby significantly improving the performance of the catalyst, It can be usefully used for electrode materials of lithium secondary batteries and supercapacitors.

본 발명은 황산코발트(CoSO4) 분말을 증류수에 용해시킨 후, 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide; 이하 "CTAB"라 한다) 분말을 첨가 및 혼합하여 전해질 용액을 제조하는 단계(단계 1); The present invention comprises the steps of dissolving cobalt sulfate (CoSO 4 ) powder in distilled water, and then adding and mixing the cetyltrimethylammonium bromide (hereinafter referred to as "CTAB") powder to prepare an electrolyte solution (step 1);

상기 단계 1에서 제조된 전해질 용액에 기판을 침지하고, 전기화학법으로 증착시켜 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막을 제조하는 단계(단계 2); 및Preparing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure by immersing the substrate in the electrolyte solution prepared in step 1 and depositing the same by electrochemical method (step 2); And

상기 단계 2에서 제조된 박막으로부터 세척용액을 사용하여 CTAB를 제거하는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure comprising the step (step 3) of removing the CTAB from the thin film prepared in step 2 using a washing solution.

이하, 본 발명을 단계별로 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail step by step.

본 발명에 따른 상기 단계 1은 황산코발트(CoSO4) 분말을 증류수에 용해시킨 후, CTAB 분말을 첨가 및 혼합하여 전해질 용액을 제조하는 단계이다.Step 1 according to the present invention is a step of preparing an electrolyte solution by dissolving cobalt sulfate (CoSO 4 ) powder in distilled water, and then adding and mixing the CTAB powder.

상기 황산코발트는 0.01 내지 2 M 농도로 하여 사용할 수 있다. 이때, 상기 황산코발트 분말의 첨가량이 0.01 M 미만일 경우 전기화학 증착시 사산화삼코발트 박막이 합성되기 어렵고, 반면 황산코발트 분말의 첨가량이 2 M을 초과할 경우에는 첨가량 대비 박막의 합성속도가 더 이상 증가하지 않는다.The cobalt sulfate may be used in a concentration of 0.01 to 2 M. At this time, when the addition amount of the cobalt sulfate powder is less than 0.01 M tricobalt tetraoxide thin film is difficult to synthesize during the electrochemical deposition, while when the addition amount of the cobalt sulfate powder exceeds 2 M, the synthesis rate of the thin film is no longer increased compared to the addition amount. Do not.

한편, 상기 CTAB는 계면활성제의 일종으로서, 황산코발트와 상호작용을 일으 킴으로써 전기증착시 기판 표면에서 미셀을 형성하여 기공이 전체적으로 고르게 발달된 중간세공 구조의 사산화삼코발트를 형성시키는 역할을 하는 구조 배양물질로 사용된다. On the other hand, the CTAB is a kind of surfactant, by interacting with cobalt sulfate to form a micelle on the surface of the substrate during the electrodeposition of the structure to form a tripobal tetraoxide of the mesoporous structure in which the pores are evenly developed as a whole Used as a substance.

상기 단계 1에서 CTAB는 1 내지 10 중량%를 첨가할 수 있다. 이 경우, 상기 사용되는 CTAB의 첨가량이 1 중량% 미만일 경우에는 미셀이 형성되기 어려운 문제가 있고, 반면 CTAB의 첨가량이 10 중량%를 초과할 경우에는 첨가량에 비하여 더 이상 미셀의 형성이 증가하지 않으며, 규칙적인 중간세공 구조의 사산화삼코발트를 제조하기 어려운 문제가 있다. CTAB in step 1 may be added 1 to 10% by weight. In this case, when the amount of CTAB to be used is less than 1% by weight, micelles are difficult to form. On the other hand, when the amount of CTAB to be added is more than 10% by weight, the formation of micelles is no longer increased compared to the amount of addition. There is a problem that it is difficult to manufacture tricobalt tetraoxide in a regular mesoporous structure.

본 발명에 따른 상기 단계 2는 단계 1에서 제조된 전해질 용액에 기판을 침지하고, 전기화학법으로 증착시켜 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막을 제조하는 단계이다.Step 2 according to the present invention is a step of preparing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure by immersing the substrate in the electrolyte solution prepared in step 1, and deposited by an electrochemical method.

상기 단계 2의 전해질로부터 중간세공 구조의 사산화삼코발트를 증착시키기 위해서는 전기에너지와 함께 열에너지가 필요하다. 증착되는 동안 전해질 용액은 10 내지 90 ℃의 온도를 일정하게 유지하여 사용할 수 있다. 이때, 상기 전해질 용액의 온도가 10 ℃ 미만일 경우에는 산화코발트의 충분한 증착을 기대하기 어려울 뿐만 아니라 구조 배양물질의 역할을 하는 CTAB의 용해가 어렵게 된다. 반면 상기 전해질 액의 온도가 90 ℃를 초과한 경우에는 증류수의 빠른 증발속도로 인하여 균일한 중간세공 구조를 형성하기 어렵게 된다.In order to deposit tricobalt tetraoxide having a mesoporous structure from the electrolyte of step 2, thermal energy is required together with electrical energy. The electrolyte solution can be used while maintaining a constant temperature of 10 to 90 ℃ during deposition. In this case, when the temperature of the electrolyte solution is less than 10 ℃, it is difficult to expect sufficient deposition of cobalt oxide, as well as difficult to dissolve CTAB, which serves as a structural culture material. On the other hand, when the temperature of the electrolyte solution exceeds 90 ℃ it is difficult to form a uniform mesoporous structure due to the rapid evaporation rate of distilled water.

아울러 상기 단계 2의 전기화학 증착시 전압은 0.1 내지 5 V 범위로 가할 수 있다. 이 경우 전압이 0.1 V 미만일 경우에는 충분한 중간세공 구조의 증착을 기대하기 어렵고, 전압이 5 V를 초과하는 경우에는 가하는 전압 대비 더 이상의 증착량의 증가는 발생하지 않는다.In addition, the voltage during the electrochemical deposition of step 2 may be added in the range 0.1 to 5V. In this case, when the voltage is less than 0.1 V, it is difficult to expect the deposition of a sufficient mesoporous structure, and when the voltage exceeds 5 V, no increase in the amount of deposition more than the applied voltage occurs.

나아가 전기화학 증착시 증착 시간은 1 초 내지 60 분 범위에서 선택하여 합성박막의 두께를 조절할 수 있다. 이 경우 증착 시간이 1 초 미만일 경우에는 입자가 충분히 성장히지 못하여 가시적으로 확인하기 어려운 문제가 있고, 증착 시간이 60 분을 초과하는 경우에는 박막의 두께가 크게 증가되어 박막의 기판 접착력이 중력을 이겨내지 못하여 떨어지는 문제가 있다.Furthermore, the deposition time during electrochemical deposition can be selected in the range of 1 second to 60 minutes to adjust the thickness of the synthetic thin film. In this case, when the deposition time is less than 1 second, the particles do not grow sufficiently and are difficult to visually identify. When the deposition time exceeds 60 minutes, the thickness of the thin film is greatly increased so that the substrate adhesion of the thin film does not overcome gravity. There is a problem falling.

한편, 상기 전기화학 증착은 3원 전극시스템을 사용할 수 있으며, 이 경우 기준전극을 Ag/AgCl전극 또는 SCE 전극으로, 상대전극을 백금전극으로, 작업전극을 증착되는 기판으로 하여 실시할 수 있다.Meanwhile, the electrochemical deposition may use a three-way electrode system. In this case, the reference electrode may be an Ag / AgCl electrode or an SCE electrode, the counter electrode may be a platinum electrode, and the working electrode may be a substrate to be deposited.

상기 단계 2의 기판을 특별히 한정하는 것은 아니나, 바람직하게는 ITO 유리, 스테인레스 스틸, 흑연, 백금판 등을 사용할 수 있으며, 증착하고자 하는 기판을 사용하기 위해 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 세척시 사용되는 용액으로 C1 내지 C4의 알콜과 아세톤의 혼합용액을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이소프로판올과 아세톤이 1:1로 혼합된 용액을 사용할 수 있다.The substrate of step 2 is not particularly limited, but preferably ITO glass, stainless steel, graphite, platinum plate, or the like may be used, and the method may further include washing to use the substrate to be deposited. As a solution used for washing, a mixed solution of C 1 to C 4 alcohol and acetone may be used. Preferably, a solution in which isopropanol and acetone is mixed in a 1: 1 ratio may be used.

본 발명에 따른 상기 단계 3은 단계 2에서 제조된 박막으로부터 세척용액을 사용하여 CTAB를 제거하는 단계이다.Step 3 according to the present invention is a step of removing CTAB using a washing solution from the thin film prepared in step 2.

산화코발트 입자를 기판 표면에 증착시킬 때, 기판에 증착된 구조 배양물질을 제거하는 방법에는 소성법과 추출법이 있다. 일반적으로 두 가지 방법이 모두 사용되고 있으며, 본 발명에 따른 전기화학 증착법에 의한 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법에 있어서, 구조배양물질의 제거방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 다만, 소성법의 경우는 열에너지에 의해 입자끼리 서로 뭉치는 현상이 발생하게 되어, 합성된 중간세공 구조가 파괴될 위험이 있어 본 발명에서는 추출법을 사용하는 것이 바람직하다.When the cobalt oxide particles are deposited on the substrate surface, there are a firing method and an extraction method for removing the structural culture material deposited on the substrate. In general, both methods are used, and in the method for producing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure by the electrochemical vapor deposition according to the present invention, there is no particular limitation on the method of removing the structural culture material. However, in the case of the calcination method, particles are agglomerated with each other due to thermal energy, and there is a risk of breaking the synthesized mesoporous structure. Therefore, the extraction method is preferably used in the present invention.

상기 CTAB는 중간세공 구조를 형성하기 위한 미셀을 구축하는 구조 배양물질로서, 상기 단계 3의 세척용액에 의해 박막에서 제거될 수 있다. The CTAB is a structural culture material for constructing micelles for forming the mesoporous structure, and may be removed from the thin film by the washing solution of step 3.

상기 세척용액으로는 증류수, C1 내지 C3 알콜, 이들의 혼합용액 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 증류수와 C1 내지 C3 알콜의 혼합용액을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 증류수와 에탄올의 1:1 혼합용액을 사용할 수 있다. As the washing solution, distilled water, C 1 to C 3 alcohol, a mixed solution thereof, and the like may be used. Preferably, a mixed solution of distilled water and C 1 to C 3 alcohol may be used, and more preferably distilled water and ethanol. 1: 1 mixed solution can be used.

상기 세척용액에 상기 단계 2에서 제조된 박막을 담그고, 제조된 박막을 고정한 후, 용액을 1시간 동안 교반시킴으로서 CTAB를 제거할 수 있다.After dipping the thin film prepared in Step 2 in the washing solution, fixing the thin film prepared, the CTAB may be removed by stirring the solution for 1 hour.

또한, 상기 혼합용액에 의해 세척된 기판은 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 건조 방법을 특별히 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는 상온의 공기분위기에서 24시간 동안 건조시킨다.In addition, the substrate washed by the mixed solution may further comprise the step of drying. The drying method is not particularly limited but is preferably dried in an air atmosphere at room temperature for 24 hours.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조되는 중간세공 구조의 사산화삼 코발트 박막을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a tri-cobalt tetraoxide thin film having a mesoporous structure prepared by the manufacturing method.

상기 제조방법에 의해 제조되는 중간세공 구조의 사산화삼코발트 박막은 1 내지 5 ㎚의 기공과 1 내지 5 ㎚의 입자두께를 가질 수 있다. 이러한 균일한 크기의 기공 및 입자두께를 갖는 중간세공 구조는 증착되는 박막의 비표면적을 증가시킴과 동시에 균일한 기공의 발달로 인한 이온의 확산속도 향상으로 박막의 성능이 향상될 수 있다.The tricobalt tetraoxide thin film of the mesoporous structure manufactured by the method may have a pore size of 1 to 5 nm and a particle thickness of 1 to 5 nm. The mesoporous structure having a uniform pore size and particle thickness increases the specific surface area of the thin film to be deposited, and at the same time, the performance of the thin film can be improved by improving the diffusion rate of ions due to the development of uniform pores.

이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and drawings. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.

<< 실시예Example 1> 중간세공 구조의  1> of mesoporous structure 사산화삼코발트Samcobalt tetraoxide 박막의 제조 Manufacture of thin film

단계 1: Step 1: CoSOCoSO 44 의 분말과 Powder and CTABCTAB 분말을 사용한 전해질 용액의 제조 Preparation of Electrolyte Solution Using Powder

본 발명의 중간세공 구조의 사산화삼코발트 박막의 합성을 위해 하기와 같이 전해질 용액을 제조하였다.An electrolyte solution was prepared as follows for the synthesis of the tricobalt tetraoxide thin film of the mesoporous structure of the present invention.

50 ㎖ 비커에 2.83 g의 황산코발트(CoSO4) 분말을 정량하여 넣고, 증류수를 전체용액이 50 ㎖가 되도록 채우고, 5 분가량 교반하여 용질을 완전히 용해시켰다. 상기 제조된 용액에 CTAB를 0.5 g 정량하여 넣고, 5 분가량 반응시켜 완전히 용해시키고, 여기에 황산(H2SO4)을 소량 첨가하여 pH를 2로 적정하였다.2.83 g of cobalt sulfate (CoSO 4 ) powder was quantitatively placed in a 50 ml beaker, distilled water was filled to 50 ml of total solution, and stirred for 5 minutes to completely dissolve the solute. 0.5 g of CTAB was quantified into the prepared solution, reacted for about 5 minutes to completely dissolve, and a small amount of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) was added thereto to titrate to pH 2.

단계 2: 전기화학 증착법을 통한 Step 2: Through Electrochemical Deposition 사산화삼코발트Samcobalt tetraoxide 박막의 제조 Manufacture of thin film

상기 단계 1에서 제조된 용액을 가열하기 위하여, 실리콘 오일이 들어 있는 용기에 상기 단계 1의 용액이 들어 있는 비커를 담그고, 가열기를 이용하여 용액의 온도가 70 ℃로 일정하게 유지되도록 조절하여 가열하였다. 이때 증류수의 증발을 최소화하기 위해 비커의 상부를 실리콘 뚜껑을 사용하여 봉합하였다.To heat the solution prepared in step 1, the beaker containing the solution of step 1 was immersed in a container containing silicone oil, and heated by adjusting the temperature of the solution to be kept at 70 ° C. using a heater. . At this time, the top of the beaker was sealed using a silicone lid to minimize evaporation of distilled water.

기판으로 사용되는 ITO 유리의 불순물을 제거하기 위하여, ITO 유리를 세척액(isopropanol : acetone = 1:1 혼합용액)에 담그고 초음파 세척기로 20분간 세척하였다. 상기 세척된 ITO 유리를 증류수에 헹구고, 공기총을 이용하여 건조시켰다. 상기 ITO 유리를 전기증착 하기 위하여 기준전극은 Ag/AgCl 전극으로, 상대 전극은 백금으로, 작업전극은 상기 세척된 ITO 유리를 사용하여 3원 전극 시스템을 준비하였다.In order to remove impurities of the ITO glass used as the substrate, the ITO glass was immersed in a washing solution (isopropanol: acetone = 1: 1 mixed solution) and washed with an ultrasonic cleaner for 20 minutes. The washed ITO glass was rinsed in distilled water and dried using an air gun. In order to electro-deposit the ITO glass, a three-electrode system was prepared using an Ag / AgCl electrode, a counter electrode of platinum, and a working electrode of the washed ITO glass.

상기 단계 1에서 제조된 70 ℃의 전해질 용액에 각각의 전극을 반응기에 넣고, 기준전극을 기준으로 1.5 V의 전압차를 반응기에 10 분간 가해주어 ITO 유리판에 사산화삼코발트 박막을 제조하였다.Each electrode was placed in a reactor in the electrolyte solution at 70 ° C. prepared in Step 1, and a voltage difference of 1.5 V was applied to the reactor for 10 minutes based on the reference electrode to prepare tricobalt tetraoxide thin film on an ITO glass plate.

단계 3: 용액세척법을 통한 Step 3: through solution washing CTABCTAB 의 추출 및 건조Extraction and drying

상기 단계 2에서 제조된 사산화삼코발트가 증착된 ITO 유리 기판을 세척액(증류수 : 에탄올 = 1:1 혼합용액)에 담그고, 이를 1시간 동안 교반시켜 박막을 세척하였다. 상기 세척이 끝난 사산화삼코발트 박막을 상온의 공기분위기에서 24시간 건조하였다.The ITO glass substrate on which tricobalt tetraoxide prepared in step 2 was deposited was immersed in a washing solution (distilled water: ethanol = 1: 1 mixed solution), and stirred for 1 hour to wash the thin film. The washed tricobalt tetraoxide thin film was dried in an air atmosphere at room temperature for 24 hours.

<< 비교예Comparative example 1> 중간세공 구조가 없는  1> without mesoporous structure 사산화삼코발트Samcobalt tetraoxide 박막의 제조 Manufacture of thin film

상기 실시예 1의 단계 1에서 CTAB를 넣는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 중간세공 구조가 없는 사산화삼코발트 박막을 제조하였다.A tricobalt tetraoxide thin film was prepared in the same manner as in Example 1, except that CTAB was added in Step 1 of Example 1.

<< 비교예Comparative example 2> 구조 배양물질로  2> As structure culture material SDSSDS (( sodiumsodium dodecyldodecyl sulfatesulfate )를 사용한 중간세공 구조의 Of mesoporous structure using 사산화삼코발트Samcobalt tetraoxide 박막의 제조 Manufacture of thin film

상기 실시예 1의 단계 1에서 구조 배양물질로 양이온 계면활성제인 CTAB 대신 음이온 계면활성제인 SDS를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막을 제조하였다. In step 1 of Example 1, instead of CTAB, which is a cationic surfactant, as the structure culture material, a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure was prepared in the same manner as in Example 1 above.

<< 실험예Experimental Example 1>  1> 사산화삼코발트Samcobalt tetraoxide 박막의 전자현미경 관찰 Electron Microscope Observation

상기 실시예 1에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 미세세공 구조 및 표면의 입자 형태를 관찰하기 위하여 투과전자현미경 및 주사전자현미경을 통하여 관찰하였다.In order to observe the microporous structure and the particle shape of the surface of the tri-cobalt tetraoxide thin film prepared in Example 1 was observed through a transmission electron microscope and a scanning electron microscope.

상기 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 미세세공구조 및 표면의 입자 형태를 관찰하기 위하여 투과전자현미경 및 주사전자현미경으로 제조된 사산화삼코발트 박막을 관찰하고, 이를 도 1도 2에 나타내었다.In order to observe the microporous structure and the particle shape of the surface of the tri-cobalt tetraoxide thin film prepared by Example 1 and Comparative Example 1 and observed the tri-cobalt tetraoxide thin film prepared by transmission electron microscope and scanning electron microscope, this is shown in Figs . 2 is shown.

도 1을 참조하면, 상기 실시예 1에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 투과 전자현미경 사진(Philps, CM200)에서 입자(어두운영역)와 기공(밝은영역)의 명암차이가 나타나는 것으로 보아, 나노영역의 균일한 중간세공 구조를 가지는 다공성 입자구조를 형성하였음을 알 수 있었다.Referring to FIG. 1 , in the transmission electron micrograph (Philps, CM200) of the tricobalt tetraoxide thin film manufactured by Example 1, the contrast between the particles (dark region) and the pores (bright region) appears to appear. It was found that a porous particle structure having a uniform mesoporous structure was formed.

또한, 도 2를 참조하면, 비교예 1에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 주사전자현미경 사진인 (a)에는 전기화학 증착법으로 합성된 일반적인 사산화삼코발트의 표면 입자 형태(나뭇잎 모양)를 나타내는 반면에, 실시예 1에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 주사전자현미경 사진인 (b)에는 첨가된 CTAB의 영향으로 변형된 표면 입자 형태(구 모양)를 보여주고 있다(Hitach, S-4200).In addition, referring to Figure 2 , (a) is a scanning electron micrograph of the tri-cobalt tetraoxide thin film prepared by Comparative Example 1 shows the surface particle shape (leaf shape) of the general tri-cobalt tetraoxide synthesized by the electrochemical vapor deposition method, Scanning electron micrograph (b) of the tricobalt tetraoxide thin film prepared in Example 1 shows the surface particle shape (sphere shape) modified by the influence of the added CTAB (Hitach, S-4200).

<< 실험예Experimental Example 2> X선  2> X-ray 회절분석Diffraction analysis

상기 실시예 1에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 미세세공구조 특성을 분석하기 위하여 사산화삼코발트 박막을 소각영역(2θ = 1 ~ 10o)에서 소각 X-선 회절분석기(Rigaku, Mini flex)를 이용하여 분석하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.In order to analyze the microporous structure characteristics of the tricobalt tetraoxide thin film prepared in Example 1, the tricobalt tetraoxide thin film was used in an incineration region (2θ = 1 to 10 o) using an incineration X-ray diffractometer (Rigaku, Mini flex). analysis and the results are shown in Fig.

도 3을 참조하면, 소각 X-선 회절 데이터인 2θ수치 1.40는 나노영역에서 입자와 세공의 배열 패턴을 나타내며, 박막 시료의 전체를 측정하는 것이므로 이로부터 중간세공 구조가 합성된 시료 전체영역에 걸쳐 균일하게 제조되었음을 알 수 있었다. 또한 합성된 박막을 세척용액을 사용하여 세척하기 전과 후의 X-ray 회절 분석을 한 결과 본 발명에서 합성된 중간세공 구조의 사산화삼코발트 박막은 구조적으로 매우 안정한 미세세공 구조를 가지고 있음을 알 수 있었다. Referring to FIG. 3 , an incidence X-ray diffraction data having a 2θ value of 1.40 represents an array pattern of particles and pores in a nano-area, and measures an entire thin film sample, and thus, an entire microstructure of the intermediate pore structure is synthesized therefrom. It can be seen that the uniform production. In addition, X-ray diffraction analysis before and after washing the synthesized thin film using the cleaning solution, it can be seen that the tripobal tetraoxide thin film synthesized in the present invention has a very stable microporous structure.

이와달리 도 4를 참조하면, SDS를 구조배양 물질로 사용하여 합성한 중간세공구조의 사산화삼코발트 박막은 구조적인 안정성이 크게 떨어져, 세척과정에서 형성된 중간세공구조가 무너짐을 관찰할 수 있었다.On the contrary, referring to FIG. 4 , the tri-cobalt tetraoxide thin film of the mesoporous structure synthesized using SDS as a structural culture material was greatly degraded in structural stability, and it was observed that the mesoporous structure formed during the washing process collapsed.

<< 실험예Experimental Example 3>  3> 사산화삼코발트Samcobalt tetraoxide 박막의 구성성분의 분석 Analysis of Components of Thin Films

상기 실시예 1에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 구성성분을 알아보기 위하여 하기와 같은 실험을 진행하였다.In order to determine the components of the tricobalt tetraoxide thin film prepared in Example 1, the following experiment was conducted.

상기 실시예 1에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 구성성분을 알아보기 위하여 광전자분광기(X-ray photoelectron spectroscopy, SPECS, EA200)를 이용하여 분석하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.In order to determine the constituents of the tricobalt tetraoxide thin film prepared in Example 1, the photoelectron spectrometer (X-ray photoelectron spectroscopy, SPECS, EA200) was analyzed. The results are shown in Fig.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 박막의 결합에너지 피크 위치가 왼쪽부터 Co2p1/2(795.5) 및 Co2p3/2(780.6)를 나타냄으로써, 상기 박막의 화학적 결합상태가 사산화삼코발트라는 것을 알 수 있다. 이는 문헌들을 살펴보았을 때, 사산화삼코발트에 대한 광전자 분광기 분석 결과와 일치함을 알 수 있다[J. Phys . Chem . B, 2006, 110, 6871-6880.].Referring to FIG. 5 , the peak position of the binding energy of the thin film of Example 1 according to the present invention indicates Co 2 p 1/2 (795.5) and Co 2 p 3/2 (780.6) from the left, so that the chemical bonding state of the thin film is tricobalt tetraoxide. It can be seen that. This is consistent with the results of photoelectron spectroscopy analysis of tricobalt tetraoxide in the literature [ J. Phys . Chem . B , 2006, 110, 6871-6880.].

<< 실험예Experimental Example 4>  4> 순환전압전류법을Cyclic voltammetry 통한 전기화학적 거동 분석 Electrochemical behavior through

상기 실시예 1에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 전극촉매로써의 성능을 비교분석하기 위하여 상기 비교예 1, 비교예 2에 의해 제조된 비세공구조의 사산화삼코발트 박막 및 무너진 세공구조의 사산화삼코발트 박막과 실시예 1에 의해 제조 된 중간세공 구조의 사산화삼코발트 박막을 이용하여 하기와 같은 실험을 진행하였다.In order to compare and analyze the performance of the tricobalt tetraoxide thin film prepared in Example 1 as an electrode catalyst, the tri-cobalt tetraoxide thin film and the non-porous tricobalt tetraoxide thin film of the non-porous structure prepared by Comparative Examples 1 and 2 and Using the tri-cobalt tetraoxide thin film of the mesoporous structure prepared in Example 1 was carried out the following experiment.

상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 전기화학적 특성을 알아보기 위하여 포텐셔스테이트(Potentiostat, Princeton Applied Research, VSP)를 이용하여 1 몰의 NaOH 전해액에서 순환전압전류법으로 분석하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.In order to determine the electrochemical characteristics of the tricobalt tetraoxide thin films prepared by Examples 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 using a potentstate (Potentiostat, Princeton Applied Research, VSP) circulating voltage in 1 mol of NaOH electrolyte Analyzes were made by amphoteric analysis. The results are shown in Fig.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예 1의 박막은 비교예 1 및 비교예 2와 비교할 때 단위면적당 매우 높은 전류밀도를 나타냄으로써, 슈퍼커패시터와 같은 전기화학장치의 전극재료로 사용되었을 경우 비세공구조의 사산화삼코발트에 비교하여 높은 전기저장용량과 빠른 충방전 속도를 가지고 있음을 알 수 있었다. 또한 SDS를 구조배양물질로 사용한 비교예 2의 경우, 비록 합성된 중간세공구조가 안정하지 못하여 붕괴되었으나, 부분적으로 존재하는 기공들로 인하여 비교예 1의 비세공구조의 사산화삼코발트 보다 높은 전류밀도를 나태내었다. 따라서 본 발명에서 제조되는 중간세공 구조의 사산화삼코발트는 전기화학장치의 전극재료로써 기존의 전극재료보다 우수한 성능을 가지고 있음을 알 수 있었다.Referring to FIG. 6 , the thin film of Example 1 of the present invention exhibits a very high current density per unit area when compared to Comparative Examples 1 and 2, and thus, when used as an electrode material of an electrochemical device such as a supercapacitor, It was found that it has higher electric storage capacity and faster charge / discharge rate compared to the pore structure of tricobalt tetraoxide. In addition, in the case of Comparative Example 2 using SDS as a structural culture material, although the synthesized mesoporous structure was not stable and collapsed, due to the partially present pores, the current density was higher than that of the non-porous tricobalt tetraoxide of Comparative Example 1. Sloth. Therefore, it was found that tricobalt tetraoxide of the mesoporous structure manufactured in the present invention has superior performance as the electrode material of the electrochemical device.

<< 실험예Experimental Example 5> 방전곡선( 5> discharge curve ( DischargeDischarge curvecurve ) 분석을 통한 전기 용량 평가) Capacitance evaluation through analysis

상기 실시예 1에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 초고용량 커패시터로써의 전기 용량 평가를 위하여 상기 비교예 1과 비교예 2에 의해 제조된 비세공 구조의 사산화삼코발트 박막 및 무너진 세공구조의 사산화삼코발트 박막과 실시예 1에 의해 제조된 중간세공 구조의 사산화삼코발트 박막을 이용하여 하기와 같은 실험을 진행하였다.In order to evaluate the capacitance of the tri-cobalt tetraoxide thin film prepared in Example 1 as a supercapacitor, the tri-cobalt tetraoxide thin film and non-porous tricobalt tetraoxide thin film prepared in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 and Using the tri-cobalt tetraoxide thin film of the mesoporous structure prepared in Example 1 was carried out the following experiment.

상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 의해 제조된 사산화삼코발트 박막의 전기 용량 평가를 위하여 포텐셔스테이트를 이용하여 1 몰의 NaOH 전해액에서 방전특성을 분석하였다. 1 A/g의 일정전류를 가하여 방전 용량을 측정하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.In order to evaluate the capacitance of the tricobalt tetraoxide thin films prepared in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the discharge characteristics were analyzed in a 1 mole NaOH electrolyte solution using a potentiometer. Discharge capacity was measured by applying a constant current of 1 A / g, and the results are shown in FIG. 7 .

도 7을 참조하면, 실시예 1의 중간세공구조의 사산화삼코발트 박막은 전기 용량이 488 F/g으로 비교예 1의 255 F/g보다 약 두 배 높은 전기 용량을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 전기 용량은 C = (I·△t)/(m·△V)의 식을 사용하여 계산하였으며, 이 경우 I는 방전 전류, △t는 방전시간, m은 재료의 무게, △V는 전위차를 의미한다.Referring to FIG. 7 , it was confirmed that the tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure of Example 1 had an electric capacity of about 488 F / g and about twice higher than that of 255 F / g of Comparative Example 1. The capacitance was calculated using the formula C = (I · Δt) / (m · ΔV), where I is the discharge current, Δt is the discharge time, m is the weight of the material, and ΔV is the potential difference. it means.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 ITO 유리 위에 증착된 중간세공 구조의 사산화삼코발트을 나타내는 투과전자현미경사진이고((a)의 배율: 41000X, (b)의 배율: 30000X), 1 is a transmission electron micrograph showing the tricobalt tetraoxide of the mesoporous structure deposited on ITO glass prepared according to an embodiment of the present invention (magnification of (a): 41000X, (b): 30000X),

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 세공구조가 없는 사산화삼코발트 박막(a)과 중간세공 구조를 가지는 사산화삼코발트 박막(b)을 비교하기 위해 ITO 유리 위에 증착된 박막의 주사전자현미경사진이고, FIG. 2 is a scanning electron micrograph of a thin film deposited on ITO glass to compare a tri-cobalt tetraoxide thin film (a) having no pore structure and a tri-cobalt tetraoxide thin film (b) having an intermediate pore structure prepared according to an embodiment of the present invention. ego,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 소각 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이고, 3 is a graph showing the results of incineration X-ray diffraction analysis of the tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure prepared according to an embodiment of the present invention,

도 4는 본 발명의 비교예 2에 따라 SDS를 사용하여 제조된 사산화삼코발트 박막의 소각 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이고, 4 is a graph showing the results of incineration X-ray diffraction analysis of the tricobalt tetraoxide thin film prepared using SDS according to Comparative Example 2 of the present invention,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 중간세공 구조의 사산화삼코발트 박막의 광전자분석기 결과를 나타낸 그래프이고, Figure 5 is a graph showing the results of the optoelectronic analyzer of the tri-cobalt tetraoxide thin film of the mesoporous structure prepared according to an embodiment of the present invention,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 CTAB를 사용하여 제조된 중간세공 구조의 사산화삼코발트 박막과 비교예 1과 비교예 2에 의해 합성된 무너진 세공구조 및 비세공 구조의 사산화삼코발트 박막의 순환전압전류 분석결과를 나타낸 그래프이고, 6 is a circulating voltage of tri-cobalt tetraoxide thin film of the mesoporous structure prepared by using CTAB and the collapsed pore structure and non-porous structure of the thin porous film synthesized by Comparative Example 1 and Comparative Example 2 according to an embodiment of the present invention This graph shows the current analysis results.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 CTAB를 사용하여 제조된 중간세공 구조의 사산화삼코발트 박막과 비교예 1 및 비교예 2에 의해 합성된 사산화삼코발트 박막의 전기 용량의 분석결과를 나타낸 그래프이다. Figure 7 is a graph showing the analysis results of the capacitance of the tri-cobalt tetraoxide thin film of the intermediate pore structure prepared by using the CTAB according to an embodiment of the present invention and the tricobalt tetraoxide thin film synthesized by Comparative Examples 1 and 2.

Claims (11)

황산코발트(CoSO4) 분말을 증류수에 용해시킨 후, 세틸트리메틸암모늄브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide; CTAB) 분말을 첨가 및 혼합하여 전해질 용액을 제조하는 단계(단계 1);Dissolving cobalt sulfate (CoSO 4 ) powder in distilled water, and then adding and mixing cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) powder to prepare an electrolyte solution (step 1); 상기 단계 1에서 제조된 전해질 용액에 기판을 침지하고, 전기화학법으로 증착시켜 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막을 제조하는 단계(단계 2); 및Preparing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure by immersing the substrate in the electrolyte solution prepared in step 1 and depositing the same by electrochemical method (step 2); And 상기 단계 2에서 제조된 박막으로부터 세척용액을 사용하여 CTAB를 제거하는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법.Method for producing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure comprising the step (step 3) of removing the CTAB from the thin film prepared in step 2 using a washing solution. 청구항 1에 있어서, 상기 단계 1의 황산코발트 분말은 전해질 용액 내에서 0.01 내지 2 M 농도가 되도록 용해시키는 것을 특징으로 하는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the cobalt sulfate powder of Step 1 is dissolved in an electrolyte solution so as to have a concentration of 0.01 to 2 M. 청구항 1에 있어서, 상기 단계 1의 CTAB는 1 내지 10 중량% 범위 내에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방 법.The method according to claim 1, wherein the CTAB of step 1 is a method for producing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure, characterized in that added in the range of 1 to 10% by weight. 청구항 1에 있어서, 상기 단계 2의 전해질 용액은 10 내지 90 ℃ 온도범위에서 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the electrolyte solution of Step 2 is maintained in a temperature range of 10 to 90 ℃ constant method for producing a tricobalt tetraoxide thin film having an intermediate pore structure. 청구항 1에 있어서, 상기 단계 2의 전기화학 증착은 0.1 내지 5 V 범위의 전압을 가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the electrochemical deposition of step 2 is performed by applying a voltage in the range of 0.1 to 5 V. 청구항 1에 있어서, 상기 단계 2의 전기화학 증착은 1초 내지 60분간 수행되는 것을 특징으로 하는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the electrochemical deposition of Step 2 is performed for 1 second to 60 minutes. 청구항 1에 있어서, 상기 단계 2의 전기화학 증착은 3원 전극시스템을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the electrochemical deposition of step 2 is performed using a three-way electrode system. 청구항 7에 있어서, 상기 3원 전극시스템은 기준전극을 Ag/AgCl전극 또는 SCE 전극으로, 상대전극을 백금전극으로, 작업전극을 증착되는 기판으로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법.The tricobalt tetraoxide having an intermediate pore structure according to claim 7, wherein the ternary electrode system comprises a reference electrode as an Ag / AgCl electrode or an SCE electrode, a counter electrode as a platinum electrode, and a working electrode as a substrate. Method for producing a thin film. 청구항 1에 있어서, 상기 단계 2의 기판은 ITO 유리, 스테인레스 스틸, 흑연 및 백금판으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막의 제조방법.The method of claim 1, wherein the substrate of step 2 is selected from the group consisting of ITO glass, stainless steel, graphite, and platinum plates. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되는 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막.A tricobalt tetraoxide thin film having a mesoporous structure manufactured by the method according to any one of claims 1 to 9. 청구항 10에 있어서, 상기 중간세공 구조를 갖는 사산화삼코발트 박막은 1 내지 5 ㎚의 기공과 1 내지 5 ㎚의 입자두께를 갖는 것을 특징으로 하는 사산화삼코발트 박막.The tricobalt tetraoxide thin film according to claim 10, wherein the tricobalt tetraoxide thin film having a mesoporous structure has pores of 1 to 5 nm and particle thickness of 1 to 5 nm.
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