KR20200002117A - 전기화학적 기법을 이용한 황-도핑 그래핀의 제조방법 및 이로부터 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 이기능성 촉매 - Google Patents

전기화학적 기법을 이용한 황-도핑 그래핀의 제조방법 및 이로부터 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 이기능성 촉매 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기화학적 기법을 이용한 황-도핑 그래핀의 제조방법 및 이로부터 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 이기능성 촉매에 관한 것으로 상세하게는 (1) 황산(sulfuric acid) 용액에 황 전구체를 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계; (2) 상기 단계 (1)에서 제조한 혼합 용액 내에 흑연 호일(graphite foil) 및 백금 와이어(Pt wire)를 장착하는 단계; (3) 상기 단계 (2)의 흑연 호일에는 양(+)극을 연결하며, 백금 와이어에는 음(-)극을 연결하고, 7~20V의 전압을 인가하여 황-도핑 그래핀을 박리시키는 단계; (4) 상기 단계 (3)에서 박리시킨 황-도핑 그래핀을 세척하는 단계; 및 (5) 상기 단계 (4) 이후에 열처리하는 단계;를 포함하는 황-도핑 그래핀의 제조방법으로 제조된 황-도핑 그래핀이 산소환원 반응 및 산소발생 반응에서의 이기능성 촉매 활성을 갖는 것이다.

Description

전기화학적 기법을 이용한 황-도핑 그래핀의 제조방법 및 이로부터 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 이기능성 촉매{Preparing method for sulfur-doped graphene using electrochemical method and bifunctional catalyst comprising sulfur-doped graphene prepared therefrom}
본 발명은 전기화학적 기법을 이용한 황-도핑 그래핀의 제조방법 및 이로부터 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 이기능성 촉매에 관한 것으로, 상세하게는 (1) 황산(sulfuric acid) 용액에 황 전구체를 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계; (2) 상기 단계 (1)에서 제조한 혼합 용액 내에 흑연 호일(graphite foil) 및 백금 와이어(Pt wire)를 장착하는 단계; (3) 상기 단계 (2)의 흑연 호일에는 양(+)극을 연결하며, 백금 와이어에는 음(-)극을 연결하고, 7~20V의 전압을 인가하여 황-도핑 그래핀을 박리시키는 단계; (4) 상기 단계 (3)에서 박리시킨 황-도핑 그래핀을 세척하는 단계; 및 (5) 상기 단계 (4) 이후에 열처리하는 단계;를 포함하는 황-도핑 그래핀의 제조방법에 관한 것이다.
그래핀(graphene)은 탄소의 동소체 중 하나이며 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조이다. 각 탄소 원자들은 육각형의 격자를 이루며 육각형의 꼭짓점에 탄소 원자가 위치하고 있는 모양이다. 이 모양을 벌집구조(honeycomb structure) 또는 벌집격자(honeycomb lattice)라고 부르기도 한다. 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막으로, 두께는 0.2 nm 정도로 엄청나게 얇으면서 물리적·화학적 안정성도 높다. 그래핀은 원자 한 층의 두께를 지니기 때문에 동일한 결합구조이지만 여러 층으로 구성되어 있는 흑연과는 확연히 다른 특성을 보인다. 그래핀이 주목받은 이유는 200,000 cm2/V·s의 매우 높은 진성(intrinsic) 전자이동도, ~5000 W/m·K의 높은 열전도도, ~1.0 TPa의 영 계수를 갖고 있으며 이론적 비표면적도 매우 크다. 또한 한 층으로 구성되어 있기 때문에 가시광선에 대한 흡수량이 매우 낮아 550nm의 파장을 갖는 빛에 대한 투과율이 97.7%로 확인되었다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높으며, 탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 이런 특성으로 인해 그래핀은 차세대 신소재로 각광받는 탄소나노튜브를 뛰어넘는 소재로 평가받으며 '꿈의 나노물질'이라 불린다.
2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 개발되면서 그에 관한 많은 연구가 진행되어 오고 있다. 최근들어, 질소가 도입된 그래핀 나노시트(N-GNS)를 음극재료로 사용하여 전기화학적 성능을 향상시킨 연구가 보고되었다. 그래핀 나노시트(GNS)보다 향상된 N-GNS의 가역용량(reversible capacity)은 질소 도입으로 인하여 형성된 많은 수의 결함(defect) 때문인 것으로 보인다. 질소의 도입은 그래핀 표면에 많은 양의 결함(defects)과 비결정성 탄소 구조를 형성함으로써, 질소가 도입된 그래핀 나노시트(N-GNS) 음극의 용량(capacity)을 향상시켰다.
또한, 황 원소도 질소와 마찬가지로 그래핀에 도입할 수 있는 물질로서, 질소보다 낮은 전기 음성도를 가지며 원자크기가 크고 금속이온과 좋은 인력을 가지는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 질소 또는 황을 그래핀에 도핑하는 기술이 보고되고 있다.
일례로, 한국등록특허 제1451349호는 리튬이온전지 음극용 황 도핑한 그래핀 나노시트가 개시되어 있고, 황과 질소가 도핑된 기능성 그래핀의 저비용 합성법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 아직까지는 본 발명의 전기화학적 기법을 이용한 황-도핑 그래핀의 제조방법 및 이로부터 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 이기능성 촉매에 대해 개시된 바 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명은 전기화학적 기법을 이용한 황-도핑 그래핀의 제조방법 및 이로부터 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 이기능성 촉매를 제공하고, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 황-도핑 그래핀이 물리화학적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 일정하게 유지되며, 산소 발생 및 환원 반응에서의 이기능성 촉매(bifunctional catalyst) 활성을 갖는다는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 황산(sulfuric acid) 용액에 황 전구체를 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 제조한 혼합 용액 내에 흑연 호일(graphite foil) 및 백금 와이어(Pt wire)를 장착하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)의 흑연 호일에는 양(+)극을 연결하며, 백금 와이어에는 음(-)극을 연결하고, 7~20V의 전압을 인가하여 황-도핑 그래핀을 박리시키는 단계;
(4) 상기 단계 (3)에서 박리시킨 황-도핑 그래핀을 세척하는 단계; 및
(5) 상기 단계 (4) 이후에 열처리하는 단계;를 포함하는 황-도핑 그래핀의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 황-도핑 그래핀의 제조방법으로 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 산소 발생 및 환원 반응에서의 전기촉매 활성을 갖는 연료전지용 이기능성 촉매를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 황-도핑 그래핀의 제조방법으로 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 산소 발생 및 환원 반응에서의 전기촉매 활성을 갖는 이차전지용 이기능성 촉매를 제공한다.
본 발명은 전기화학적 기법을 이용한 황-도핑 그래핀의 제조방법 및 이로부터 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 이기능성 촉매에 관한 것으로, 황산용액 및 황전구체 혼합용액의 몰비가 1:5이며, 15V의 전압을 인가하여 황-도핑 그래핀을 박리시키는 것이 특징으로, 종래의 황-도핑 그래핀의 합성방법에 비해 매우 간단하면서도 우수한 전극 촉매활성을 지닌 황-도핑 그래핀을 합성할 수 있는 방법이다. 따라서 황-도핑 그래핀을 대량생산 시 저비용으로 생산시간을 단축할 뿐만 아니라, 재현성이 우수하여 그래핀의 물리화학적 특성을 일정하게 유지할 수 있다. 특히, 본 발명의 황-도핑 그래핀을 포함하는 산소발생 및 산소환원 반응에서의 이기능성 전기화학적 촉매 활성을 갖는 것이 특징이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 황-도핑 그래핀의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 황-도핑 그래핀의 제조 장치도(상단) 및 시간에 경과에 따른 황-도핑 그래핀의 생성 정도(하단)를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 황-도핑 그래핀의 제조 시, 황산 용액 및 황 전구체의 몰비(1:3~10)에 따른 황-도핑 그래핀의 박리효과를 확인한 것으로, 1:0은 황을 도핑하지 않은 그래핀(rGO)이다.
도 4는 본 발명의 황-도핑 그래핀의 제조 시, 인가하는 전압(5~20V)의 크기에 따른 황-도핑 그래핀의 박리효과를 확인한 것이다.
도 5는 주사투과전자현미경(STEM) 분석을 이용하여 황-도핑 그래핀을 확인한 것이다. 화살표는 세척 단계에서 발생한 것으로 추정되는 약간의 불순물이다.
도 6은 황산 용액 및 황 전구체의 몰비에 따라 제조된 황 도핑 그래핀의 라만 분석(Raman analysis) 결과로, 결함(defect)에 의해 활성화된 탄소 원자의 SP2에 해당하는 D 밴드(band) 및 D' 밴드(band)에서 황(S) 원자로 인한 강도(intensity) 증가를 확인한 것이다. S(0)는 황산 용액 및 황 전구체의 몰비=1:0이고, S(3)는 황산 용액 및 황 전구체의 몰비=1:3이며, S(5)는 황산 용액 및 황 전구체의 몰비=1:5이고, S(10)는 황산 용액 및 황 전구체의 몰비=1:10이다.
도 7은 황산 용액 및 황 전구체의 몰비에 따라 제조된 황 도핑 그래핀의 XRD(X-ray diffraction) 분석 결과이다.
도 8은 황산 용액 및 황 전구체의 몰비에 따라 제조된 황 도핑 그래핀의 C1s XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석 결과이다.
도 9는 황산 용액 및 황 전구체의 몰비에 따라 제조된 황 도핑 그래핀의 SP2 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석 결과이다.
도 10은 황 전구체의 농도(A) 및 인가하는 전압의 크기(B)에 따른 황-도핑 그래핀의 전기화학적 용량(capacitance)을 확인한 것이다.
도 11은 황-도핑 그래핀의 산소환원 반응에 대한 촉매활성(A), 산소발생반응에 대한 촉매활성(B)을 황을 도핑하지 않은 그래핀과 비교한 결과이다.
도 12는 산소환원반응의 중간체인 과산화수소가 거의 생성되지 않는다는 것을 ring 전류로 확인한 RRDE(Rotating Ring-Disk Electrode) 결과이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 황-도핑 그래핀의 안정성을 상용화된 백금 촉매 소재와 비교한 결과이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 황-도핑 그래핀의 연료에 대한 내성을 상용화된 백금 촉매 소재와 비교한 결과이다.
본 발명은 (1) 황산(sulfuric acid) 용액에 황 전구체를 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 제조한 혼합 용액 내에 흑연 호일(graphite foil) 및 백금 와이어(Pt wire)를 장착하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)의 흑연 호일에는 양(+)극을 연결하며, 백금 와이어에는 음(-)극을 연결하고, 7~20V의 전압을 인가하여 황-도핑 그래핀을 박리시키는 단계;
(4) 상기 단계 (3)에서 박리시킨 황-도핑 그래핀을 세척하는 단계; 및
(5) 상기 단계 (4) 이후에 열처리하는 단계;를 포함하는 황-도핑 그래핀의 제조방법에 관한 것이다.
상기 단계 (1)에서, 황 전구체는 티오황산 나트륨(sodium thiosulfate), 티오아세트아미드(thioacetamide), 티오우레아(thiourea), 및 황산(sulfuric acid) 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 티오황산 나트륨(sodium thiosulfate)이지만 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 단계 (1)에서 제조한 혼합 용액은 황산 및 황 전구체를 1:3~10의 몰비로 혼합한 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 1:4~6의 몰비로 혼합하는 것이고 더욱더 바람직하게는 1:5의 몰비로 혼합하는 것이지만 이에 한정하지 않는다.
상기 단계 (3)에서 7~20V의 전압을 인가하는 것이 바람직하나, 더 바람직하직하게는 10~20V의 전압을 인가하는 것이고 가장 바람직하게는 15V의 전압을 인가하는 것이다.
상기 단계 (4)에서 황-도핑 그래핀을 세척하는 것은 증류수로 세척하고 원심분리하거나, 투석법을 이용한 세척을 할 수 있으며, 투석을 이용하는 경우, MW cutoff 10,000 이상 멤브레인을 사용하는 것이 바람직하지만 얼마든지 멤브레인의 투과 사이즈를 조절할 수 있다.
상기 단계 (5)에서 열처리하는 단계는 100~150℃에서 2~4시간 동안 열처리하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 120℃에서 3시간 동안 열처리하는 것이지만 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 본 발명의 황-도핑 그래핀의 제조방법으로 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 산소 발생 및 산소 환원 반응에서의 전기화학적 촉매 활성을 갖는 연료전지용 이기능성 촉매에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 황-도핑 그래핀의 제조방법으로 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 산소 발생 및 산소 환원 반응에서의 전기화학적 촉매 활성을 갖는 이차전지용 이기능성 촉매에 관한 것이다.
본 발명에서, 그래핀(Graphene)이란 탄소원자로 이루어진 원자크기의 6각형의 벌집 형태 구조를 가지고, 탄소원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막 형태의 소재를 의미한다. 6각형의 벌집 형태의 층이 겹겹이 쌓아 올려진 구조로 되어 있는 그래파이트(Graphite)를 원료로 하여 만들어지는 것으로서, 겹겹이 쌓여진 구조인 그래파이트의 원자 1층 만을 떼어낸 것을 그래핀이라 한다.
본 발명에서 사용된 용어 '산소 환원반응에서의 촉매'는 산소 발생과 같은 다른 반응보다 주로 산소 환원 반응을 촉매하는 촉매를 의미하며, '산소 발생 반응에서의 촉매'는 산소 환원과 같은 다른 반응보다 주로 산소 발생 반응을 촉매하는 촉매를 의미하고, '이기능성 촉매'는 산소 환원 반응 및 산소 발생 반응을 둘다 촉매하는 촉매를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
실시예 1. 전기화학적 기법을 이용한 황-도핑 그래핀의 제조
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 황 원소가 도핑된 그래핀(황-도핑 그래핀)의 제조방법을 나타낸 순서도이며, 도 2는 황-도핑 그래핀의 제조 장치도(상단) 및 시간에 경과에 따른 황-도핑 그래핀의 생성 정도(하단)를 나타낸 것이다.
상기 도 1에 개시한 순서도에 따라 본 발명의 황-도핑 그래핀을 제조하였다.
(1) 황산(sulfuric acid) 용액 및 황 전구체의 몰비를 1:0, 1:3, 1:5, 1:10이 되도록 혼합용액을 제조하였으며, 본 실시예 1에서는 황 전구체로, 티오황산 나트륨(sodium thiosulfate)을 사용하였다.
상기 몰 비에 따른 황-도핑 박리정도를 일정 시간 간격으로 확인하였으며, 도 3에 개시한 바와 같이, 몰비가 1:0인 황을 도핑하지 않은 경우(S(0)=rGO(그래핀) 박리가 매우 느리고, 1:10의 몰비로 혼합용액을 제조한 경우는 박리 속도가 매우 빠른 것을 확인할 수 있었다. 도 3에 개시한 결과를 바탕으로 본 발명자들은 1:5의 몰비로 혼합하는 것이 최적의 조건으로 판단하여 1:5의 몰비를 채택하였다.
이후, 최적화된 1:5의 몰비에서 혼합 용액을 제조한 후, 인가하는 전압의 세기(V)를 5, 10, 15, 20V의 조건으로 인가하여 황-도핑 그래핀이 박리되는 정도를 확인한 바, 도 4에 개시한 바와 같이, 5V의 전압을 인가한 경우, 박리가 전혀 일어나지 않았고, 20V의 전압을 인가한 경우, 박리가 매우 빠르게 일어났다. 본 발명자들은 도 4에 개시한 결과를 바탕으로 15V의 전압을 인가하는 것이 가장 바람직한 것으로 판단하였다.
따라서 본 실시예 1에서는 상기 결과들을 바탕으로 황산(sulfuric acid) 용액 및 티오황산 나트륨(sodium thiosulfate)을 1:5의 몰비로 혼합한 혼합용액에 흑연 호일(graphite foil) 및 백금 와이어(Pt wire)를 장착한 후, 흑연 호일에는 양(+)극을 연결하며, 백금 와이어에는 음(-)극을 연결하고, 15V의 전압을 인가하여 황-도핑 그래핀을 박리시켰다.
상기 박리된 황-도핑 그래핀에 증류수를 첨가하여 원심분리하여 세척한 후, 120℃에서 3시간 동안 열처리하여 황-도핑 그래핀을 수득하였다.
실험예 1. 물리적 특성 분석
본 실시예 1에서 제조한 황-도핑 그래핀에 대한 물리적 특성을 분석하였다.
(1) 주사투과전자현미경(STEM) 분석
도 5에 개시한 바와 같이 주사투과전자현미경 사진으로부터 황이 도핑된 그래핀을 확인할 수 있었으며, 세척 단계에서 발생한 것으로 추정되는 약간의 불순물일 일부 확인되었으나(도 5의 화살표 부분), 황-도핑 그래핀의 기능상 문제가 없는 것으로 판단하였다
(2) 성분(EDS:Energy Dispersive Spectrometer) 분석
한편 성분 분석기를 이용하여 순수한 그래핀과, 황-도핑 그래핀의 성분을 분석하였다.
그 결과, 하기 표 1에 개시한 바와 같이 나타났다.
시료 전해질(electrolyte) C O S
그래핀(rGO) H2SO4 88.21% 10.99% 0.80%
황-도핑 그래핀(S-rGO) H2SO4+Na2S2O3 87.34% 8.80% 3.85%
(3) 라만 분석(Raman analysis)
황산 용액 및 황 전구체의 몰비에 따라 제조된 황-도핑 그래핀에 대한 라만 분석을 실시하여, 황 도핑에 따른 라만 스펙트라의 피크 변화를 확인하였다.
그 결과, 도 6에 개시한 바와 같이, 결함(defect)에 의해 활성화된 탄소 원자의 SP2에 해당하는 D 밴드(band) 및 D' 밴드(band)에서 황(S) 원자로 인한 강도(intensity)가 증가한 것을 확인하였다.
ID/IG 값은 황 원자가 도입된 정도를 나타내는의 수치로, S(0), S(3), S(5)의 순으로 순차적으로 높아져 S(5)에서 최대치를 나타내고, S(10)에서 다시 낮은 값을 보였다. 따라서 몰비가 1:5 이후로는 더 이상 황 원자가 도입되지 않아 S(10)에서는 S(5)보다 낮은 ID/IG 값을 나타낸 것으로 판단하였다. S(0)는 황산 용액 및 황 전구체의 몰비=1:0이고, S(3)는 황산 용액 및 황 전구체의 몰비=1:3이며, S(5)는 황산 용액 및 황 전구체의 몰비=1:5이고, S(10)는 황산 용액 및 황 전구체의 몰비=1:10이다.
(4) X선 회절(XRD:X-ray diffraction) 분석
XRD 분석에서는 탄소 상 반사에 상응하는 2개의 회절 피크를 확인하였으며(도 7의 (002) 및 (004) 부분), S(0)에서 S(10)의 순으로 회절 피크의 반치폭이 넓어진 것을 확인하였다. 이와 같은 결과로부터 황 도핑에 의해 더 많은 결함(defect)과 불규칙적인 탄소 구조가 유도된 것으로 판단하였다.
(5) C1s 및 S2p XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석
황 도핑에 따라 피크의 변화가 나타났고, C1s에서 특히 C-S 피크의 변화가 뚜렷이 나타났고(도 8의 초록색 피크), S2p에서 -SH 그룹(H-S-C)이 그래핀 시트에 성공적으로 도핑된 것을 확인하였다(도 9).
(6) 전기화학적 용량(capacitance) 분석
황 전구체의 몰수 증가에 따른 전기화학적 용량(capacitance)을 변화를 확인한 결과, 몰비가 1:5일 때 전기화학적 용량(capacitance)이 최대치를 나타냈으며(도 10의 (A)), 인가하는 전압의 크기에 따른 황-도핑 그래핀의 전기화학적 용량(capacitance)을 확인한 결과, 인가된 전압이 15V일 때 최대치를 나타냈다(도 10의 (B)).
(7) 산소환원 반응 및 산소발생 반응에 대한 촉매활성 분석
산소환원반응(oxygen reduction reaction, ORR) 및 산소발생반응(oxygen evolution reaction, OER)에서 이기능성 전기화학적 촉매 활성을 확인하였다.
도 11에 개시한 바와 같이, 산소환원 반응(도 11(A)) 및 산소발생 반응(도 11의 (B))에서 본 발명의 황-도핑 그래핀이 황을 도핑하지 않은 그래핀에 비해 촉매 활성이 우수한 것이 확인되어 이기능성 전기화학적 촉매 활성을 가지고 있다는 것을 확인하였다.
(8) RRDE(Rotating Ring-Disk Electrode) 분석
또한, 도 12에 개시한 바와 같이, 산소환원반응의 중간체인 과산화수소가 거의 생성되지 않는다는 것을 ring 전류로 확인하였다.
(9) 상용화된 백금 촉매 소재와 황-도핑 그래핀의 안정성의 비교 분석
상용화된 백금 소재의 Pt/C 촉매와 비교하여 본 발명의 황-도핑 그래핀이 유사한 수준의 안정성을 가지고 있다는 것을 확인하였다(도 13).
(10) 상용화된 백금 촉매 소재와 황-도핑 그래핀의 연료에 대한 내성 비교 분석
연료로 메탄올 사용하는 경우, 환원극에서 연료(메탄올)에 대한 감응으로 crossover effect를 고려하는 것은 촉매연구에서 중요한 부분이다. 따라서 본 발명의 제조방법으로 제조된 황-도핑 그래핀을 상용화된 백금 소재의 Pt/C 촉매와 비교하여 연료에 대한 내성을 확인하였다. 그 결과 도 14에 개시한 바와 같이 본 발명의 황-도핑 그래핀이 연료에 대한 내성이 탁월하다는 것이 확인되었다.

Claims (6)

  1. (1) 황산(sulfuric acid) 용액에 황 전구체를 첨가하여 혼합 용액을 제조하는 단계;
    (2) 상기 단계 (1)에서 제조한 혼합 용액 내에 흑연 호일(graphite foil) 및 백금 와이어(Pt wire)를 장착하는 단계;
    (3) 상기 단계 (2)의 흑연 호일에는 양(+)극을 연결하며, 백금 와이어에는 음(-)극을 연결하고, 7~20V의 전압을 인가하여 황-도핑 그래핀을 박리시키는 단계;
    (4) 상기 단계 (3)에서 박리시킨 황-도핑 그래핀을 세척하는 단계; 및
    (5) 상기 단계 (4) 이후에 열처리하는 단계;를 포함하는 황-도핑 그래핀의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (1)에서 황 전구체는 티오황산 나트륨(sodium thiosulfate), 티오아세트아미드(thioacetamide), 티오우레아(thiourea) 및 황산(sulfuric acid) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 황-도핑 그래핀의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (1)에서 제조한 혼합 용액은 황산 및 황 전구체를 1:3~10의 몰비로 혼합한 것을 특징으로 하는 황-도핑 그래핀의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (5)에서 열처리하는 단계는 100~150℃에서 2~4시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 황-도핑 그래핀의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 황-도핑 그래핀의 제조방법으로 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 산소 발생 및 산소 환원 반응에서의 촉매 활성을 갖는 연료전지용 이기능성 전기화학적 촉매.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 황-도핑 그래핀의 제조방법으로 제조된 황-도핑 그래핀을 포함하는 산소 발생 및 산소 환원 반응에서의 촉매 활성을 갖는 이차전지용 이기능성 전기화학적 촉매.
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