KR20180096252A - Method of fabricating FeS2 nanocrystals - Google Patents

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KR20180096252A
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Abstract

The present invention provides a method for manufacturing FeS_2 nanocrystals. The method comprises: a first step of preparing a solution of Fe-surfactant precursor in which iron halide salt and primary amines are mixed and preparing a solution of S-precursor in which sulfur is mixed with secondary amines; and a second step of injecting and heating the S-precursor solution into the Fe-surfactant precursor solution and growing the FeS_2 nanocrystals. The purity and shape of the FeS_2 nanocrystals are controlled according to the concentration of H_2S formed in the second step. According to the present invention, a method for manufacturing FeS_2 capable of controlling the purity and shape of FeS_2 nanocrystals can be realized.

Description

FeS2 나노결정 제조방법{Method of fabricating FeS2 nanocrystals}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method for fabricating FeS2 nanocrystals,

본 발명은 FeS2 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, FeS2 나노결정 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing FeS 2 . More particularly, the present invention relates to a method for producing FeS 2 nanocrystals.

황철석(iron disulfide, iron pyrite, FeS2)은 낮은 독성, 풍부한 매장량 및 원료의 낮은 생산단가의 이유로 에너지 소자의 물질로 각광을 받고 있다. 그러나, mackinawite (FeS), marcasite (orthor-FeS2), greigite (Fe3S4)와 같은 불순물을 포함하기 쉽고, 표면 안정도가 불량하여 에너지 소자에 적용하는 것에 한계가 따르고 있다. 이와 관련한 내용은 하기의 간행물을 참조할 수 있다. Iron disulfide (iron pyrite, FeS 2 ) is attracting attention as an energy element because of its low toxicity, abundant reserves and low production cost of raw materials. However, it is liable to contain impurities such as mackinawite (FeS), marcasite (orthor-FeS 2 ) and greigite (Fe 3 S 4 ), and the surface stability is poor. For further information, please refer to the following publications.

C. Steinhagen, T.B. Hatvey, C.J. Stolle, J. Harris, B.A. Korgel, Pyrite nanocrystal solar cells: promising, or fool's Gold, J. Phys. Chem. Lett. 3 (2012) 2352-2356.C. Steinhagen, T.B. Hatvey, C.J. Stolle, J. Harris, B.A. Korgel, Pyrite nanocrystal solar cells: promising, or fool's Gold, J. Phys. Chem. Lett. 3 (2012) 2352-2356.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, FeS2 나노결정의 순도 및 형상(shape)을 조절할 수 있는 FeS2 나노결정 제조방법을 제공하고자 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention provides a FeS 2 nanocrystal capable of controlling the purity and shape of FeS 2 nanocrystals to solve various problems including the above problems. However, these problems are illustrative and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 따른 FeS2 나노결정 제조방법이 제공된다. 상기 FeS2 나노결정 제조방법은 상기 철 수화물염과 제 1 아민류를 혼합한 철-계면활성제 전구체(Fe-surfactant precursor) 용액을 준비하고, 황을 제 2 아민류와 혼합한 황-전구체(S-precursor) 용액을 준비하는 제 1 단계; 및 상기 황-전구체 용액을 상기 철-계면활성제 전구체 용액에 주입(inject)하고 가열하는 과정을 포함하여 수행함으로써 FeS2 나노결정이 성장하는 제 2 단계; 를 포함하되, 상기 제 2 단계에서 형성되는 H2S의 농도에 따라 FeS2 나노결정의 순도 및 형상(shape)을 제어하는 것을 특징으로 한다. A method for producing FeS 2 nanocrystals according to one aspect of the present invention is provided. The FeS 2 nanocrystal may be prepared by preparing a Fe-surfactant precursor solution obtained by mixing the iron hydrate salt and the first amines, adding a sulfur precursor (S-precursor) obtained by mixing sulfur with a second amine, ) Solution; And injecting and heating the sulfur-precursor solution into the iron-surfactant precursor solution to thereby grow FeS 2 nanocrystals; And the purity and shape of the FeS 2 nanocrystal are controlled according to the concentration of H 2 S formed in the second step.

상기 FeS2 나노결정 제조방법에서, 상기 철 수화물염은 FeCl2·4H2O (Iron (II) chloride tetrahydrate)을 포함하고, 상기 제 1 아민류는 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine)을 포함하고, 상기 제 2 아민류는 올레일아민(OLA; oleylamine) 또는 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)을 포함할 수 있다. In the FeS 2 nanocrystals, the iron hydrate salt includes FeCl 2 .4H 2 O (Iron (II) chloride tetrahydrate), the first amines include octadecylamine (ODA) The secondary amines may include oleylamine (OLA) or trioctylamine (TOA).

상기 FeS2 나노결정 제조방법에서, 상기 제 2 아민류가 올레일아민(OLA; oleylamine)을 포함하는 경우 상기 FeS2 나노결정은 형상(shape)이 구형(spherical)일 수 있다. In the FeS 2 nanocrystals, when the second amines include oleylamine (OLA), the FeS 2 nanocrystal may have a spherical shape.

상기 FeS2 나노결정 제조방법에서, 상기 제 2 아민류가 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)을 포함하는 경우 상기 FeS2 나노결정은 형상(shape)이 입방형(cubic)일 수 있다. In the FeS 2 nanocrystals, when the second amines include trioctylamine (TOA), the FeS 2 nanocrystals may have a cubic shape.

본 발명의 다른 관점에 따른 FeS2 나노결정 제조방법이 제공된다. 상기 FeS2 나노결정 제조방법은 FeCl2·4H2O (Iron (II) chloride tetrahydrate), 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine) 및 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)을 혼합하고 교반하여 철-계면활성제 전구체(Fe-surfactant precursor) 용액을 준비하는 단계; 황(sulfur)을 올레일아민(OLA; oleylamine) 또는 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)과 혼합하여 황-전구체(S-precursor) 용액을 준비하는 단계; 상기 황-전구체 용액을 상기 철-계면활성제 전구체 용액에 주입(inject)하고 가열한 후 가열온도의 질소 분위기에서 교반하여 FeS2 나노결정이 성장하는 단계; 및 상기 FeS2 나노결정이 성장된 혼합용액을 냉각하고 클로로포름을 첨가하여 침전반응으로 FeS2 나노결정을 정제하는 단계;를 포함하되, 상기 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine)의 양을 조절함으로써 상기 FeS2 나노결정의 순도를 제어하고, 상기 황-전구체 용액이 올레일아민(OLA; oleylamine)을 포함하는 경우 상기 FeS2 나노결정은 형상(shape)이 입방형(cubic) 보다는 구형(spherical)이며, 상기 황-전구체 용액이 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)을 포함하는 경우 상기 FeS2 나노결정은 형상(shape)이 구형(spherical) 보다는 입방형(cubic)인 것을 특징으로 한다. A method for manufacturing FeS 2 nanocrystals according to another aspect of the present invention is provided. The FeS 2 nanocrystals are prepared by mixing and stirring FeCl 2 .4H 2 O (Iron (II) chloride tetrahydrate), octadecylamine (ODA) and trioctylamine (TOA) (Fe-surfactant precursor) solution; Preparing sulfur-precursor solution by mixing sulfur with oleylamine (OLA) or trioctylamine (TOA); Injecting the sulfur-precursor solution into the iron-surfactant precursor solution, heating the solution, and stirring the solution in a nitrogen atmosphere at a heating temperature to grow FeS 2 nanocrystals; And cooling the mixed solution in which the FeS 2 nanocrystals are grown and purifying the FeS 2 nanocrystals by precipitation by adding chloroform to the FeS 2 nanocrystals, wherein the amount of the FeS 2 nanocrystals is controlled by adjusting the amount of the octadecylamine (ODA) 2 nanocrystals, and when the sulfur-precursor solution contains oleylamine (OLA), the FeS 2 nanocrystals have a shape that is spherical rather than cubic, When the sulfur-precursor solution contains trioctylamine (TOA), the FeS 2 nanocrystal has a cubic shape rather than a spherical shape.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, FeS2 나노결정의 순도 및 형상(shape)을 조절할 수 있는 FeS2 나노결정 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention as described above, FeS 2 nanocrystals can be fabricated which can control the purity and shape of FeS 2 nanocrystals. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 옥타데실아민(ODA)의 양에 따른 황화철 나노입자들의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 FeS2 나노 입방체의 TEM 이미지(a), HRTEM 이미지(b) 및 크기 분포(c), FeS2 나노 구형체의 TEM 이미지(d), HRTEM 이미지(e) 및 크기 분포(f)를 나타낸 것이다.
도 3은 다양한 시간(duration)에 따른 입방형(cubic) FeS2 나노결정(a) 및 구형(spherical) FeS2 나노결정(b)의 성장 과정에 대한 TEM 이미지이다.
도 4는 입방형(cubic) FeS2 나노결정(a) 및 구형(spherical) FeS2 나노결정의 HRTEM 이미지이다.
도 5는 FeS2 나노결정의 나노 입방체 및 나노 구형체의 XRD(a), 라만 스펙트럼(b), 구형(spherical) FeS2 의 Fe2p XPS 스펙트럼(c), S2p XPS 스펙트럼(d), 입방형(cubic) FeS2 의 Fe2p XPS 스펙트럼(e), S2p XPS 스펙트럼(f)을 나타낸다.
도 6은 FeS2 나노결정의 광학적 특성을 나타낸다.
FIG. 1 shows the XRD analysis results of the iron sulfide nanoparticles according to the amount of octadecylamine (ODA).
Figure 2 is a TEM image (a), HRTEM images (b) and size distribution (c), the TEM image (d), HRTEM image (e) and size distribution (f) of the FeS 2 nano-spheres of the FeS 2 nano cube .
FIG. 3 is a TEM image of the growth process of cubic FeS 2 nanocrystals (a) and spherical FeS 2 nanocrystals (b) according to various durations.
Figure 4 is an HRTEM image of cubic FeS 2 nanocrystals (a) and spherical FeS 2 nanocrystals.
XRD of the nano-cube and nano-spheres of Figure 5 FeS 2 nanocrystals (a), Raman spectrum (b), spherical (spherical) Fe 2 p XPS spectrum of FeS 2 (c), S 2 p XPS spectra (d) , The Fe 2 p XPS spectrum (e) and the S 2 p XPS spectrum (f) of the cubic FeS 2 .
Figure 6 shows the optical properties of FeS 2 nanocrystals.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명의 일 실시예에 따른 FeS2 나노결정 제조방법은 FeCl2·4H2O (Iron (II) chloride tetrahydrate), 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine) 및 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)을 혼합하고 교반하여 철-계면활성제 전구체(Fe-surfactant precursor) 용액을 준비하는 단계; 황(sulfur)을 올레일아민(OLA; oleylamine) 또는 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)과 혼합하여 황-전구체(S-precursor) 용액을 준비하는 단계; 상기 황-전구체 용액을 상기 철-계면활성제 전구체 용액에 주입(inject)하고 가열한 후 가열온도의 질소 분위기에서 교반하여 FeS2 나노결정이 성장하는 단계; 및 상기 FeS2 나노결정이 성장된 혼합용액을 냉각하고 클로로포름을 첨가하여 침전반응으로 FeS2 나노결정을 정제하는 단계;를 포함한다. The FeS 2 nanocrystals according to an embodiment of the present invention may be prepared by mixing FeCl 2 .4H 2 O (Iron (II) chloride tetrahydrate), octadecylamine (ODA) and trioctylamine Stirring the solution to prepare an iron-surfactant precursor solution; Preparing sulfur-precursor solution by mixing sulfur with oleylamine (OLA) or trioctylamine (TOA); Injecting the sulfur-precursor solution into the iron-surfactant precursor solution, heating the solution, and stirring the solution in a nitrogen atmosphere at a heating temperature to grow FeS 2 nanocrystals; And cooling the mixed solution in which the FeS 2 nanocrystals are grown, and adding chloroform to refine the FeS 2 nanocrystals by a precipitation reaction.

특히, 상기 FeS2 나노결정이 성장하는 단계에서 형성되는 H2S의 농도에 따라 FeS2 나노결정의 순도 및 형상(shape)을 조절할 수 있다. 또한, 상기 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine)의 양을 조절함으로써 상기 FeS2 나노결정의 순도를 제어하고, 상기 황-전구체 용액이 올레일아민(OLA; oleylamine)을 포함하는 경우 상기 FeS2 나노결정은 형상(shape)이 입방형(cubic) 보다는 구형(spherical)이며, 상기 황-전구체 용액이 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)을 포함하는 경우 상기 FeS2 나노결정은 형상(shape)이 구형(spherical) 보다는 입방형(cubic)인 것을 특징으로 한다.In particular, it is possible to control the purity and geometry (shape) of the FeS 2 nanocrystals according to the concentration of H 2 S formed in the step in which the FeS 2 nanocrystal growth. Also, the purity of the FeS 2 nanocrystals is controlled by controlling the amount of the octadecylamine (ODA), and when the sulfur-precursor solution contains oleylamine (OLA), the FeS 2 nanocrystals When the shape of the FeS 2 nanocrystal is spherical rather than cubic and the solution of the sulfur-precursor includes trioctylamine (TOA), the FeS 2 nanocrystal has a shape of spherical ) Is cubic rather than cubic.

이하에서는 상술한 기술적 사상을 구현한 실험예를 구체적으로 설명한다. Hereinafter, an experimental example in which the above-described technical idea is implemented will be described in detail.

화학물질chemical substance

본 발명자는 철 수화물염인 Iron (II) chloride tetrahydrate(FeCl2·4H2O, 99%), 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine, 90%), 원소물질인 황(S, 98%), 올레일아민(OLA; oleylamine, 70%) 및 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine, 90%)를 준비하였다. 또한, 클로로포름(chloroform) 및 메탄올(methanol)도 준비하였다. 본 실험에서 상기 화학물질에 대해서 별도의 추가적인 정제는 수행하지 않았다. The present inventors have found that iron (II) chloride tetrahydrate (FeCl 2 .4H 2 O, 99%), octadecylamine (ODA), sulfur (S, 98% Amine (OLA; oleylamine, 70%) and trioctylamine (TOA, 90%) were prepared. Chloroform and methanol were also prepared. No additional purification was performed on the chemical in this experiment.

FeSFeS 22 나노결정 제조 Manufacture of nanocrystals

1 mmol의 FeCl2·4H2O (Iron (II) chloride tetrahydrate), 10g의 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine) 및 10ml의 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)를 플라스크에 넣고 150℃의 온도에서 진공 조건으로 1시간 동안 교반(stir)하여 철-계면활성제 전구체(Fe-surfactant precursor)를 형성하였다. 1 mmol of FeCl 2 .4H 2 O (Iron (II) chloride tetrahydrate), 10 g of octadecylamine (ODA) and 10 ml of trioctylamine were placed in a flask, For 1 hour to form an iron-surfactant precursor.

또한, 이와 별개로, 0.192g의 원소형태의 황(sulfur)을 5ml의 올레일아민(OLA; oleylamine)에 첨가하여 구형(spherical)의 FeS2를 형성하기 위한 황-전구체(S-precursor)를 준비하거나, 또는, 0.192g의 원소형태의 황(sulfur)을 5ml의 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)에 용해시켜 입방형(cubic)의 FeS2를 형성하기 위한 황-전구체(S-precursor)를 준비하였다. 상기 혼합물은 황이 완전히 용해될 때까지 대기압 상태에서 70℃의 온도에서 강하게 교반하였다. Separately, 0.192 g of elemental sulfur was added to 5 ml of oleylamine (OLA) to form a spherical S-precursor to form spherical FeS 2 (S-precursor) for the formation of cubic FeS 2 by dissolving 0.192 g of elemental sulfur in 5 ml of trioctylamine (TOA) Prepared. The mixture was stirred vigorously at a temperature of 70 < 0 > C at atmospheric pressure until the sulfur was completely dissolved.

계속하여, 상기 황-전구체 용액은 상기 철-계면활성제 전구체 용액에 빠르게 인젝션(injection)하고, 220℃로 가열한 후 질소 분위기 하에서 가열온도를 2 시간 동안 계속 교반하여 FeS2 나노결정(iron pyrite nanocrystals)이 충분하게 성장하도록 한다. 이후, 상온으로 냉각시킨다. FeS2 나노결정은 10 분 동안 6000rpm의 원심분리기 내에서 클로로포름(chloroform) 및 메탄올(methanol)을 사용하여 혼합 용매 침전법에 의하여 정제(purify)될 수 있다. 정제된 나노결정은 클로로포름 내에서 저장된다. 이러한 제조방법은 변형된 핫 인젝션(hot injection) 방법으로 이해될 수 있다. Subsequently, the sulfur-precursor solution is the iron-surfactant precursor solution was rapidly injected (injection) in, and stirring was continued to FeS 2 nanocrystals for two hours and the heating temperature in a nitrogen atmosphere and then heated to 220 ℃ (iron pyrite nanocrystals ) To grow sufficiently. Thereafter, it is cooled to room temperature. The FeS 2 nanocrystals can be purified by mixed solvent precipitation using chloroform and methanol in a centrifuge at 6000 rpm for 10 minutes. The purified nanocrystals are stored in chloroform. This manufacturing method can be understood as a modified hot injection method.

황화철(iron sulfide)의 상변화에 대한 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine) 양의 영향을 확인하기 위하여, 황-전구체의 용매로 트리옥틸아민(TOA)를 사용하였으며, 옥타데실아민(ODA)의 양을 각각 0g, 2g, 5g, 10g으로 설정하였다. To investigate the effect of octadecylamine (ODA) on the phase change of iron sulfide, trioctylamine (TOA) was used as the solvent of the sulfur precursor and the amount of octadecylamine (ODA) Were set to 0 g, 2 g, 5 g, and 10 g, respectively.

결과 및 분석Results and Analysis

옥타데실아민(ODA)의 양을 변경함에 따라 FeS2 나노결정의 상 순도(phase purity)를 확보할 수 있었다. 도 1은 옥타데실아민(ODA)의 양에 따른 황화철 나노입자들의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다. 옥타데실아민(ODA)의 양이 0에서 10g까지 변함에 따라 황화철의 상은 FeS 상에서부터 혼합된 FeS 및 Fe3S4 상을 거쳐 순수한 FeS2 상으로 변화된다. Fe(1-x)S, Fe3S4 및 FeS2 의 구조는 각각 hexagonal[JCPDS 00-020-0535], cubic [JCPDS 01-089-1999] 및 cubic [JCPDS 00-0024-0076]이다. 옥타데실아민(ODA)은 철-황 상의 발현에 영향을 미치는 중요한 인자로서 역할을 한다. 옥타데실아민(ODA)가 없는 경우, 반응 시간이 증가함에도 불구하고 220℃에서 순수한 FeS 상만이 형성된다. 옥타데실아민(ODA)의 양이 2g으로 증가되는 경우 Fe3S4 상의 피크가 나타나고 FeS 피크 강도는 감소된다. 옥타데실아민(ODA)의 양을 5g까지 첨가하는 경우, Fe3S4 상의 강도가 증가되며, FeS2 상의 피크가 출현한다. 옥타데실아민(ODA)의 양이 10g인 경우 FeS 상 및 Fe3S4 상의 피크 강도는 완전히 사라지며 순수한 FeS2 상이 구현된다. 이에 따르면, 옥타데실아민(ODA)의 양이 증가함에 따라 FeS2 형성이 구현됨을 확인할 수 있다. 황철석(iron pyrite) 상의 형성이 진행되어 완성됨에 따라, FeS 상의 신호는 점진적으로 감소되어 소멸된다. FeS 상은 Fe3S4 이라는 중간상을 형성하기 위한 전구물질의 역할을 하며, 최종적으로 순수한 FeS2 상으로 변태된다. By changing the amount of octadecylamine (ODA), the phase purity of FeS 2 nanocrystals could be secured. FIG. 1 shows the XRD analysis results of the iron sulfide nanoparticles according to the amount of octadecylamine (ODA). As the amount of octadecylamine (ODA) changes from 0 to 10 g, the phase of iron sulfide is changed to the pure FeS 2 phase through the FeS and Fe 3 S 4 phases mixed from the FeS phase. The structures of Fe (1-x) S, Fe 3 S 4 and FeS 2 are hexagonal [JCPDS 00-020-0535], cubic [JCPDS 01-089-1999] and cubic [JCPDS 00-0024-0076]. Octadecylamine (ODA) plays an important role in influencing iron-sulfur phase expression. In the absence of octadecylamine (ODA), only pure FeS phase is formed at 220 ° C, despite increased reaction time. When the amount of octadecylamine (ODA) is increased to 2 g, the peak of Fe 3 S 4 appears and the FeS peak intensity decreases. When the amount of octadecylamine (ODA) is added up to 5 g, the strength of the Fe 3 S 4 phase is increased, and a peak of the FeS 2 phase appears. When the amount of octadecylamine (ODA) is 10 g, the peak strengths of FeS phase and Fe 3 S 4 completely disappear and a pure FeS 2 phase is realized. According to this, it can be confirmed that FeS 2 formation is realized as the amount of octadecylamine (ODA) increases. As the formation of the iron pyrite phase progresses and completes, the signal on the FeS phase gradually decreases and disappears. The FeS phase serves as a precursor to form the intermediate phase Fe 3 S 4 and finally transforms into a pure FeS 2 phase.

본 실험예에서, 트리옥틸아민(TOA)는 FeS2 나노결정의 형성을 위한 황 및 철 전구체의 용매로 사용된다. 트리옥틸아민(TOA)은 새로운 전구체를 형성하기 위하여 황과 결합될 수 없는 제 3의 아민이다. 따라서, 황화철(iron sulfide)의 형성을 위한 옥타데실아민(ODA)의 역할은 명백해질 수 있다. 한편, 트리옥틸아민(TOA) 용매는 순수한 FeS2 상의 형성을 위하여 적합한 베이스 환경을 제공한다. 순수한 FeS2 상의 형성 메커니즘은 다음의 화학식으로 표현되는 반응에 기반한다. In this example, trioctylamine (TOA) is used as a solvent for the sulfur and iron precursors for the formation of FeS 2 nanocrystals. Trioctylamine (TOA) is a tertiary amine that can not be combined with sulfur to form a new precursor. Thus, the role of octadecylamine (ODA) for the formation of iron sulfide may become apparent. On the other hand, trioctylamine (TOA) solvent provides a suitable base environment for the formation of pure FeS 2 phase. The mechanism of formation of the pure FeS 2 phase is based on the reaction expressed by the following formula.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00001
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[화학식 2](2)

Figure pat00002
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[화학식 3](3)

Figure pat00003
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[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00004
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화학식 1에서, 황 소스 용액(황 원소 및 트리옥틸아민(TOA))이 철 소스 용액에 인젝션될 때, FeS 상이 형성된다. 화학식 2에서는 원소형태의 황과 비교하여 더욱 활성화된 황 소스(active sulfur source)인 황화수소(hydrogen sulfide) 및 아미드(amide)가 형성된다. 화학식 3 및 화학식 4에서, 아미드 및 황화수소의 존재 하에서 FeS 상은 Fe3S4 상을 거쳐 FeS2 상으로 변태된다. 화학식 3 및 화학식 4는 본 발명자에 의하여 최초로 발견되었다. Fe3S4 상은 활성 황 소스가 존재하는 경우에만 출현한는 바, 이것은 FeS 상이 추가적인 황 소스인 H2S와 반응할 때만 Fe3S4 상이 형성됨을 의미한다. 활성 황 소스가 FeS 에서 Fe3S4 을 거쳐 FeS2 으로 상변태되는 구동력으로 중요한 역할을 함을 의미한다. 중간의 침전 반응과 관련되기 때문에, 수득한 FeS2 상은 형성 이후에 다른 황화철 상으로 이루어지지 않는다. 따라서, 황철석 형성은 비가역 반응으로 이해된다. In formula (1), when a sulfur source solution (sulfur element and trioctylamine (TOA)) is injected into the iron source solution, an FeS phase is formed. In formula (2), more active sulfur sources, hydrogen sulfide and amide, are formed compared to elemental sulfur. In the formulas (3) and (4), in the presence of amide and hydrogen sulfide, the FeS phase transforms into the FeS 2 phase via the Fe 3 S 4 phase. Formulas (3) and (4) were first discovered by the present inventors. Fe 3 S 4 phase means a phase formed when Fe 3 S 4 to the active sulfur source is present only in an an bars, this different appearance FeS additional sulfur source, H 2 S, and if the reaction. This means that the active sulfur source plays an important role as a driving force which is converted into FeS 2 through Fe 3 S 4 in FeS. Since it is associated with the intermediate precipitation reaction, the FeS 2 phase obtained does not form another iron sulfide phase after formation. Therefore, pyrite formation is understood as irreversible reaction.

FeS2 나노결정의 형상(shape)은 황 소스를 위한 안정화된 용매를 변경함으로써 제어된다. 도 2는 FeS2 나노 입방체의 TEM 이미지(a), HRTEM 이미지(b) 및 크기 분포(c), FeS2 나노 구형체의 TEM 이미지(d), HRTEM 이미지(e) 및 크기 분포(f)이다. 도 2의 (a), (b), (d), (e)는 황철석 나노결정의 두 다른 모폴로지의 TEM 및 HRTEM 이미지를 나타낸다. 입방형(cubic) 및 구형(spherical) 나노결정의 격자 파라미터는 HRTEM으로부터 측정되었는 바 알려진 값의 범위에 대응된다. 원소형태의 황의 안정화된 용매로서 트리옥틸아민(TOA)을 사용하면 입방형(cubic) 황철석이 수득되는 반면에, 용매로서 올레일아민(OLA)을 사용함으로써 구형(spherical) 황철석 나노결정이 형성된다. 도 2의 (c)와 (f)를 참조하면, 나노 입방체는 평균 에지 길이가 80nm이며, 나노 구형체는 평균 직경이 30nm을 가진다. The shape of the FeS 2 nanocrystals is controlled by changing the stabilized solvent for the sulfur source. Figure 2 is a TEM image (a), HRTEM images (b) and size distribution (c), FeS 2, TEM image (d), HRTEM image (e) and size distribution (f) of the nano-spheres of the FeS 2 nano cube . Figures 2 (a), 2 (b), 2 (d) and 2 (e) show TEM and HRTEM images of two different morphologies of pyrite nanocrystals. The lattice parameters of cubic and spherical nanocrystals correspond to a range of known values as measured from HRTEM. The use of trioctylamine (TOA) as the sulfur-stabilized solvent in elemental form yields cubic pyrithium while the use of oleylamine (OLA) as solvent forms spherical pyrithione nanocrystals . Referring to FIGS. 2 (c) and 2 (f), the nanocubes have an average edge length of 80 nm and the nanospheres have an average diameter of 30 nm.

FeS2 나노결정의 형상 제어를 위한 성장 메커니즘을 더욱 이해하기 위하여, 황과 다양한 용매(TOA 또는 OLA)의 혼합물을 다양한 시간 동안 철 화합물 용액에 주입하였다. Fe/S 비율은 모두 1/6으로 유지하였다. 결과는 TEM으로 확인하였는 바, 도 3은 다양한 시간(duration)에 따른 입방형(cubic) FeS2 나노결정(a) 및 구형(spherical) FeS2 나노결정(b)의 성장 과정에 대한 TEM 이미지이다. FeS2 입방체의 성장의 경우, 트리옥틸아민(TOA)가 황 원소와 결합하는 용매로 사용되었다. 트리옥틸아민(TOA)는 활성 황 소스(아미드 또는 H2S)를 형성하기 위하여 황과 반응될 수 없는 제 3 의 아민류이다. S-TOA 전구체가 철-아민 용액으로 인젝션된 후에, 황과 제 1 아민류인 옥타데실아민(ODA)의 반응이 일어난다. 이러한 반응은 활성 황 소스를 천천히 형성하며, 낮은 핵생성 농도(nuclei concentration)를 유발한다. 낮은 핵생성 농도는 느린 성장을 발생시키며 더 큰 시드(seed)들을 형성한다(도 3의 (a)). 이와 반대로, 황이 황 소스로서 제 1 아민류인 올레일아민(OLA)과 결합하는 경우, 활성 황 소스가 쉽게 형성된다. 이는 높은 핵생성 농도를 유발한다. 높은 핵생성 농도는 빠른 성장과 전체적으로 더 작은 씨드 형성을 가능하게 한다(도 3의 (b)). 씨드 형성은 나노입자들의 제조에서 흔히 관찰된다. 약한 계면활성제(OLA, ODA)에 의해 덮혀지기 때문에, 씨드는 조대해지는 경향이 있다. 부착은 초기 단계에서 빠르게 일어난다. 구형 씨드를 형성하는 클러스터는 입방형 씨드를 형성하는 클러스터 보다 더 작다. To further understand the growth mechanism for controlling the shape of FeS 2 nanocrystals, a mixture of sulfur and various solvents (TOA or OLA) was injected into the iron compound solution for various times. The Fe / S ratio was kept at 1/6. The results are shown in TEM. FIG. 3 is a TEM image of the growth process of cubic FeS 2 nanocrystals (a) and spherical FeS 2 nanocrystals (b) according to various durations . In the case of the growth of the FeS 2 cube, trioctylamine (TOA) was used as the solvent to bind the elemental sulfur. Trioctylamine (TOA) is a tertiary amine that can not be reacted with sulfur to form an active sulfur source (amide or H 2 S). After the S-TOA precursor is injected into the iron-amine solution, the reaction of sulfur with the primary amine octadecylamine (ODA) takes place. This reaction slowly forms an active sulfur source and causes a low nuclei concentration. Low nucleation concentrations result in slow growth and larger seeds (Fig. 3 (a)). Conversely, when sulfur is combined with the primary amine oleylamine (OLA) as a sulfur source, an active sulfur source is readily formed. This leads to high nucleation concentrations. The high nucleation concentration allows rapid growth and overall smaller seed formation (Fig. 3 (b)). Seed formation is commonly observed in the production of nanoparticles. The seeds tend to become coarse because they are covered by a weak surfactant (OLA, ODA). Attachment occurs rapidly in the early stages. Clusters forming spherical seeds are smaller than clusters forming cubic seeds.

도 4는 45분 반응시간에서 입방형(cubic) FeS2 나노결정(a) 및 30분 반응시간에서 구형(spherical) FeS2 나노결정의 HRTEM 이미지이다. 도 4를 참조하면, 부착이 일어났을 때 결정면 및 결정배향을 확인할 수 있다. 입방체가 형성되는 경우, 2.7 Å 거리를 가지는 평행 핑거들(parallel fingers)은 (100)면들의 격자 공간에 대응된다(도 4의 (a)). 큰 씨드들의 성장은 주로 (100)면 상에 일어나며 입방형(cubic) 형상을 구현한다. 두 결정 간의 면간 상에 결함들이 관찰되는 바, 이는 하얀 점선으로 표시된 배향성 부착의 흔적일 수 있다. 구형체가 형성되는 경우, 2.4 Å 거리를 가지는 평행 핑거들은 (210)면들의 격자 공간에 대응된다(도 4의 (b)). 황이 풍부한 조건 하에서, 더 작은 씨드들의 배향 성장은 주로 (210) 면 상에서 일어나며 패싯 구형(faceted spherical) 형상을 구현한다. FIG. 4 is an HRTEM image of cubic FeS 2 nanocrystals (a) at 45 min reaction time and spherical FeS 2 nanocrystals at 30 min reaction time. Referring to FIG. 4, the crystal plane and crystal orientation can be confirmed when adhesion occurs. When a cube is formed, parallel fingers having a distance of 2.7 A correspond to a lattice space of (100) planes (FIG. 4 (a)). The growth of large seeds occurs mainly on the (100) plane and implements a cubic shape. Defects are observed on the interplanar spacing between the two crystals, which may be a sign of the oriented attachment indicated by the white dotted line. When the spheres are formed, the parallel fingers having a distance of 2.4 A correspond to the lattice spaces of the (210) planes (FIG. 4 (b)). Under sulfur-rich conditions, the orientation growth of smaller seeds occurs primarily on the (210) plane and implements a faceted spherical shape.

제조된 상태의 FeS2 나노결정의 광학적 특성 뿐만 아니라 결정성과 결합 특성을 조사하였다. 도 5는 FeS2 나노결정의 나노 입방체 및 나노 구형체의 XRD(a), 라만 스펙트럼(b), 구형(spherical) FeS2 의 Fe2p XPS 스펙트럼(c), S2p XPS 스펙트럼(d), 입방형(cubic) FeS2 의 Fe2p XPS 스펙트럼(e), S2p XPS 스펙트럼(f)을 나타낸다. The crystallinity and binding properties as well as the optical properties of FeS 2 nanocrystals were investigated. XRD of the nano-cube and nano-spheres of Figure 5 FeS 2 nanocrystals (a), Raman spectrum (b), spherical (spherical) Fe 2 p XPS spectrum of FeS 2 (c), S 2 p XPS spectra (d) , The Fe 2 p XPS spectrum (e) and the S 2 p XPS spectrum (f) of the cubic FeS 2 .

도 5의 (a)는 FeS2 나노결정의 나노 입방체 및 나노 구형체의 XRD 패턴을 나타낸다. 입방형(cubic) FeS2 나노결정에 대한 모든 XRD 피크들은 황철석 FeS2 의 인덱스에 잘 부합하며(JPCDS No.0171-0053), 허용된 격자 파라미터는 a=5.428Å이다. 구형(spherical) FeS2 나노결정에 대한 모든 XRD 피크들은 황철석 FeS2 의 인덱스에 잘 부합하며(JPCDS No. 0024-0076), 허용된 격자 파라미터는 a=5.428Å이다. Fe(1-x)S (x=0 to 2)에 해당하는 marcasite, greigite, pyrrhotite의 신호는 XRD 분석에서 발견되지 않으며, 다른 불순물 상도 발견되지 않는다. 라만 분석법이 황철석 FeS2 입방체 및 구형체의 순수상을 확인하기 위하여 적용될 수 있다. 도 5의 (b)는 라만 스펙트럼이 황철석 FeS2 에 대한 Eg, Ag 및 Tg 모드의 진동에 일치함을 보여준다. Eg 진동 모드에서, 황 원자는 S-S 결합축에 수직으로 이동한다. 그러나, 구형(spherical) FeS2 나노결정의 경우, 430cm-1의 위치에서 피크는 더 작은 나노입자들 때문에 명백하지 않다. FeS 상(210 및 280cm-1) 및 marcasite 상(323 및 387cm-1) 에 대한 라만 피크는 분명하지 않는 바, 이는 불순물 상이 없음을 의미한다. 상술한 바와 같이, 도 2에서 단일 입방형 및 구형 황철석 나노입자의 HRTEM 이미지들을 확인하였다. 5.4Å의 격자 거리는 입방형 입자 및 구형 입자의 단일 경정 구조체에 해당한다. 나아가, 제조된 상태의 나노결정들의 표면의 원소 조성을 확인하기 위하여 XPS를 적용하였다. 도 5의 (b) 내지 (e)는 입방형(cubic) 및 구형(spherical) FeS2 나노결정들의 표면에서 고해상도의 Fe2p XPS 피크, S2p XPS 피크를 나타낸다. 두 타입의 나노결정의 고해상도 Fe 2p 스펙트럼은 황철석 피크(Fe 2p3/2, 707.3 eV 및 Fe 2p1/2, 720 eV)가 두드러진다. 황철석 FeS2 나노결정의 황 S 2p 피크의 XPS 스펙트럼은 세 종류의 황을 나타낸다. 165eV 위치에서의 피크는 코어-홀 효과에 기인한 고유한 폴리-설파이드에 해당한다고 판단된다. 168.5eV의 피크는 설페이트(SO4 -2)에 기인한 FeS2 나노입방체 표면의 황 스펙트럼에 해당하며 이것은 황철석이 공기에 노출됨으로써 형성되는 것으로 이해된다. XRD, 라만, HRTEM 및 XPS 분석 결과에 근거하여, 제조된 상태의 FeS2 나노결정은 결정학적으로 우수하며 상 순도를 가짐을 확인할 수 있다. 5 (a) shows an XRD pattern of nano-cube and nanospheres of FeS 2 nanocrystals. All XRD peaks for cubic FeS 2 nanocrystals are well matched to the index of pyrite FeS 2 (JPCDS No.0171-0053) and the allowed lattice parameter is a = 5.428 ANGSTROM. All XRD peaks for spherical FeS 2 nanocrystals are in good agreement with the index of pyrite FeS 2 (JPCDS No. 0024-0076) and the allowed lattice parameter is a = 5.428 ANGSTROM. Signals of marcasite, greigite, and pyrrhotite corresponding to Fe (1-x) S (x = 0 to 2) were not found in the XRD analysis and no other impurity phases were found. The Raman spectroscopy can be applied to confirm the net asterisks of the pyrite FeS 2 cube and spheroids. Figure 5 (b) shows that the Raman spectrum is consistent with the oscillations of the Eg, Ag and Tg modes for pyrite FeS 2 . In the oscillation mode, the sulfur atom moves perpendicular to the SS coupling axis. However, in the case of spherical FeS 2 nanocrystals, the peak at 430 cm -1 is not apparent due to the smaller nanoparticles. FeS phase (210 and 280cm -1), and the Raman peak for the marcasite (323 and 387cm -1) does not clear the bar, which means that no impurity phase. As described above, HRTEM images of monocyte and spherical pyrite nanoparticles were identified in FIG. The grating distance of 5.4 A corresponds to a single grating structure of cubic and spherical particles. Furthermore, XPS was applied to confirm the elemental composition of the surface of the nanocrystals in the prepared state. 5 (b) to 5 (e) show high-resolution Fe 2 p XPS peaks and S 2 p XPS peaks at the surfaces of cubic and spherical FeS 2 nanocrystals. High-resolution Fe 2p spectra of the two types of nanocrystals are predominantly pyrite peaks (Fe 2p 3/2, 707.3 eV and Fe 2p 1/2, 720 eV). The XPS spectrum of the sulfur S 2p peak of the pyrite FeS 2 nanocrystals represents three kinds of sulfur. It is believed that the peak at the 165 eV position corresponds to a unique poly-sulfide due to the core-hole effect. The peak at 168.5 eV corresponds to the sulfur spectrum of the FeS 2 nanocube surface due to sulfate (SO 4 -2 ), which is understood to be formed by exposure of the pyrite to air. Based on the results of XRD, Raman, HRTEM and XPS analysis, it can be confirmed that the FeS 2 nanocrystals in the prepared state have excellent crystallographic and phase purity.

도 6은 FeS2 나노결정의 광학적 특성을 나타낸다. 도 6의 (a)에서, FeS2 나노결정의 UV-Vis-NIR 스펙트럼은 1500nm의 흡수 에지와 500nm에서의 숄더 피크를 보여준다. FeS2 나노결정의 서서히 증가하는 흡수 특성은 물질의 간접적인 밴드갭 특성을 반영한다. 도 6의 (b) 및 (c)는 입사선 에너지(E=hγ)의 함수로서 (αE)n 의존성을 보여준다. 입방형(cubic) 및 구형(spherical)의 FeS2 나노결정의 간접적인 밴드갭 전이는 각각 0.95eV 및 1.0eV임을 확인할 수 있다. 입방형(cubic) 및 구형(spherical)의 FeS2 나노결정의 직접적인 밴드갭 전이는 각각 1.5eV 및 3.2eV이다. FeS2 나노결정의 이렇게 넓은 범위의 광학적 흡수는 넓은 에너지 밴드를 포함하는 전자 구조의 특성이다. 벌크 황철석에서의 에너지 밴드 레벨은 S pσ* 밴드 및 d-밴드 매니폴드로 이루어진다. 황철석의 직간접적인 밴드갭 값은 0.9 내지 3.6 eV의 범위 내에 있다. 부가적으로, FeS2 나노결정의 크기 및 성장 파셋의 차이는 다른 브릴루앙 존 폴딩(Brillouin zone folding)을 형성할 수 있다. 존 폴딩은 또한 광 밴드 구조를 변경할 수 있으며, 직접 전이 또는 간접 전이에 대한 전이 가능성에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 것은 입방형(cubic) 및 구형(spherical) FeS2 나노결정 사이의 밴드갭 차이를 설명한다. Figure 6 shows the optical properties of FeS 2 nanocrystals. 6 (a), the UV-Vis-NIR spectrum of the FeS 2 nanocrystals shows the absorption edge at 1500 nm and the shoulder peak at 500 nm. The slowly increasing absorption properties of FeS 2 nanocrystals reflect the indirect bandgap properties of the material. Figures 6 (b) and 6 (c) show the (? E) n dependence as a function of the incident line energy (E = h?). The indirect bandgap transitions of cubic and spherical FeS 2 nanocrystals are 0.95 eV and 1.0 eV, respectively. The direct band gap transitions of cubic and spherical FeS 2 nanocrystals are 1.5 eV and 3.2 eV, respectively. This broad range of optical absorption of FeS 2 nanocrystals is a characteristic of electronic structures containing broad energy bands. The energy band levels in bulk pyrite consist of S p? * Bands and d-band manifolds. The direct or indirect band gap value of the pyrite is in the range of 0.9 to 3.6 eV. Additionally, differences in the size and growth facets of FeS 2 nanocrystals can form other Brillouin zone folding. Zone folding can also change the photonic band structure and can affect the transferability to direct or indirect transitions. This explains the band gap difference between cubic and spherical FeS 2 nanocrystals.

지금까지 본 발명의 실험예에 대한 다양한 분석과 결과를 설명하였다. 결론적으로, 순수한 FeS2상의 형상 제어를 황철석 나노결정의 형성 메커니즘을 이해함으로써 구현하였다. FeS2 의 순수상 형성은 옥타데실아민(ODA)의 양을 증대함으로써 구현하였다. 옥타데실아민(ODA)는 H2S 형성의 중요한 역할을 담당한다. H2S의 존재는 순수한 FeS2 상의 형성을 FeS 상 및 Fe3S4 상의 중간상 과정을 거쳐 가능하게 한다. 나아가, H2S 농도는 트리옥틸아민(TOA) 및 올레일아민(OLA)을 사용함으로써 FeS2 나노결정의 형상 제어에 영향을 미친다. 트리옥틸아민(TOA) 및 올레일아민(OLA)은 황 소스를 용해하기 위한 용매이다. 다른 활성 황 조건 하에서 나노결정의 다른 파셋에서의 성장은 다른 형상을 구현하는 배향 부착(oriented attachment)의 주요한 이유가 될 수 있다. 순수 상 형성과 형상 제어의 이해와 메커니즘은 FeS2 나노결정을 적용하는 공정과 물질의 특성 개선에 기여할 수 있다. Various analyzes and results of the experimental examples of the present invention have been described so far. In conclusion, shape control of pure FeS 2 phase was realized by understanding the formation mechanism of pyrite nanocrystals. The net formation of FeS 2 was achieved by increasing the amount of octadecylamine (ODA). Octadecylamine (ODA) plays an important role in the formation of H 2 S. The presence of H 2 S makes possible the formation of pure FeS 2 phase through the intermediate phase process on FeS phase and Fe 3 S 4 . Furthermore, the H 2 S concentration influences the shape control of FeS 2 nanocrystals by using trioctylamine (TOA) and oleylamine (OLA). Trioctylamine (TOA) and oleylamine (OLA) are solvents for dissolving a sulfur source. Growth in different facets of nanocrystals under different active sulfur conditions can be a major reason for oriented attachment that implements different shapes. Understanding and mechanisms of pure phase formation and shape control can contribute to the process of applying FeS 2 nanocrystals and the improvement of the properties of materials.

본 발명을 다시 한번 요약하자면, 30nm 내지 80nm 평균 크기를 각각 가지는 입방형(cubic) 및 구형(spherical) FeS2 나노결정의 순수 상들을 핫 인젝션 방법과 그 변형례를 통하여 구현하였다. 이 경우, 황 소스를 용해하는 용매로서 트리옥틸아민(TOA) 및 올레일아민(OLA)을 사용하였다. 황 원소와 일차 아민류 사이의 반응에 의하여 형성될 수 있는 활성 황 소스(H2S)의 농도는 순수 상 형성과 형상 제어에 많은 영향을 미칠 수 있다. 화학적으로 활성인 황 소스는 FeS 상에서 Fe3S4 상을 거쳐 FeS2 상의 형성을 가능하게 한다. 나아가, 활성 황 농도는 다른 FeS2 나노결정을 구현하는 배향 부착을 구동하는 주요한 인자로 이해된다. 우수한 상 순도와 광학적 특성을 가지는 FeS2 나노결정은 광전 변환 소자와 같은 에너지 소자에 적용될 수 있다. To summarize the present invention again, pure phases of cubic and spherical FeS 2 nanocrystals, each having an average size of 30 nm to 80 nm, are implemented through a hot injection method and its variants. In this case, trioctylamine (TOA) and oleylamine (OLA) were used as solvents to dissolve the sulfur source. The concentration of the active sulfur source (H 2 S), which can be formed by the reaction between the sulfur element and the primary amine, can have a great influence on the formation of pure water phase and shape control. The chemically active sulfur source enables the formation of FeS 2 phases via the Fe 3 S 4 phase on FeS. Furthermore, the active sulfur concentration is understood to be a major factor driving the orientation attachment which implements other FeS 2 nanocrystals. FeS 2 nanocrystals with excellent phase purity and optical properties can be applied to energy devices such as photoelectric conversion devices.

한편, 특허법 제30조에 의하여, 본원의 발명은 본 발명자의 논문(Journal of Crystal Growth 461 (2017) 53-59)에 의하여 공지 등이 되지 아니한 발명임을 주장한다. 또한, 상기 논문내용은 전체로 인용되어 본 명세서에 통합된다. On the other hand, according to Article 30 of the Patent Act, the invention of the present application is claimed by the inventor's article (Journal of Crystal Growth 461 (2017) 53-59). In addition, the contents of the above-mentioned patent application are incorporated herein by reference in their entirety.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the following claims.

Claims (5)

철 수화물염과 제 1 아민류를 혼합한 철-계면활성제 전구체(Fe-surfactant precursor) 용액을 준비하고, 황을 제 2 아민류와 혼합한 황-전구체(S-precursor) 용액을 준비하는 제 1 단계; 및
상기 황-전구체 용액을 상기 철-계면활성제 전구체 용액에 주입(inject)하고 가열하는 과정을 포함하여 수행함으로써 FeS2 나노결정이 성장하는 제 2 단계; 를 포함하되,
상기 제 2 단계에서 형성되는 H2S의 농도에 따라 FeS2 나노결정의 순도 및 형상(shape)을 조절하는 것을 특징으로 하는, FeS2 나노결정 제조방법.
A first step of preparing a Fe-surfactant precursor solution obtained by mixing iron halide salt and primary amines and preparing a S-precursor solution in which sulfur is mixed with secondary amines; And
A step of injecting and heating the sulfur-precursor solution into the iron-surfactant precursor solution to thereby grow FeS 2 nanocrystals; , ≪ / RTI &
Wherein according to the concentration of H 2 S formed in Step 2, characterized in that to control the purity and geometry (shape) of the FeS 2 nanocrystals, FeS 2 nanocrystals method.
제 1 항에 있어서,
상기 철 수화물염은 FeCl2·4H2O (Iron (II) chloride tetrahydrate)을 포함하고, 상기 제 1 아민류는 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine)을 포함하고, 상기 제 2 아민류는 올레일아민(OLA; oleylamine) 또는 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)을 포함하는 것을 특징으로 하는, FeS2 나노결정 제조방법.
The method according to claim 1,
The iron hydrate salts are FeCl 2 · 4H 2 O include (Iron (II) chloride tetrahydrate), the first amine is octadecylamine; include (ODA Octadecylamine), and the second amine is oleyl amine (OLA ; oleylamine) or trioctylamine (TOA; trioctylamine), FeS 2, characterized in that the nanocrystal comprising the method of manufacturing.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 아민류가 올레일아민(OLA; oleylamine)을 포함하는 경우 상기 FeS2 나노결정은 형상(shape)이 구형(spherical)인 것을 특징으로 하는, FeS2 나노결정 제조방법.
3. The method of claim 2,
The second amine is oleyl amine (OLA; oleylamine) the FeS 2 nanocrystals shape (shape) is characterized in that the sphere (spherical), FeS 2 nanocrystals method if they include.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 아민류가 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)을 포함하는 경우 상기 FeS2 나노결정은 형상(shape)이 입방형(cubic)인 것을 특징으로 하는, FeS2 나노결정 제조방법.
3. The method of claim 2,
The FeS 2 nanocrystals shape (shape) are, FeS, characterized in that the cuboid (cubic) 2 nanocrystals method if they include; (Trioctylamine TOA) the second amine is trioctylamine.
FeCl2·4H2O (Iron (II) chloride tetrahydrate), 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine) 및 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)을 혼합하고 교반하여 철-계면활성제 전구체(Fe-surfactant precursor) 용액을 준비하는 단계;
황(sulfur)을 올레일아민(OLA; oleylamine) 또는 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)과 혼합하여 황-전구체(S-precursor) 용액을 준비하는 단계;
상기 황-전구체 용액을 상기 철-계면활성제 전구체 용액에 주입(inject)하고 가열한 후 가열온도의 질소 분위기에서 교반하여 FeS2 나노결정이 성장하는 단계; 및
상기 FeS2 나노결정이 성장된 혼합용액을 냉각하고 클로로포름을 첨가하여 침전반응으로 FeS2 나노결정을 정제하는 단계;
를 포함하되,
상기 옥타데실아민(ODA; Octadecylamine)의 양을 조절함으로써 상기 FeS2 나노결정의 순도를 제어하고, 상기 황-전구체 용액이 올레일아민(OLA; oleylamine)을 포함하는 경우 상기 FeS2 나노결정은 형상(shape)이 입방형(cubic) 보다는 구형(spherical)이며, 상기 황-전구체 용액이 트리옥틸아민(TOA; Trioctylamine)을 포함하는 경우 상기 FeS2 나노결정은 형상(shape)이 구형(spherical) 보다는 입방형(cubic)인 것을 특징으로 하는, FeS2 나노결정 제조방법.



Fe-surfactant precursor solutions were prepared by mixing FeCl 2 .4H 2 O (Iron (II) chloride tetrahydrate), octadecylamine (ODA) and trioctylamine (TOA) Preparing;
Preparing sulfur-precursor solution by mixing sulfur with oleylamine (OLA) or trioctylamine (TOA);
Injecting the sulfur-precursor solution into the iron-surfactant precursor solution, heating the solution, and stirring the solution in a nitrogen atmosphere at a heating temperature to grow FeS 2 nanocrystals; And
Cooling the FeS 2 nanocrystal mixed solution and purifying FeS 2 nanocrystals by precipitation reaction with chloroform;
, ≪ / RTI &
The purity of the FeS 2 nanocrystals is controlled by controlling the amount of the octadecylamine (ODA), and when the sulfur-precursor solution contains oleylamine (OLA), the FeS 2 nanocrystals have a shape when the shape of the FeS 2 nanocrystal is spherical rather than cubic and the solution of sulfur-precursor includes trioctylamine (TOA), the FeS 2 nanocrystal has a spherical shape, Wherein the FeS 2 nanocrystal is cubic.



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CN112385061A (en) * 2018-09-18 2021-02-19 株式会社Lg化学 Method for producing iron sulfide, positive electrode for lithium secondary battery comprising iron sulfide produced thereby, and lithium secondary battery comprising said positive electrode

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020060199A1 (en) * 2018-09-18 2020-03-26 주식회사 엘지화학 Method for preparing iron sulfide, cathode comprising iron sulfide prepared thereby for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising same
CN112385061A (en) * 2018-09-18 2021-02-19 株式会社Lg化学 Method for producing iron sulfide, positive electrode for lithium secondary battery comprising iron sulfide produced thereby, and lithium secondary battery comprising said positive electrode
JP2021531228A (en) * 2018-09-18 2021-11-18 エルジー・ケム・リミテッド A method for producing iron sulfide, a positive electrode for a lithium secondary battery containing iron sulfide produced from the method, and a lithium secondary battery provided with the positive electrode.

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