KR20140115877A - Process for Preparing Hollow Multimetallic Oxide Nanoparticle - Google Patents

Process for Preparing Hollow Multimetallic Oxide Nanoparticle

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KR20140115877A
KR20140115877A KR1020130031151A KR20130031151A KR20140115877A KR 20140115877 A KR20140115877 A KR 20140115877A KR 1020130031151 A KR1020130031151 A KR 1020130031151A KR 20130031151 A KR20130031151 A KR 20130031151A KR 20140115877 A KR20140115877 A KR 20140115877A
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현택환
오명환
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기초과학연구원
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a multi-metallic oxide nanoparticle having a hollow structure. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a multi-metallic oxide nanoparticle which includes the step of heating a mixture of a first transition metal oxide nanoparticle, a second transition metal salt, water, and a surfactant under an acidic composition, and having the standard reduction potential of the first transition metal oxide nanoparticle to be higher than the standard reduction potential of the second transition metal ion.

Description

중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법{Process for Preparing Hollow Multimetallic Oxide Nanoparticle}Technical Field [0001] The present invention relates to a process for preparing a hollow multimetal oxide nanoparticle,

본 발명은 중공 구조의 다금속 산화물 나노입자 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 제1 전이금속 산화물 나노입자, 제2 전이금속 염, 물 및 계면활성제의 혼합물을 산성 조건 하에서 가열하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전이금속 산화물 나노입자의 표준환원전위가 상기 제2 전이금속 이온의 표준환원전위 보다 더 큰 것인, 다금속 산화물 나노입자 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for producing a hollow-structure multimetal oxide nanoparticle. More particularly, the present invention relates to a method for preparing a transition metal oxide nanoparticle comprising heating a mixture of a first transition metal oxide nanoparticle, a second transition metal salt, water and a surfactant under acidic conditions, Wherein the dislocation is greater than the standard reduction potential of the second transition metal ion.

무기 나노입자의 화학적 변환(chemical transformation)은 고도의 구조적 및 조성적 복잡성을 갖는 나노구조체를 제조할 수 있는 강력한 도구이고, 따라서 제조가능한 나노구조의 물질의 범위를 확장시킬 수 있다.Chemical transformation of inorganic nanoparticles is a powerful tool for the production of nanostructures with high structural and structural complexity and thus extends the range of nanostructured materials that can be produced.

다양한 화학적 변환 방법들 중에서, 제어가능한 기공 구조 및 조성을 갖는 중공(hollow) 금속 나노구조체를 제조하기에는 갈바니 치환반응(galvanic replacement reaction)이 가장 다용도로 사용될 수 있다.Of the various chemical transformation methods, galvanic replacement reactions are most versatile to produce hollow metal nanostructures with controllable pore structures and compositions.

갈바니 치환반응은 두 개의 금속 종들의 전기화학적 전위차에 의해 구동되는 부식(corrosion) 과정을 포함한다. 반응 주형(reactive template)으로서 사용되는 금속 나노입자의 산화적 용해로 인하여 중공 내부(hollow interior)가 생성된다.The galvanic substitution reaction involves a corrosion process driven by an electrochemical potential difference between two metal species. Due to the oxidative dissolution of metal nanoparticles used as a reactive template, a hollow interior is created.

최근의 개발에 의해, 고도로 복잡한 중공 금속 및 합금 나노구조체를 생산할 수 있게 되었다. 그러나 갈바니 치환반응을 통한 이온 시스템의 화학적 변환을 달성하기 어렵다.Recent developments have enabled the production of highly complex hollow metal and alloy nanostructures. However, it is difficult to achieve the chemical transformation of the ion system through the galvanic substitution reaction.

중공 산화물 나노입자는 에너지, 촉매 및 의학 분야에 대한 응용 가능성으로 인하여 많은 관심을 받고 있다. 중공 금속산화물 나노입자의 합성에 있어서 상당한 발전이 이루어졌지만(Z. Wang, L. Zhou, X. W. Lou, Adv . Mater . 24, 1903 (2012); K. An, T. Hyeon, Nano Today 4, 359 (2009); Y. Piao et al ., Nat . Mater . 7, 242 (2008); S. Peng, S. Sun, Angew . Chem . Int . Ed . 46, 4155 (2007)), 중공 다금속산화물(multimetallic oxide) 나노입자의 합성은 여전히 큰 도전이다.Hollow oxide nanoparticles are attracting much attention because of their potential for energy, catalyst and medical applications. Although considerable advances have been made in the synthesis of hollow metal oxide nanoparticles (Z. Wang, L. Zhou, XW Lou, Adv . Mater . 24 , 1903 (2012); K. An, T. Hyeon, Nano Today 4 , 359 (2009); Y. Piao et al . , Nat . Mater . 7 , 242 (2008); S. Peng, S. Sun, Angew . Chem . Int . Ed . 46 , 4155 (2007)), the synthesis of hollow multimetallic oxide nanoparticles remains a great challenge.

본 발명자들은 전이금속산화물 나노입자에 대해서도 갈바니 치환반응을 통해 중공 다금속 산화물 나노구조체를 제조할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have completed the present invention by confirming that a hollow multimetal oxide nanostructure can be prepared through a galvanic substitution reaction also for transition metal oxide nanoparticles.

본 발명의 목적은 제1 전이금속 산화물 나노입자, 제2 전이금속 염, 물 및 계면활성제의 혼합물을 산성 조건 하에서 가열하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전이금속 산화물 나노입자의 표준환원전위가 상기 제2 전이금속 이온의 표준환원전위 보다 더 큰 것인, 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for producing a metal oxide nanoparticle comprising heating a mixture of a first transition metal oxide nanoparticle, a second transition metal salt, water and a surfactant under acidic conditions, Metal oxide nanoparticles of the second transition metal ion is greater than the standard reduction potential of the second transition metal ion.

전술한 본 발명의 목적은 제1 전이금속 산화물 나노입자, 제2 전이금속 염, 물 및 계면활성제의 혼합물을 산성 조건 하에서 가열하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전이금속 산화물 나노입자의 표준환원전위가 상기 제2 전이금속 이온의 표준환원전위 보다 더 큰 것인, 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.The above-mentioned object of the present invention is achieved by a method for producing a metal oxide nanoparticle comprising heating a mixture of a first transition metal oxide nanoparticle, a second transition metal salt, water and a surfactant under acidic conditions, Is greater than the standard reduction potential of the second transition metal ion.

상기 제1 전이금속 산화물은 Mn3O4, MnO2, Co3O4, Fe3O4, PbO2 또는 CeO2일 수 있다. 또한, 상기 제2 전이금속 염은 아이언(II) 퍼클로레이트, 틴(II) 퍼클롤레이트, 바나듐(III) 클로라이드, 티타늄(III) 클로라이드, 크롬(II) 클로라이드, 아이언(II) 옥살레이트 또는 아이언(II) 클로라이드일 수 있다.The first transition metal oxide may be Mn 3 O 4 , MnO 2 , Co 3 O 4 , Fe 3 O 4 , PbO 2 or CeO 2 . The second transition metal salt may also be selected from the group consisting of iron (II) perchlorate, tin (II) perchlorate, vanadium (III) chloride, titanium (III) chloride, chromium (II) chloride, II) < / RTI > chloride.

상기 계면활성제는 올레산(oleic acid), 옥탄산(octanoic acid), 스테아르산(stearic acid) 또는 데칸산(decanoic acid) 등과 같은 C1-C18 카르복시산; 올레일아민(oleylamine), 옥틸아민(octylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecylamine) 또는 트리옥틸아민(tri-n-octylamine) 등과 같은 C3-C18 알킬아민(alkyl amine(RNH2); 올레일알콜(oleyl alcohol), 옥탄올(octanol) 또는 부탄올(butanol) 등과 같은 C1-C18 알콜; 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The surfactant may be selected from the group consisting of C 1 -C 18 carboxylic acids such as oleic acid, octanoic acid, stearic acid and decanoic acid; C 3 -C 18 alkyl amines such as oleylamine, octylamine, hexadecylamine, octadecylamine or tri-n-octylamine, and the like. RNH 2 ), C 1 -C 18 alcohols such as oleyl alcohol, octanol or butanol, or mixtures thereof.

상기 혼합물의 pH는 0.0 내지 6.0인 것이 바람직하다. 상기 혼합물의 pH를 조절하기 위하여 염산, 질산, 황산, 아세트산, 옥살산 또는 과염소산과 같은 산을 추가할 수 있다. 또한, 상기 혼합물의 가열 온도는 30℃ 내지 100℃일 수 있다.The pH of the mixture is preferably 0.0 to 6.0. Acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, oxalic acid or perchloric acid may be added to adjust the pH of the mixture. In addition, the heating temperature of the mixture may be 30 ° C to 100 ° C.

상기 다금속 산화물 나노입자의 형상은 나노박스 또는 나노케이지일 수 있다. 본 명세서에서 "나노박스(nanobox)"란 중공 내부(hollow interior)와 중실 벽들(solid walls)로 이루어진 나노입자를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 "나노케이지(nanocage)"란 중공 내부 및 다공성 벽들로 이루어진 나노입자를 지칭한다.The shape of the multi-metal oxide nanoparticles may be a nanobox or a nanocage. As used herein, the term "nanobox" refers to a nanoparticle consisting of a hollow interior and solid walls. Also, in the present specification, the term "nanocage" refers to a nanoparticle composed of a hollow interior and porous walls.

상기 제1 전이금속 산화물 나노입자의 크기는 5 nm 내지 100 nm일 수 있고, 상기 다금속 산화물 나노입자의 크기는 5 nm 내지 100 nm일 수 있다.The size of the first transition metal oxide nanoparticles may be 5 nm to 100 nm, and the size of the multimetal oxide nanoparticles may be 5 nm to 100 nm.

나노스케일의 갈바니 치환반응에서, 다가 금속이온들 간의 산화환원쌍 반응(redox-couple reaction)이 일어난다. 나노입자 내의 상기 금속 이온들은 용액 내의 또 다른 금속 이온들에 의해 치환된다.In a nanoscale galvanic substitution reaction, a redox-couple reaction takes place between the multivalent metal ions. The metal ions in the nanoparticles are displaced by other metal ions in the solution.

본 발명의 하나의 실시 태양에 있어서, 아이언(II) 퍼클로레이트와 Mn2O3 나노입자를 반응(갈바니 치환반응)시켜 Mn3O4/γ-Fe2O3 나노박스 또는 γ-Fe2O3 나노케이지를 제조할 수 있다. 상기 갈비니 치환반응은 Fe3 +/Fe2 + 쌍 및 Mn3O4/Mn2 + 쌍의 표준환원전위 차이를 근거로 설명될 수 있다. 상기 Fe3 +/Fe2 + 쌍의 표준환원전위(0.77 V)가 상기 Mn3O4/Mn2 + 쌍의 표준환원전위(1.82 V) 보다 더 작기 때문에, Fe2 +가 Fe3 +로 산화되고, 동시에 Mn3O4는 Mn2 +로 환원된다.In one embodiment of the present invention, iron (II) perchlorate and Mn 2 O 3 nanoparticles are reacted (galvanic substitution reaction) to form Mn 3 O 4 / γ-Fe 2 O 3 nanobox or γ-Fe 2 O 3 A nanocage can be manufactured. The above-mentioned chabbinite substitution reaction can be explained on the basis of the standard reduction potential difference of Fe 3 + / Fe 2 + pair and Mn 3 O 4 / Mn 2 + pair. Since the Fe 3 + / Fe 2 + A pair of standard reduction potential (0.77 V) that the Mn 3 O 4 / Mn 2 + A pair of smaller than the standard reduction potential (1.82 V), oxidized Fe 2 + is a Fe 3 + At the same time, Mn 3 O 4 is reduced to Mn 2 + .

본 발명의 또 다른 실시 태양에 있어서, 아이언(II) 퍼클로레이트 대신에 FeCl2 또는 FeCl3를 반응시키면, FeCl2의 경우에만 나노입자가 나노케이지로 변환된다. 이러한 사실은 Fe2 + 이온이 Mn3O4 나노입자에서 Mn3 + 이온의 선택적 환원제로서 작용한다는 점을 확인시켜 준다.In another embodiment of the present invention, when FeCl 2 or FeCl 3 is reacted instead of iron (II) perchlorate, nanoparticles are converted to nanocages only in the case of FeCl 2 . This fact confirms that Fe 2 + ion acts as a selective reducing agent for Mn 3 + ions in Mn 3 O 4 nanoparticles.

Fe2 +의 산화로 인해 전자가 방출되고, 이어서 Mn3 +가 Mn2 +로 환원됨으로써, 상기 Mn3O4 나노입자의 팔면체 자리에서 양전하 결함들(positive charge deficiencies)이 생성된다. 상기 결함들은 Mn2 + 이온이 Fe3 + 이온으로 치환됨으로써 보충된다.Electrons are released due to the oxidation of Fe 2 + , and then Mn 3 + is reduced to Mn 2 + , thereby generating positive charge deficiencies at the octahedral sites of the Mn 3 O 4 nanoparticles. The defects are supplemented by being the Mn + 2 ions substituted with Fe 3 + ions.

갈바니 치환반응이 개시되면, 환원된 Mn2 + 이온들이 용해되고, 상기 나노입자의 표면 근처에 빈 팔면체 자리를 남긴다. 동시에, 용액 내에 존재하는 산화된 Fe3+ 이온들 중 일부가 상기 나노입자의 표면으로 확산하여 즉시 접근가능한 빈자리(vacancy)를 채운다.When the galvanic substitution reaction is initiated, the reduced Mn < 2 + & gt ; ions dissolve leaving an empty octahedral site near the surface of the nanoparticles. At the same time, some of the oxidized Fe < 3 + > ions present in the solution diffuse to the surface of the nanoparticles and fill immediately accessible vacancies.

환원된 Mn2 + 이온들의 방출 흐름과 이에 따라 용액으로부터 산화된 Fe3 + 이온들이 상기 Mn3O4 나노입자 표면 상에 위상 침전(topotactic precipitation)하면서, 상기 Mn3O4 나노입자의 최외각 쉘부터 시작하여 Mn3O4를 γ-Fe2O3로 변환시킨다. 이로 인하여 내부의 Mn2 + 종들의 외향(outward) 확산이 방해를 받는다. 이러한 변환은 상기 쉘의 모서리 주변에서 주로 발생한다.The reduced Mn 2 + ion emission flow of and thus oxidation of the solution Fe 3 + ions to the Mn 3 O 4 of the Mn 3 O 4 nanoparticles and a phase precipitate (topotactic precipitation) on the nanoparticle surface outermost shell To convert Mn 3 O 4 to γ-Fe 2 O 3 . This disturbs the outward diffusion of Mn 2 + species inside. This conversion occurs mainly around the edges of the shell.

상기 환원된 Mn2 + 이온들의 현저한 용해로 인한 빈 팔면체 자리들의 수가 증가하면 사면체 Mn2 + 이온들과 산소 음이온으로 이루어진 잔여 격자가 완전히 붕괴될 수 있다. 이러한 과정에 의해, γ-Fe2O3 층에 의해 덮히지 아니한 영역, 즉 밑면(basal plane)의 중간에서 반응의 초기 단계 동안에 핀홀들이 생성된다.As the number of vacant octahedral sites increases due to the remarkable dissolution of the reduced Mn 2 + ions, the residual lattice of tetrahedral Mn 2 + ions and oxygen anions may completely collapse. By this process, pinholes are produced during the initial stage of the reaction in the region not covered by the? -Fe 2 O 3 layer, i.e. in the middle of the basal plane.

상기 갈바니 치환반응이 진행됨에 따라, 상기 Fe2 + 이온들이 내부로 이동하여 상기 Mn3O4 나노입자의 내부에서 상기 팔면체 Mn3 + 이온들을 환원시킨다. 상기 갈바니 치환반응의 초기 단계 동안에 형성된 핀홀들은, 이렇게 형성된 나노박스로부터 상기 환원된 Mn2 + 이온들을 지속적으로 이동시키는 통로로서의 역할을 함으로써, 남은 코어 종들, 즉 사면체 Mn2 + 이온들 및 산소 음이온의 용해를 촉진한다.As the galvanic substitution proceeds, the Fe & lt ; 2 + & gt ; ions move inward and reduce the octahedral Mn < 3 + & gt ; ions inside the Mn 3 O 4 nanoparticles. By its role as a passage for continuously moving the reduction of Mn 2 + ions from the nano-box pin holes are, thus formed formed during the early stages of the galvanic displacement reaction, the rest of the core species, i.e. tetrahedra Mn 2 + ions and the oxygen anion Promote dissolution.

상기 갈바니 치환반응은 상기 코어가 비고 측벽들이 중공 상태가 될 때까지 진행됨으로써, 불균일구조의(heterostructured) Mn3O4/Fe2O3 나노케이지를 형성한다. 이 단계에서, 초기(nascent) γ-Fe2O3 나노케이지의 개방 구조로 인하여 γ-Fe2O3의 침전이 이의 중공 내부에서 발생함으로써, 상기 γ-Fe2O3 나노케이지로 더 변환되게 한다.The above-mentioned galvanic substitution reaction proceeds until the side walls of the core become hollow, thereby forming a heterostructured Mn 3 O 4 / Fe 2 O 3 nanocage. At this stage, due to the open structure of the nascent γ-Fe 2 O 3 nanocage, the precipitation of γ-Fe 2 O 3 occurs inside the hollow of the γ-Fe 2 O 3 nanocage, do.

Mn3O4 나노입자가 과염소산과 반응했을 때 형태적 변화가 관찰되지 않았기 때문에, 상기 아이언(II) 퍼클로레이트 수용액의 퍼클로레이트 모이어티(perchlorate moiety)는 상기 중공 구조체의 생성에 영향을 미치지 아니하는 것으로 보인다. 또한, 출발물질로서 다른 형상의 Mn3O4 나노입자를 사용하여 동일한 반응을 진행하면 다른 형태를 갖는 케이지와 유사한 구조체를 제조할 수 있다.The perchlorate moiety of the aqueous solution of iron (II) perchlorate seems to have no effect on the formation of the hollow structure, since no morphological change was observed when the Mn 3 O 4 nanoparticles were reacted with perchloric acid . Further, when the same reaction is carried out by using Mn 3 O 4 nanoparticles of different shapes as a starting material, a structure similar to a cage having different shapes can be produced.

본 발명의 방법에 따르면, 제어가능한 기공 구조 및 조성을 갖는 중공 다금속 산화물 나노입자를 갈바니 치환반응에 의해 간단하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 중공 다금속 산화물 나노입자의 대량 생산에 적합하다.According to the method of the present invention, hollow multimetal oxide nanoparticles having a controllable pore structure and composition can be simply produced by a galvanic substitution reaction. In addition, the method of the present invention is suitable for mass production of hollow multimetal oxide nanoparticles.

도 1A는 본 발명의 실시예 1에서 합성된 Mn3O4 나노입자에 대한 TEM(투과전자현미경) 사진이고, 도 1A1은 상기 Mn3O4 나노입자에 대한 저배율 사진이며, 도 1A1의 삽입도는 [111]축을 따라 기록한 단결정에 대한 HRTEM(고해상도 투과전자현미경) 사진이고, 도 1A2는 [011]축을 따라 기록한 Mn3O4 단결정 나노입자에 대한 HRTEM(고해상도 투과전자현미경) 사진이며, 도 1A2의 삽입도는 대응하는 FT(푸리에 변환) 패턴을 보여준다. 도 1B는 본 발명의 실시예 3에서 합성된 γ-Fe2O3 나노케이지에 대한 저배율 TEM 사진(B1) 및 HRTEM 사진(B2)이고, 도 1B2의 삽입도는 상응하는 FT 패턴을 보여 준다. 도 1C는 본 발명의 실시예 2에서 합성된 Co3O4 나노입자에 대한 TEM 사진(좌측)과 본 발명의 실시예 7에서 합성된 SnO2 나노케이지(우측)에 대한 TEM 사진이다. 도 1D는 본 발명의 실시예 4 및 5에서 각각 합성된 Mn3O4/SnO2 나노입자(좌측) 및 SnO2 나노입자(우측)에 대한 TEM 사진이다. 도 1E는 Mn3O4 나노입자(실원(solid circle)) 및 이의 벌크 상태(bulk counterpart)(중공원(open circle))를 사용하는 합성 과정에서, 반응 생성물 내의 Fe의 몰분율을 아이언(II) 퍼클로레이트 첨가량의 함수로서 나타낸 유도결합 플라즈마-원자 발광 분광법(ICP-AES) 데이터이다. 도 1E의 점선은 Mn이 Fe로 완전히 치환되었을 경우를 보여 준다. 도 1F는 Mn3O4 나노입자, Mn3O4/γ-Fe2O3 나노케이지 및 γ-Fe2O3 나노케이지에 대한 분말 X-선 회절(XRD) 패턴을 보여 준다. 비교를 위해, Mn3O4(하단) 및 γ-Fe2O3(상단)에 대해 알려져 있는 XRD 패턴을 도 1F에 나타내었다. 도 1G는 초전도 양자간섭계(superconducting quantum interference device, SQUID) 측정으로 얻은 포화자화도 곡선이다.
도 2A는 Mn3O4 나노입자의 변환에 대한 개념도이고, Mn3O4의 국소적인 용해 및 γ-Fe2O3의 표면 침전을 통해 상기 Mn3O4 나노입자의 형태의 변화를 보여 준다. 도 2B 내지 도 2E는 1 mL의 0.4 M(B), 0.6 M(C), 1.0 M(D) 및 1.6 M(E)의 아이언(II) 퍼클로레이트 수용액과 Mn3O4 나노입자의 반응에 의해 합성된 중공 나노구조체에 대한 HRTEM 사진이다. 각 삽입도는 대응하는 FT 패턴이다. 도 2F는 도 2B의 나노박스에 대한 고각도 환상 암시야 주사 TEM(high-angle annular dark-field scanning TEM, HAADF-STEM) 사진이다. 도 2B 및 도 2F에 나타나 있듯이, 나노박스의 표면에서 핀홀들(pinholes)이 생성되었고, 이는 핀홀 부식과 유사한 메카니즘에 의해 상기 나노입자 내부에서 기공이 발달하였음을 의미한다. 상기 핀홀들은 상기 나노입자 코어의 용해 과정에서 전달 경로(transport path)로서 역할을 하였다. 도 2G는 도 2C의 나노박스에 대한 TEM 사진 및 대응하는 EFTEM(energy-filtered TEM) 사진이고, 이 사진들에서 Fe 종들이 모서리에 침전되었다. 도 2H는 도 2D의 나노케이지에 대한 HAADF-STEM 사진이고, 이 사진에서 개방된 중공 구조가 나타나 있다. 도 2I는 도 2E의 나노케이지에 대한 TEM 사진 및 대응하는 EFTEM 사진이다.
도 3은 1 mL의 (a) 0.4 M, (b) 0.8 M, (c) 1.6 M 및 (e) 2.0 M의 아이언(II) 퍼클로레이트 수용액과 Mn3O4 나노입자의 반응에 의해 합성된 중공 나노구조체에 대한 XAS(X-ray absorption spectroscopy) 및 XMCD(X-ray magnetic circular dichroism) 측정 결과이다. 도 3A는 원래의 Mn3O4 나노입자와 중공 나노구조체의 Mn L 2,3-모서리에서의 XAS이고, 도 3B 및 도 3C는 벌크 물질인 γ-Fe2O3 및 Fe3O4와 비교한, Fe L 2 ,3-모서리에서의 XAS(도 3B)와 중고 나노구조체에 대한 XMCD 스펙트럼(도 3C)이다.
도 4는 본 발명의 실시예 6에서 합성된 Co3O4/SnO2 나노케이지에 대한 TEM 사진(도 4A, 삽입도(스케일 바 = 10 nm)는 고배율 TEM 사진)과 HRTEM 사진(도4B, 삽입도는 EFTEM 사진)이다.
도 5A는 본 발명의 실시예 8에서 사용된 CeO2 나노입자의 TEM 사진이고, 도 5B 및 도 5C는 본 발명의 실시예 8에서 합성된 CeO2/γ-Fe2O3 나노케이지의 TEM 사진이며, 도 5D는 상기 CeO2/γ-Fe2O3 나노케이지의 EFTEM 사진이다.
1A is a TEM (transmission electron microscope) photograph of Mn 3 O 4 nanoparticles synthesized in Example 1 of the present invention, FIG. 1A 1 is a low magnification photograph of the Mn 3 O 4 nanoparticle, and FIG. Is a HRTEM (high resolution transmission electron microscope) photograph of a single crystal recorded along the [111] axis, FIG. 1A2 is a HRTEM (high resolution transmission electron microscope) photograph of Mn 3 O 4 single crystal nanoparticles recorded along the [011] axis, ≪ / RTI > shows the corresponding FT (Fourier Transform) pattern. 1B is a low magnification TEM photograph (B1) and HRTEM photograph (B2) of the γ-Fe 2 O 3 nanocage synthesized in Example 3 of the present invention, and the inset of FIG. 1B2 shows a corresponding FT pattern. 1C is a TEM photograph of the Co 3 O 4 nanoparticles synthesized in Example 2 of the present invention (left) and a TEM photograph of the SnO 2 nanocage synthesized in Example 7 of the present invention (right). 1D is a TEM photograph of Mn 3 O 4 / SnO 2 nanoparticles (left) and SnO 2 nanoparticles (right) synthesized in Examples 4 and 5 of the present invention, respectively. FIG. 1E shows the relationship between the molar fraction of Fe in the reaction product and the iron (II) content in the synthesis process using Mn 3 O 4 nanoparticles (solid circle) and its bulk counterpart (open circle) Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES) data presented as a function of the amount of perchlorate added. The dotted line in FIG. 1E shows the case where Mn is completely substituted with Fe. 1F shows a powder X-ray diffraction (XRD) pattern for Mn 3 O 4 nanoparticles, Mn 3 O 4 / γ-Fe 2 O 3 nanocages and γ-Fe 2 O 3 nanocages. For comparison, an XRD pattern known for Mn 3 O 4 (bottom) and γ-Fe 2 O 3 (top) is shown in FIG. 1F. FIG. 1G is a saturation magnetization curve obtained by measurement of a superconducting quantum interference device (SQUID).
Figure 2A shows a schematic diagram and, Mn 3 O 4 localized dissolution, and in the form of changes in the Mn 3 O 4 nanoparticles through surface precipitation of the γ-Fe 2 O 3 for the conversion of Mn 3 O 4 nanoparticles . Figures 2B-2E illustrate the reaction of an aqueous iron (II) perchlorate solution of 1 mL of 0.4 M (B), 0.6 M (C), 1.0 M (D) and 1.6 M (E) with Mn 3 O 4 nanoparticles HRTEM photographs of synthesized hollow nanostructures. Each insertion is a corresponding FT pattern. FIG. 2F is a photograph of a high-angle annular dark-field scanning TEM (HAADF-STEM) for the nano box of FIG. 2B. As shown in FIGS. 2B and 2F, pinholes are formed on the surface of the nanobox, which means that pores are developed inside the nanoparticles by a mechanism similar to pinhole corrosion. The pinholes served as a transport path during the dissolution of the nanoparticle core. FIG. 2G is a TEM photograph and the corresponding EFTEM (energy-filtered TEM) photograph of the nanobox of FIG. 2C, in which Fe species were deposited at the corners. Fig. 2H is a HAADF-STEM photograph of the nanocage of Fig. 2D, in which an open hollow structure is shown. FIG. 2I is a TEM photograph and corresponding EFTEM photograph of the nanocage of FIG. 2E.
Figure 3 is a graphical representation of the results of an experiment on the formation of a hollow (a) 0.4 M, (b) 0.8 M, (c) 1.6 M and (e) 2.0 M hollow (II) perchlorate aqueous solution and Mn 3 O 4 nanoparticles, X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) measurements on nanostructures. FIG. 3A shows XAS at the Mn L 2,3 -edges of the original Mn 3 O 4 nanoparticles and the hollow nanostructure, and FIGS. 3B and 3C compare the bulk materials γ-Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 XAS (FIG. 3B) at one, Fe L 2 , 3 -edge and XMCD spectra for the used nanostructures (FIG. 3C).
FIG. 4 is a TEM photograph (FIG. 4A, inset (scale bar = 10 nm) high magnification TEM photograph) and HRTEM photograph (FIG. 4B, FIG. 4B) of Co 3 O 4 / SnO 2 nanocage synthesized in Example 6 of the present invention. Insertion is EFTEM photo).
FIG. 5A is a TEM photograph of CeO 2 nanoparticles used in Example 8 of the present invention, and FIGS. 5B and 5C are TEM images of CeO 2 / γ-Fe 2 O 3 nanocages synthesized in Example 8 of the present invention And FIG. 5D is an EFTEM photograph of the CeO 2 / γ-Fe 2 O 3 nanocage.

이하, 다음의 실시예 또는 도면을 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예 또는 도면에 대한 설명은 본 발명의 구체적인 실시 태양을 특정하여 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 본 발명의 권리 범위를 이들에 기재된 내용으로 한정하거나 제한해석하고자 의도하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples or drawings. It is to be understood, however, that the following description of the embodiments or drawings is intended to illustrate specific embodiments of the invention and is not intended to be exhaustive or to limit the scope of the invention to the precise forms disclosed.

실시예Example 1.  One. MnMn 33 OO 44 나노입자의 제조 Manufacture of nanoparticles

환류응축기(reflux condenser) 및 자석 교반 막대가 설치된 50 mL 3구 플라스크에 담긴 15 mL의 자일렌에 0.17 g의 망간(II) 아세테이트(Adrich), 0.67 g의 올레일아민(Acros) 및 0.14 g의 올레산(Aldrich)을 녹였다. 이후, 상기 플라스크를 교반하면서 공기 중에서 90℃까지 서서히 가열하였다. 1 mL의 탈이온수를 상기 플라스크 내로 신속히 주입하였다. 상기 반응 혼합물을 공기 중에서 90℃로 1.5 시간 동안 가열하였다.To a solution of 0.17 g of manganese (II) acetate (Adrich), 0.67 g of oleylamine (Acros) and 0.14 g of triethylamine in 15 mL of xylene in a 50 mL three-necked flask equipped with a reflux condenser and a magnetic stir bar Oleic acid (Aldrich) was dissolved. Thereafter, the flask was slowly heated to 90 DEG C in the air with stirring. 1 mL of deionized water was rapidly injected into the flask. The reaction mixture was heated in air at 90 < 0 > C for 1.5 h.

이렇게 합성된 Mn3O4 나노입자에 대한 TEM 사진(도 1A)을 보면, 상기 Mn3O4 나노입자의 폭과 길이가 약 20 nm이고 높이가 약 5 nm인 정방정계 형상(tetragonal shape)이다. 도 1A1은 상기 Mn3O4 나노입자에 대한 저배율 사진이며, 도 1A1의 삽입도는 [111]축을 따라 기록한 단결정에 대한 HRTEM(고해상도 투과전자현미경) 사진이고, 도 1A2는 [011]축을 따라 기록한 Mn3O4 단결정 나노입자에 대한 HRTEM(고해상도 투과전자현미경) 사진이며, 도 1A2의 삽입도는 대응하는 FT(푸리에 변환) 패턴을 보여준다. 상기 Mn3O4 나노입자에 대한 고해상도 TEM 사진 및 이에 대응하는 푸리에 변환 패턴을 보면, 상기 Mn3O4 나노입자의 윗면 및 옆면이 각각 {001} 면(facet) 및 {100} 면에 의해 둘러쌓여 있고, 이의 꼭지점 및 모서리들이 약간 잘려져 있다(truncated).
The TEM image (FIG. 1A) of the synthesized Mn 3 O 4 nanoparticles shows that the Mn 3 O 4 nanoparticles have a tetragonal shape with a width and a length of about 20 nm and a height of about 5 nm . Figure 1A1 is a low magnification photograph of the Mn 3 O 4 nanoparticles, recorded also inserted diagram of 1A1 is a HRTEM (high resolution transmission electron microscope) photograph of the single crystal recorded along the [111], Fig. 1A2 is along the [011] HRTEM (high resolution transmission electron microscope) photograph of Mn 3 O 4 single crystal nanoparticles, and the inset of FIG. 1A 2 shows a corresponding FT (Fourier transform) pattern. The high-resolution TEM photographs of the Mn 3 O 4 nanoparticles and the corresponding Fourier transform patterns show that the top and side surfaces of the Mn 3 O 4 nanoparticles are surrounded by {001} facets and {100} Stacked, its vertices and corners are slightly truncated.

실시예Example 2.  2. CoCo 33 OO 44 나노입자의 제조 Manufacture of nanoparticles

환류응축기가 설치된 100 mL 플라스크에 담긴 15 mL의 옥탄올에 1 mmol의 코발트(II) 퍼클로레이트(Aldrich)를 녹이고 10분 동안 초음파처리하였다. 이후에 공기 중의 60℃에서 교반하면서, 차례로 상기 플라스크에 10 mmol의 올레일아민과 1 mL의 물을 첨가하였다. 상기 반응 혼합물을 공기 중에서 6시간 동안 160℃로 가열하였다. 본 실시예에서 합성된 Co3O4에 대한 TEM 사진인 도 1C(좌측)에 나타나 있다.
1 mmol of cobalt (II) perchlorate (Aldrich) was dissolved in 15 mL of octanol in a 100 mL flask equipped with a reflux condenser and ultrasonicated for 10 minutes. 10 mmol of oleylamine and 1 mL of water were then added to the flask in succession with stirring at 60 DEG C in air. The reaction mixture was heated to 160 < 0 > C for 6 hours in air. FIG. 1C (left), which is a TEM photograph of Co 3 O 4 synthesized in this embodiment.

실시예Example 3.  3. 갈바니Galvanic 치환반응에 의한  Substitution reaction MnMn 33 OO 44 /γ-/ γ- FeFe 22 OO 33 및 γ- And? FeFe 22 OO 33 의 제조Manufacturing

실시예 1에서 제조된 Mn3O4 현탁액 16 mL에, 다양한 농도(0.1 - 3.0 M)의 아이언(II) 퍼클로레이트(Aldrich)를 첨가한 후, 공기 중에서 2시간 동안 90℃로 가열하여 Mn3O4/γ-Fe2O3 및 γ-Fe2O3를 제조하였다. 상기 생성 혼합물을 실온으로 냉각하고 원심분리하여 생성물을 얻은 후, 에탄올로 세척하였다.Iron (II) perchlorate (Aldrich) of various concentrations (0.1 to 3.0 M) was added to 16 mL of the Mn 3 O 4 suspension prepared in Example 1 and then heated to 90 ° C for 2 hours in air to obtain Mn 3 O 4 /? -Fe 2 O 3 and? -Fe 2 O 3 . The product mixture was cooled to room temperature and centrifuged to obtain the product, which was then washed with ethanol.

도 1B에, 2.0 M의 아이언(II) 퍼클로레이트를 사용하여 합성한 γ-Fe2O3에 대한 저배율 TEM(도 1B1), HRTEM 사진(도 1B2) 및 상응하는 FT 패턴(도 1B2의 삽입도)이 나타나 있다. 도 1B를 보면, 원래의 Mn3O4 나노입자가, 내부가 비어 있고 쉘(shell)에 구멍이 있는 나노케이지로 완전히 전환되었다는 점을 알 수 있다. 상기 나노케이지의 외부 형상은 원래의 Mn3O4 나노입자와 거의 동일하다. 또한, 도 1B2의 HRTEM에서 볼 수 있듯이, 상기 나노케이지의 쉘은 고도로 정렬된 연속적 격자 줄무늬(highly ordered continuous lattice fringe)를 갖는 단결정상 구조임을 알 수 있다.1B shows a low magnification TEM (FIG. 1B1), HRTEM (FIG. 1B2) and corresponding FT patterns (inset of FIG. 1B2) for γ-Fe 2 O 3 synthesized using 2.0 M iron (II) perchlorate, . Referring to FIG. 1B, it can be seen that the original Mn 3 O 4 nanoparticles were completely converted into a nanocage with an empty interior and a hole in the shell. The outer shape of the nanocage is almost the same as that of the original Mn 3 O 4 nanoparticles. Also, as can be seen in the HRTEM of FIG. 1B2, it can be seen that the shell of the nanocage is a single-crystal steady structure with highly ordered continuous lattice fringes.

도 1E는 Mn3O4 나노입자(실원(solid circle)) 및 이의 벌크 상태(bulk counterpart)(중공원(open circle))를 사용하는 합성 과정에서, 반응 생성물 내의 Fe의 몰분율을 아이언(II) 퍼클로레이트 첨가량의 함수로서 나타낸 유도결합 플라즈마-원자 발광 분광법(ICP-AES) 데이터이다. 도 1E에 나타나 있듯이, 상기 나노케이지 내의 철 대 망간의 몰비율은 91:9이고, 이러한 사실은 원래 나노입자 내의 망간 이온들이 철 이온들에 의해 거의 완전히 치환되었음을 나타낸다. 벌크 Mn3O4 분말을 사용한 경우에는 생성물 내의 Fe의 몰비율이 현저히 낮았다(25% 미만). 도 1E의 점선은 Mn이 Fe로 완전히 치환되었을 경우를 보여 준다. 도 1F는 Mn3O4 나노입자, Mn3O4/γ-Fe2O3 나노케이지 및 γ-Fe2O3 나노케이지에 대한 분말 X-선 회절(XRD) 패턴을 보여 준다. 비교를 위해, Mn3O4(하단) 및 γ-Fe2O3(상단)에 대해 알려져 있는 XRD 패턴을 도 1F에 나타내었다. 도 1F에 따르면, 아이언(II) 퍼클로레이트의 농도가 증가할수록, 사면체적으로 왜곡된(tetragonally distorted) Mn3O4 스피넬이 정육면체 γ-Fe2O3 스피넬로 변환되었음을 알 수 있다. 이러한 사실은 도 1G에 의해서도 확인된다. 도 1G는 초전도 양자간섭계(superconducting quantum interference device, SQUID) 측정으로 얻은 포화자화도 곡선이다. 도 1G에 나타나 있듯이, Fe 함량이 증가함에 따라 생성된 나노입자의 자화도가 일정하게 증가하였다.FIG. 1E shows the relationship between the molar fraction of Fe in the reaction product and the iron (II) content in the synthesis process using Mn 3 O 4 nanoparticles (solid circle) and its bulk counterpart (open circle) Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES) data presented as a function of the amount of perchlorate added. As shown in FIG. 1E, the molar ratio of iron to manganese in the nanocage is 91: 9, which indicates that the manganese ions in the original nanoparticles were almost completely replaced by the iron ions. When bulk Mn 3 O 4 powder was used, the molar ratio of Fe in the product was significantly low (less than 25%). The dotted line in FIG. 1E shows the case where Mn is completely substituted with Fe. 1F shows a powder X-ray diffraction (XRD) pattern for Mn 3 O 4 nanoparticles, Mn 3 O 4 / γ-Fe 2 O 3 nanocages and γ-Fe 2 O 3 nanocages. For comparison, an XRD pattern known for Mn 3 O 4 (bottom) and γ-Fe 2 O 3 (top) is shown in FIG. 1F. 1F, it can be seen that as the concentration of iron (II) perchlorate increases, the tetragonally distorted Mn 3 O 4 spinel is converted to the cubic γ-Fe 2 O 3 spinel. This fact is also confirmed by FIG. 1G. FIG. 1G is a saturation magnetization curve obtained by measurement of a superconducting quantum interference device (SQUID). As shown in FIG. 1G, the magnetization of the produced nanoparticles increased steadily as the Fe content increased.

도 2B 내지 도 2E는 1 mL의 0.4 M(B), 0.6 M(C), 1.0 M(D) 및 1.6 M(E)의 아이언(II) 퍼클로레이트 수용액과 Mn3O4 나노입자의 반응에 의해 합성된 중공 나노구조체에 대한 HRTEM 사진이고, 각 삽입도는 대응하는 FT 패턴이다. 아이언(II) 퍼클로레이트 수용액의 농도가 낮은 경우, 상기 Mn3O4 나노입자의 코어가 부분적으로 용해되어 비교적 두꺼운 벽을 갖는 나노박스가 생성되었다. 아이언(II) 퍼클로레이트의 농도가 증가할수록 기공의 크기가 커졌고, 상기 나노박스가 나노케이지로 변환되었다(도 2D 및 2H). 치환반응의 중간 단계 진행 중에, 상기 나노박스 및 나노케이지 모두 연속적인 줄무늬 패턴(fringe pattern)을 보였는데, 이는 원래 Mn3O4 나노입자의 격자 방향성이 유지된다는 점을 의미한다. 도 2B 내지 도 2E 및 이들의 삽입도는 상기 Mn3O4 나노입자의 (100) 평면과 상기 γ-Fe2O3 나노입자의 (110) 평면 사이의 평면간 거리가 약간 증가하였음을 보여 준다. 그러나 이러한 변화에도 상기 나노입자의 정사각형 밑면을 따라서 격자의 정렬이 변하지 아니하였다. 이러한 격자 정렬의 보존은 위상 변환(topotactic transformation)을 의미한다. 도 2F는 도 2B의 나노박스에 대한 고각도 환상 암시야 주사 TEM(high-angle annular dark-field scanning TEM, HAADF-STEM) 사진이고, 이 사진에서 (011) 평면 상에 핀홀이 형성되었다. 도 2G는 도 2C의 나노박스에 대한 TEM 사진 및 대응하는 EFTEM 사진이고, 상기 나노케이지의 쉘 영역에서 Fe 종들이 축적되었음을 보여 준다. 도 2H는 도 2D의 나노케이지에 대한 HAADF-STEM 사진이고, 이 사진에서 개방된 중공 구조가 나타나 있다. 도 2I는 도 2E의 나노케이지에 대한 TEM 사진 및 대응하는 EFTEM 사진이고, 상기 나노케이지의 전체 표면에 걸쳐 상기 Fe 종들이 균일하게 증착되었음을 보여 준다.Figures 2B-2E illustrate the reaction of an aqueous iron (II) perchlorate solution of 1 mL of 0.4 M (B), 0.6 M (C), 1.0 M (D) and 1.6 M (E) with Mn 3 O 4 nanoparticles HRTEM photographs of the synthesized hollow nanostructures, with each insertion being a corresponding FT pattern. When the concentration of the aqueous iron (II) perchlorate solution was low, the core of the Mn 3 O 4 nanoparticles was partially dissolved to produce a nanobox having a relatively thick wall. As the concentration of iron (II) perchlorate increased, the pore size increased and the nanobox was converted into nanocage (FIGS. 2D and 2H). During the intermediate step of the substitution reaction, both the nanobox and the nanocage showed a continuous fringe pattern, which means that the lattice orientation of the original Mn 3 O 4 nanoparticles is retained. Figures 2B through 2E and their insertions show a slight increase in the interplanar distance between the (100) plane of the Mn 3 O 4 nanoparticles and the (110) plane of the γ-Fe 2 O 3 nanoparticles . However, such changes did not change the alignment of the lattice along the square bottom of the nanoparticles. Preservation of this lattice alignment implies topotactic transformation. FIG. 2F is a photograph of a high-angle annular dark-field scanning TEM (HAADF-STEM) for a nano box of FIG. 2B, in which a pinhole is formed on a (011) plane. FIG. 2G is a TEM photograph and a corresponding EFTEM photograph of the nanobox of FIG. 2C showing the accumulation of Fe species in the shell region of the nanocage. Fig. 2H is a HAADF-STEM photograph of the nanocage of Fig. 2D, in which an open hollow structure is shown. FIG. 2I is a TEM photograph and the corresponding EFTEM photograph of the nanocage of FIG. 2E showing that the Fe species were uniformly deposited over the entire surface of the nanocage.

도 3은 1 mL의 (a) 0.4 M, (b) 0.8 M, (c) 1.6 M 및 (e) 2.0 M의 아이언(II) 퍼클로레이트 수용액과 Mn3O4 나노입자의 반응에 의해 합성된 중공 나노구조체에 대한 XAS(X-ray absorption spectroscopy) 및 XMCD(X-ray magnetic circular dichroism) 측정 결과이다. 도 3A는 철 대 망간의 몰비율의 증가에 따른 Mn L 2 ,3-모서리에서의 X-선 흡수 스펙트럼이다. 도 3A에 나타난, 상기 나노박스의 Mn L 2 ,3-모서리에서의 XAS는 원래의 Mn3O4 나노입자의 XAS와 거의 동일하고, Mn3 + 및 Mn2 + 이온들은 모두 상기 스피넬 구조 내에서 팔면체 자리 및 사면체 자리를 각각 차지하고 있다. 도 3A에서 X-선 흡수 스펙트럼 (b)-(d)에서 볼 수 있듯이, Mn3 + 이온에 해당하는 피크는 점차 사라졌고, 치환반응 종료 후에는 Mn2 + 이온들의 피크들만 남았다. 그러나 Mn2 + 이온의 몰농도가 9% 미만으로 감소한 것은 상기 Mn2 + 이온들의 대부분이 상기 사면체 자리로부터 제거되었음을 의미한다. 상기 나노케이지의 Fe L 2 ,3-모서리에서의 XAS 및 XMCD 모두, Fe3 + 이온만을 함유하는 γ-Fe2O3(마그헤마이트)의 XAS 및 XMCD와 유사하였지만, Fe3 + 및 Fe2 + 이온을 모두 함유한 Fe3O4의 XAS 및 XMCD와는 유사하지 아니하였다(도 3B 및 3C). 이러한 결과는 Fe3 + 이온들이, 이전에 Mn3+ 이온들이 차지했던 상기 스피넬 구조의 팔면체 자리에 도입되었다는 사실을 의미한다.
Figure 3 is a graphical representation of the results of a reaction of an aqueous iron (II) perchlorate solution of 1 mL of (a) 0.4 M, (b) 0.8 M, (c) 1.6 M and (e) 2.0 M with Mn 3 O 4 nanoparticles X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) measurements on nanostructures. FIG. 3A is an X-ray absorption spectrum at Mn L 2 , 3 -edge with increasing molar ratio of iron to manganese. The XAS at the Mn L 2 , 3 -edge of the nanobox shown in FIG. 3A is almost the same as the XAS of the original Mn 3 O 4 nanoparticles, and Mn 3 + and Mn 2 + ions are all within the spinel structure Occupies the octahedral and the tetrahedral, respectively. As can be seen from the X-ray absorption spectra (b) - (d) in FIG. 3A, the peak corresponding to the Mn 3 + ion gradually disappeared and only the peaks of the Mn 2 + ions remained after the completion of the substitution reaction. However, the reduction of the molar concentration of Mn 2 + ions to less than 9% means that most of the Mn 2 + ions have been removed from the tetrahedral sites. Both XAS and XMCD in the Fe L 2 , 3 -corners of the nanocage were similar to XAS and XMCD of γ-Fe 2 O 3 (maghemite) containing only Fe 3 + ions, but Fe 3 + and Fe 2 (Fig. 3B and 3C) of XAS and XMCD of Fe 3 O 4 containing all of the + ions. This result implies that Fe 3 + ions were introduced into the octahedral site of the spinel structure previously occupied by Mn 3 + ions.

실시예Example 4.  4. 갈바니Galvanic 치환반응에 의한  Substitution reaction MnMn 33 OO 44 // SnOSnO 22 나노케이지(nanocage)의Nanocage 제조 Produce

실시예 1에서 제조된 Mn3O4 현탁액 16 mL에, 0.34 g의 올레일아민, 2.0 M 틴(II) 클로라이드 수용액 및 0.4 mL의 HCl 용액(37%)을 포함하는 수용액 0.5 mL를 첨가한 후, 공기 중에서 2시간 동안 90℃로 가열하여 Mn3O4/SnO2 나노케이지를 제조하였다. 상기 생성 혼합물을 실온으로 냉각하고 원심분리하여 생성물을 얻은 후, 에탄올로 세척하였다. 본 실시예에서 합성된 Mn3O4/SnO2 나노케이지에 대한 TEM 사진이 도 1D(좌측)에 나타나 있다.
To 16 mL of the Mn 3 O 4 suspension prepared in Example 1 was added 0.5 mL of an aqueous solution containing 0.34 g of oleylamine, 2.0 M tin (II) chloride aqueous solution and 0.4 mL of HCl solution (37%) , And then heated in air at 90 캜 for 2 hours to prepare Mn 3 O 4 / SnO 2 nanocage. The product mixture was cooled to room temperature and centrifuged to obtain the product, which was then washed with ethanol. A TEM photograph of the Mn 3 O 4 / SnO 2 nanocage synthesized in this example is shown in FIG. 1D (left).

실시예Example 5.  5. 갈바니Galvanic 치환반응에 의한  Substitution reaction SnOSnO 22 나노케이지의Nanocage 제조 Produce

실시예 1에서 제조된 Mn3O4 현탁액 16 mL에, 0.67 g의 올레일아민, 0.14 g의 올레산, 0.2 mL의 HCl 용액(37%) 및 2.0 M 틴(II) 클로라이드를 포함하는 수용액 0.5 mL를 첨가한 후, 공기 중에서 2시간 동안 90℃로 가열하여 SnO2 나노케이지를 제조하였다. 상기 생성 혼합물을 실온으로 냉각하고 원심분리하여 생성물을 얻은 후, 에탄올로 세척하였다. 본 실시예에서 합성된 SnO2 나노케이지에 대한 TME 사진이 도 1D(우측)에 나타나 있다.
To 16 mL of the Mn 3 O 4 suspension prepared in Example 1 was added 0.5 mL of an aqueous solution containing 0.67 g of oleylamine, 0.14 g of oleic acid, 0.2 mL of HCl solution (37%) and 2.0 M of tin (II) chloride And then heated at 90 캜 for 2 hours in air to prepare SnO 2 nanocage. The product mixture was cooled to room temperature and centrifuged to obtain the product, which was then washed with ethanol. A TME photograph of the SnO 2 nanocage synthesized in this example is shown in FIG. 1D (right).

실시예Example 6.  6. 갈바니Galvanic 치환반응에 의한  Substitution reaction CoCo 33 OO 44 // SnOSnO 22 나노케이지의Nanocage 제조 Produce

실시예 2에서 제조된 1 mmol의 Co3O4 나노입자, 2 g의 올레일아민, 0.14 g의 올레산 및 15 mL의 자일렌으로 이루어진 현탁액에, 2.0 M 틴(II) 클로라이드 및 0.6 mL의 HCl 용액(37%)을 포함한 1 mL의 수용액을 첨가한 후, 공기 중에서 2시간 동안 90℃로 가열하여 Co3O4/SnO2 나노케이지를 제조하였다. 상기 생성 혼합물을 실온으로 냉각하고 원심분리하여 생성물을 얻은 후, 에탄올로 세척하였다.2.0 M tin (II) chloride and 0.6 mL of HCl were added to a suspension of 1 mmol of Co 3 O 4 nanoparticles prepared in Example 2, 2 g of oleylamine, 0.14 g of oleic acid and 15 mL of xylene 1 mL of an aqueous solution containing a solution (37%) was added, and the mixture was heated at 90 ° C. for 2 hours in air to prepare a Co 3 O 4 / SnO 2 nanocage. The product mixture was cooled to room temperature and centrifuged to obtain the product, which was then washed with ethanol.

본 실시예에서 합성된 Co3O4/SnO2 나노케이지에 대한 TEM 사진이 도 4A(삽입도(스케일 바 = 10 nm)는 고배율 TEM 사진)에 나타나 있고, 상기 Co3O4/SnO2 나노케이지에 대한 HRTEM 사진 도 4B(삽입도는 EFTEM 사진)에 나타나 있다.
A TEM photograph of the Co 3 O 4 / SnO 2 nanocage synthesized in this example is shown in FIG. 4A (high magnification TEM image of the inset (scale bar = 10 nm)) and the Co 3 O 4 / SnO 2 nanocage The HRTEM picture of the cage is also shown in Figure 4B (the inset picture is the EFTEM picture).

실시예 7. 갈바니 치환반응에 의한 SnO 2 나노케이지의 Example 7 Synthesis of SnO 2 by Galvanic Substitution Article nano cage

실시예 2에서 제조된 1 mmol의 Co3O4 나노입자, 0.67 g의 올레일아민, 0.14 g의 올레산 및 15 mL의 자일렌으로 이루어진 현탁액에, 2.0 M 틴(II) 클로라이드 및 0.4 mL의 HCl 용액(37%)을 포함한 수용액 1 mL를 첨가한 후, 공기 중에서 2시간 동안 90℃로 가열하여 SnO2 나노케이지를 제조하였다. 상기 생성 혼합물을 실온으로 냉각하고 원심분리하여 생성물을 얻은 후, 에탄올로 세척하였다. 본 실시예서 합성된 SnO2 나노케이지에 대한 TEM 사진이 도 1C(우측)에 나타나 있다.
2.0 M tin (II) chloride and 0.4 mL of HCl were added to a suspension of 1 mmol of Co 3 O 4 nanoparticles prepared in Example 2, 0.67 g of oleylamine, 0.14 g of oleic acid and 15 mL of xylene 1 mL of an aqueous solution containing a solution (37%) was added, and the mixture was heated at 90 ° C for 2 hours in air to prepare a SnO 2 nanocage. The product mixture was cooled to room temperature and centrifuged to obtain the product, which was then washed with ethanol. A TEM photograph of the SnO 2 nanocage synthesized in this example is shown in FIG. 1C (right).

실시예 8. 갈바니 치환반응에 의한 CeO 2 /γ- Fe 2 O 3 나노케이지의 Example 8 by galvanic replacement reaction CeO 2 / γ- Fe 2 O 3 Article nano cage

미리 제조된 1 mmol의 CeO2 나노입자, 0.67 g의 올레일아민, 0.14 g의 올레산 및 15 mL의 자일렌으로 이루어진 현탁액에, 1 mL의 1.0 M 아이언(II) 클로레이트 수용액을 첨가한 후, 공기 중에서 2시간 동안 90℃로 가열하여 CeO2/γ-Fe2O3 나노케이지를 제조하였다. 상기 생성 혼합물을 실온으로 냉각하고 원심분리하여 생성물을 얻은 후, 에탄올로 세척하였다. 본 실시예에서 사용한 CeO2 나노입자의 TEM 사진이 도 5A에 나타나 있고, 합성된 CeO2/γ-Fe2O3 나노케이지의 TEM 사진이 도 5B와 도 5C에 나타나 있으며, 상기 도 5C의 나노케이지의 EFTEM 사진이 도 5D에 나타나 있다.
To a suspension of 1 mmol of the previously prepared CeO 2 nanoparticles, 0.67 g of oleylamine, 0.14 g of oleic acid and 15 mL of xylene, 1 mL of 1.0 M iron (II) chloride aqueous solution was added, CeO 2 / γ-Fe 2 O 3 nanocage was prepared by heating in air at 90 ° C. for 2 hours. The product mixture was cooled to room temperature and centrifuged to obtain the product, which was then washed with ethanol. A TEM photograph of the CeO 2 nanoparticles used in this example is shown in FIG. 5A, and TEM photographs of the synthesized CeO 2 / γ-Fe 2 O 3 nanocage are shown in FIGS. 5B and 5C, An EFTEM picture of the cage is shown in Figure 5D.

실시예Example 9. 제조된 나노입자들의 구조 분석 9. Structural analysis of the prepared nanoparticles

200 kV에서 JEOL EM-2010 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 TEM 사진을 얻었다. 200 kV에서 JEOL 2200FS 투과전자현미경을 사용하여 고해상도 TEM(HRTEM)을 수행하였다. 에너지-필터(energy-filtered) TEM 사진들을 Tecnai F20 투과전자현미경으로 기록하였다. 유도결합 플라즈마-원자 발광 분광법(inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, ICP-AES)(Shimadzu)을 통해 원소 분석을 수행하였다. 회전 산화극(rotating anode) 및 Cu Kα 방사선원(radiation source)(λ=0.15418 nm)을 갖춘 Rigaku D/max 2500 회절계를 사용하여 X-선 회절 패턴을 얻었다. MPMS 5XL Quantum Design SQUID 자력계를 사용하여 자화도 측정을 수행하였다. Fe 및 Mn L 2 ,3-모서리 XAS 및 XMCD 측정은 포항가속기연구소의 빔라인 2A에서 수행되었다. Micromeritics ASAP 2000 가스흡착분석기를 사용하여 77K에서 질소 흡착 및 탈착 등온선을 측정하였다. BET(Brunauer-Emmett-Teller) 식 및 단일지점법(single-point method)를 사용하여 총표면적 및 기공 부피를 각각 측정하였다.TEM images were obtained at 200 kV using a JEOL EM-2010 transmission electron microscope (TEM). High resolution TEM (HRTEM) was performed using a JEOL 2200FS transmission electron microscope at 200 kV. Energy-filtered TEM images were recorded on a Tecnai F20 transmission electron microscope. Elemental analysis was performed by inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES) (Shimadzu). An X-ray diffraction pattern was obtained using a Rigaku D / max 2500 diffractometer equipped with a rotating anode and a Cu K? Radiation source (? = 0.15418 nm). Magnetization measurements were performed using an MPMS 5XL Quantum Design SQUID magnetometer. Fe and Mn L 2 , 3 -edge XAS and XMCD measurements were performed at Beamline 2A of the Pohang Accelerator Laboratory. Nitrogen adsorption and desorption isotherms were measured at 77 K using a Micromeritics ASAP 2000 gas adsorption analyzer. The total surface area and pore volume were measured using a BET (Brunauer-Emmett-Teller) equation and a single-point method.

Claims (12)

제1 전이금속 산화물 나노입자, 제2 전이금속 염, 물 및 계면활성제의 혼합물을 산성 조건 하에서 가열하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전이금속 산화물 나노입자의 표준환원전위가 상기 제2 전이금속 이온의 표준환원전위 보다 더 큰 것인, 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.Heating a mixture of first transition metal oxide nanoparticles, a second transition metal salt, water and a surfactant under acidic conditions, wherein the standard reduction potential of the first transition metal oxide nanoparticles is higher than the second transition metal ion Is greater than the standard reduction potential of the hollow multimetal oxide nanoparticles. 제1항에 있어서, 상기 제1 전이금속 산화물이 Mn3O4, MnO2, Co3O4, Fe3O4, PbO2 및 CeO2로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first transition metal oxide is selected from the group consisting of Mn 3 O 4 , MnO 2 , Co 3 O 4 , Fe 3 O 4 , PbO 2 and CeO 2 . Method of manufacturing nanoparticles. 제1항에 있어서, 상기 제2 전이금속 염이 아이언(II) 퍼클로레이트, 틴(II) 퍼클롤레이트, 바나듐(III) 클로라이드, 티타늄(III) 클로라이드, 크롬(II) 클로라이드, 아이언(II) 옥살레이트 및 아이언(II) 클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.The method of claim 1, wherein said second transition metal salt is selected from the group consisting of iron (II) perchlorate, tin (II) perchlorate, vanadium (III) chloride, titanium (III) chloride, chromium (II) chloride, (II) < / RTI > chloride. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제1항에 있어서, 상기 계면활성제가 C1-C18 카르복시산, C3-C18 알킬아민 및 C1-C18 알콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.The hollow fiber of claim 1, wherein the surfactant is any one selected from the group consisting of C 1 -C 18 carboxylic acids, C 3 -C 18 alkylamines, and C 1 -C 18 alcohols, or a mixture thereof. Method of manufacturing metal oxide nanoparticles. 제4항에 있어서, 상기 C1-C18 카르복시산이 올레산(oleic acid), 옥탄산(octanoic acid), 스테아르산(stearic acid) 및 데칸산(decanoic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.The method according to claim 4, wherein the C 1 -C 18 carboxylic acid is selected from the group consisting of oleic acid, octanoic acid, stearic acid and decanoic acid. (Method for producing hollow multimetal oxide nanoparticles). 제4항에 있어서, 상기 C1-C18 알킬아민이 올레일아민(oleylamine), 옥틸아민(octylamine), 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecylamine) 및 트리옥틸아민(tri-n-octylamine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.The method of claim 4, wherein the C 1 -C 18 alkylamine is selected from the group consisting of oleylamine, octylamine, hexadecylamine, octadecylamine, and tri- octylamine. < / RTI >< RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제4항에 있어서, 상기 C1-C18 알콜이 올레일알콜(oleyl alcohol), 옥탄올(octanol) 및 부탄올(butanol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.The method of claim 4, wherein the C 1 -C 18 alcohol is selected from the group consisting of oleyl alcohol, octanol, and butanol. . 제1항에 있어서, 상기 혼합물의 pH가 0.0 내지 6.0인 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein the pH of the mixture is 0.0 to 6.0. 제1항에 있어서, 상기 혼합물의 가열 온도는 30℃ 내지 100℃인 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.The method according to claim 1, wherein the heating temperature of the mixture is 30 ° C to 100 ° C. 제1항에 있어서, 상기 다금속 산화물 나노입자의 형상이 나노박스 또는 나노케이지인 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.The method of claim 1, wherein the shape of the multi-metal oxide nanoparticles is a nano-box or a nanocage. 제1항에 있어서, 상기 제1 전이금속 산화물 나노입자의 크기는 5 nm 내지 100 nm인 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein the first transition metal oxide nanoparticles have a size of 5 nm to 100 nm. 제1항에 있어서, 상기 다금속 산화물 나노입자의 크기는 5 nm 내지 100 nm인 것임을 특징으로 하는 중공 다금속 산화물 나노입자 제조 방법.The method of claim 1, wherein the multimetal oxide nanoparticles have a size of 5 nm to 100 nm.
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