KR20200025997A

KR20200025997A - Composite fiber, manufacturing method thereof, and gas purification system comprising the same

Info

Publication number: KR20200025997A
Application number: KR1020190008044A
Authority: KR
Inventors: 이선영; 장준영; 강수희
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-03-10
Also published as: KR102236652B1

Abstract

Provided is a method for manufacturing a composite fiber, comprising the following steps of: preparing a solvent including graphene oxide; preparing a polymer fiber having graphitic carbon nitride (GCN) provided on the surface thereof; preparing a doping source having a doping element including a chalcogen element; preparing a precursor including a transition metal; and manufacturing a composite fiber by mixing the polymer fiber, the doping source, and the precursor with the solvent and performing heat treatment on the mixture, wherein the composite fiber includes the polymer fiber having the GCN provided on the surface thereof, functionalized graphene doped with the doping element of the doping source in graphene with the reduced graphene oxide, and a transition metal dichalcogenide sheet generated from the doping element of the doping source and the precursor by the heat treatment.

Description

Composite fiber, manufacturing method thereof, and gas purification system comprising the same

본 발명은 복합 섬유, 그의 제조 방법, 및 그를 포함하는 가스 정화 시스템에 관련된 것으로, 상세하게는, GCN(graphitic carbon nitride) 및 기능화된 그래핀 사이의 제1 계면, 상기 기능화된 그래핀 및 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이의 제2 계면, 및 상기 GCN 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이의 제3 계면을 포함하는 복합 섬유, 그의 제조 방법, 및 그를 포함하는 가스 정화 시스템에 관련된 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to composite fibers, methods for their preparation, and gas purification systems comprising the same, in particular, a first interface between graphitic carbon nitride (GCN) and functionalized graphene, the functionalized graphene and transition metals A composite fiber comprising a second interface between a dichalcogenide sheet and a third interface between the GCN and the transition metal dichalcogenide sheet, a method of manufacturing the same, and a gas purification system including the same.

산업 혁명 이후, 화석 연료를 사용하여 물질적으로 풍요로운 산업화를 이뤘지만, 지속적인 화석 연료의 사용은 심각한 환경 오염을 비롯한 환경 문제를 일으켜왔다. 이러한 환경 오염의 심각성으로 인해, 전세계적으로 화석 연료를 무독성의 청정 에너지로 대체하려는 노력이 시도되고 있다. Since the Industrial Revolution, the use of fossil fuels has resulted in a materially rich industrialization, but the continued use of fossil fuels has caused environmental problems, including severe environmental pollution. Due to the seriousness of these pollutions, efforts are being made to replace fossil fuels with non-toxic clean energy worldwide.

그의 일환으로, 화석 연료를 수소로 대체하려는 새로운 에너지 전환 시스템이 개발되고 있다. 수소는 높은 에너지 밀도와 무독성 연소 생성물로, 효율적이고 유망한 연료로 각광받고 있다. 따라서, 종래에는 백금을 이용해 수소 가스를 방출하는 방법이 이용되고 있다.As part of this, new energy conversion systems are being developed to replace fossil fuels with hydrogen. Hydrogen is a high energy density and non-toxic combustion product, making it an efficient and promising fuel. Therefore, conventionally, the method of releasing hydrogen gas using platinum is used.

예를 들어, 국제특허 공개공보 WO2017082563A1에는, 연료 컷이 적용되고 공기-연료혼합물이 화학양론적 공기-원료 비율로 작용되는 가솔린 엔진에 사용되는 지지체 상에 로딩된 삼원촉매 성분, 및 NO_x 저장 성분을 포함하는 배기 가스 정제용 촉매가 개시되어있다. 상술된 특허에서는, 상기 NO_x 저장 성분으로 백금 성분, 알칼리 토금속 성분, 알칼리 금속 성분 및 희토류 금속 성분으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 방법을 개시하고 있다. For example, International Patent Publication No. WO2017082563A1 discloses a three-way catalyst component loaded on a support for use in a gasoline engine where a fuel cut is applied and the air-fuel mixture is operated at a stoichiometric air-raw ratio, and a NO _x storage component. Disclosed is a catalyst for purifying exhaust gases comprising a. The above-mentioned patent discloses a method comprising any one selected from the group consisting of a platinum component, an alkaline earth metal component, an alkali metal component and a rare earth metal component as the NO _x storage component.

하지만, 고가의 백금을 사용하는 데에는 한계가 있으며, 이를 대체하기 위한 소재 및 친환경적인 에너지 전환 시스템의 개발이 필요한 상황이다.However, there is a limit to using expensive platinum, and it is necessary to develop materials and environmentally friendly energy conversion systems to replace them.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, GCN(graphitic carbon nitride)이 표면에 제공된 중공 구조의 상기 고분자 섬유의 제조 방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing the polymer fiber of the hollow structure provided with a graphitic carbon nitride (GCN) on the surface.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, GCN 및 고분자 섬유를 둘러싸는 전이금속 디칼코게나이드 시트, 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트와 상기 고분자 섬유 사이, 또는 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 상에 제공되는 상기 기능화된 그래핀을 포함하는 복합 섬유의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a transition metal decalcogenide sheet surrounding the GCN and the polymer fiber, and between the transition metal decalcogenide sheet and the polymer fiber, or on the transition metal decalcogenide sheet. It is to provide a method for producing a composite fiber comprising the functionalized graphene.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, GCN 및 기능화된 그래핀 사이의 제1 계면을 포함하는 복합 섬유의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a composite fiber comprising a first interface between GCN and functionalized graphene.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 기능화된 그래핀 및 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이의 제2 계면을 포함하는 복합 섬유의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a composite fiber comprising a second interface between the functionalized graphene and transition metal dichalcogenide sheet.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, GCN 및 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이의 제3 계면을 포함하는 복합 섬유의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a composite fiber comprising a third interface between the GCN and the transition metal dichalcogenide sheet.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 광이 조사되는 경우, 고분자 섬유의 GCN의 가전도대로부터 여기된 전자가, 전이금속 디칼코게나이드 시트로 이동하고, 상기 기능화된 그래핀의 페르미 에너지대로 이동하는 것에 따라 광합성 효율이 증대된 복합 섬유를 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention, when the light is irradiated, electrons excited from the consumer electronics band of the GCN of the polymer fibers, the transition metal dichalcogenide sheet, the Fermi energy of the functionalized graphene The present invention provides a composite fiber having increased photosynthetic efficiency as it moves.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 복합 섬유를 포함하는 광합성 반응부, 복수의 멤브레인으로 구분된 가스 포집부, 및 상기 광합성 반응부 및 상기 가스 포집부 사이에 배치된 가스 분석부를 포함하는 가스 정화 시스템을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention includes a photosynthetic reaction unit including a composite fiber, a gas collecting unit divided into a plurality of membranes, and a gas analysis unit disposed between the photosynthetic reaction unit and the gas collecting unit. To provide a gas purification system.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 광합성 효율이 향상된 가스 정화 시스템을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a gas purification system with improved photosynthetic efficiency.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 복합 섬유의 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, a method for producing a composite fiber is provided.

일 실시 예에 따르면, 상기 복합 섬유의 제조 방법은, 그래핀 산화물을 포함하는 용매를 준비하는 단계, GCN(graphitic carbon nitride)이 표면에 제공된 고분자 섬유를 준비하는 단계, 칼코겐 원소를 포함하는 도핑 원소를 갖는 도핑 소스를 준비하는 단계, 전이금속을 포함하는 전구체를 준비하는 단계, 및 상기 용매 중에, 상기 고분자 섬유, 상기 도핑 소스, 및 상기 전구체를 혼합하고 열처리하여, 복합 섬유를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 복합 섬유는, 상기 GCN이 표면에 제공된 상기 고분자 섬유, 상기 열처리에 의해, 상기 그래핀 산화물이 환원된 그래핀에, 상기 도핑 소스의 상기 도핑 원소가 도핑된 기능화된 그래핀, 및 상기 열처리에 의해, 상기 도핑 소스의 상기 도핑 원소 및 상기 전구체로부터 생성된 전이금속 디칼코게나이드 시트를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method of manufacturing the composite fiber may include preparing a solvent including graphene oxide, preparing a polymer fiber provided with graphitic carbon nitride (GCN) on a surface, and doping including a chalcogen element. Preparing a doping source having an element, preparing a precursor including a transition metal, and mixing and heat treating the polymer fiber, the doping source, and the precursor in the solvent to prepare a composite fiber. The composite fiber may include the polymer fiber provided with the GCN on a surface thereof, functionalized graphene doped with the doping element of the doping source, to the graphene oxide-reduced graphene by the heat treatment, and The heat treatment may include a transition metal dichalcogenide sheet produced from the doping element and the precursor of the doping source. .

일 실시 예에 따르면, 상기 고분자 섬유를 준비하는 단계는, 유기 용매에 고분자 물질을 첨가하고 교반하여, 고분자 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 고분자 소스 용액을 전기 방사하여, 배어(bare) 고분자 섬유를 제조하는 단계, 상기 배어 고분자 섬유 내에 중공을 형성하는 단계, 및 중공이 형성된 상기 배어 고분자 섬유의 표면 상에 상기 GCN을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the preparing of the polymer fibers may include adding a polymer material to an organic solvent and stirring the same to prepare a polymer source solution, and electrospinning the polymer source solution to form bare polymer fibers. The method may include preparing, forming a hollow in the bare polymer fiber, and forming the GCN on the surface of the bare polymer fiber having the hollow.

일 실시 예에 따르면, 상기 배어 고분자 섬유 내에 중공을 형성하는 단계는, 상기 배어 고분자 섬유에 질소를 포함하는 제1 소스 제공하고 1차 열처리하는 것을 포함하고, 상기 GCN을 형성하는 단계는, 중공이 형성된 상기 배어 고분자 섬유에 황 및 질소를 포함하는 제2 소스를 제공하고 2차 열처리하는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step of forming a hollow in the bare polymer fiber, the first source containing nitrogen in the bare polymer fiber and comprises a first heat treatment, the step of forming the GCN, It may comprise providing a second source containing sulfur and nitrogen to the soaked polymer fiber formed and secondary heat treatment.

일 실시 예에 따르면, 상기 2차 열처리하는 단계는, 상기 1차 열처리하는 단계보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다.According to an embodiment, the secondary heat treatment may be performed at a lower temperature than the primary heat treatment.

일 실시 예에 따르면, 상기 도핑 원소는 황 및 질소를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the doping element may include sulfur and nitrogen.

일 실시 예에 따르면, 상기 열처리하는 단계는, 열수처리(熱水處理)를 수행하는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step of heat treatment may include performing a hot water treatment (熱水處理).

상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 복합 섬유를 제공한다.In order to solve the above technical problem, a composite fiber is provided.

일 실시 예에 따르면, 상기 복합 섬유는, GCN이 표면에 제공된 중공 구조의 고분자 섬유, 상기 GCN 및 상기 고분자 섬유를 둘러싸는 전이금속 디칼코게나이드 시트, 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트와 상기 고분자 섬유 사이, 또는 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 상에 제공되는 기능화된 그래핀을 포함하되, 상기 GCN 및 상기 기능화된 그래핀 사이의 제1 계면, 상기 기능화된 그래핀 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이의 제2 계면, 및 상기 GCN 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이의 제3 계면을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the composite fiber, a hollow polymer fiber GGN is provided on the surface, the transition metal dichalcogenide sheet surrounding the GCN and the polymer fiber, and the transition metal dichalcogenide sheet and the polymer fiber Or a functionalized graphene provided on said transition metal dichalcogenide sheet, said first interface between said GCN and said functionalized graphene, between said functionalized graphene and said transition metal dichalcogenide sheet And a third interface between the GCN and the transition metal dichalcogenide sheet.

일 실시 예에 따르면, 광이 조사되는 경우, 상기 고분자 섬유의 상기 GCN의 가전도대로부터 여기된 전자가, 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트로 이동하고, 상기 기능화된 그래핀의 페르미 에너지대로 이동하는 것에 따라 광합성 효율이 증대될 수 있다.According to one embodiment, when light is irradiated, electrons excited from the consumer electronics band of the GCN of the polymer fiber is moved to the transition metal dichalcogenide sheet, the Fermi energy band of the functionalized graphene As a result, photosynthetic efficiency can be increased.

일 실시 예에 따르면, 상기 기능화된 그래핀은, 그래핀 상에 황 및 질소가 도핑된 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the functionalized graphene may include doped with sulfur and nitrogen on the graphene.

상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 가스 정화 시스템이 제공된다.In order to solve the above technical problem, a gas purification system is provided.

일 실시 예에 따르면, 상기 가스 정화 시스템은, 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유를 포함하는 광합성 반응부, 복수의 멤브레인으로 구분된 가스 포집부, 및 상기 광합성 반응부 및 상기 가스 포집부 사이에 배치된 가스 분석부를 포함하되, 상기 광합성 반응부에 광이 조사되는 경우, 상기 광합성 반응부로 유입된 오염 가스가, 상기 복합 섬유와 광합성 반응을 하여, 연료 가스가 생성되고, 생성된 상기 연료 가스는 상기 가스 분석부에서 분석된 후에, 상기 연료 가스의 분자 무게 순으로 상기 멤프레인에 의해 걸러져, 상기 가스 포집부에 포집되는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the gas purification system, the photosynthetic reaction unit including a composite fiber according to an embodiment of the present invention, a gas collecting unit divided into a plurality of membranes, and between the photosynthetic reaction unit and the gas collecting unit Including a gas analysis unit disposed, when the light is irradiated to the photosynthetic reaction unit, the contaminated gas introduced into the photosynthetic reaction unit, the photosynthetic reaction with the composite fiber, the fuel gas is generated, the generated fuel gas is After being analyzed by the gas analyzer, the molecular weight of the fuel gas may be filtered by the membrane and collected in the gas collecting unit.

일 실시 예에 따르면, 상기 복합 섬유에 광이 조사되는 경우, 상기 고분자 섬유의 상기 GCN의 가전도대로부터 여기된 전자가, 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트로 이동하고, 상기 기능화된 그래핀의 페르미 에너지대로 이동하는 것에 따라 광합성 효율이 증대될 수 있다.According to one embodiment, when light is irradiated on the composite fiber, electrons excited from the household appliance band of the GCN of the polymer fiber, the electrons moved to the transition metal dichalcogenide sheet, Fermi of the functionalized graphene As it moves to energy, photosynthetic efficiency can be increased.

일 실시 예에 따르면, 상기 연료 가스는 가벼운 순서로 상기 멤브레인에 의해 걸러져, 상기 가스 포집부에 포집될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the fuel gas may be filtered by the membrane in a light order and collected in the gas collecting unit.

본 발명의 실시 예에 따르면, 그래핀 산화물을 포함하는 용매를 준비하는 단계, GCN(graphitic carbon nitride)이 표면에 제공된 고분자 섬유를 준비하는 단계, 칼코겐 원소를 포함하는 도핑 원소를 갖는 도핑 소스를 준비하는 단계, 전이금속을 포함하는 전구체를 준비하는 단계, 및 상기 용매 중에, 상기 고분자 섬유, 상기 도핑 소스, 및 상기 전구체를 혼합하고 열처리하여, 복합 섬유를 제조하는 단계를 포함하는 복합 섬유의 제조 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, preparing a solvent comprising graphene oxide, preparing a polymer fiber provided with a graphitic carbon nitride (GCN) on the surface, a doping source having a doping element comprising a chalcogen element Preparing a composite fiber comprising preparing a precursor, preparing a precursor including a transition metal, and mixing and heat treating the polymer fiber, the doping source, and the precursor in the solvent to prepare a composite fiber. A method may be provided.

이에 따라, 상기 GCN 및 상기 기능화된 그래핀 사이의 제1 계면, 상기 기능화된 그래핀 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이의 제2 계면, 및 상기 GCN 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이의 제3 계면을 포함하되, 광이 조사되는 경우, 상기 고분자 섬유의 상기 GCN의 가전도대로부터 여기된 전자가, 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트로 이동하고, 상기 기능화된 그래핀의 페르미 에너지대로 이동하는 것에 따라 광합성 효율이 증대되는 상기 복합 섬유가 제공될 수 있다. Accordingly, a first interface between the GCN and the functionalized graphene, a second interface between the functionalized graphene and the transition metal dichalcogenide sheet, and a first interface between the GCN and the transition metal dichalcogenide sheet Including the three interfaces, when the light is irradiated, the electrons excited from the consumer electronics band of the GCN of the polymer fiber is moved to the transition metal dichalcogenide sheet, the Fermi energy band of the functionalized graphene As a result, the composite fiber having increased photosynthetic efficiency may be provided.

또한, 상기 복합 섬유를 포함하는 광합성 반응부, 복수의 멤브레인으로 구분된 가스 포집부, 및 상기 광합성 반응부 및 상기 가스 포집부 사이에 배치된 가스 분석부를 포함하되, 광합성 효율이 증대된 상기 복합 섬유를 포함하는 것에 따라, 광합성 효율이 향상된 상기 가스 정화 시스템이 제공될 수 있다.The composite fiber includes a photosynthetic reaction part including the composite fiber, a gas collecting part divided into a plurality of membranes, and a gas analyzing part disposed between the photosynthetic reaction part and the gas collecting part, and the photosynthetic efficiency is increased. By including, the gas purification system with improved photosynthetic efficiency can be provided.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 섬유를 준비하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유에서 전자 이동 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 종래의 벌크 GCN의 SEM(scanning electron microscopy) 이미지이다.
도 8은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 SEM 이미지이다.
도 9는 종래의 벌크 GCN 및 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 광학 흡광도를 보여주는 그래프이다.
도 10은 종래의 벌크 GCN 및 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 밴드 갭 에너지를 보여주는 그래프이다.
도 11은 종래의 벌크 GCN 및 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 transient photocurrent analysis를 보여주는 그래프이다.
도 12 (A)는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 SEM 이미지이다.
도 12 (B)는 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체의 SEM 이미지이다.
도 12 (C)는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 SEM 이미지이다.
도 13 (A)는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 TEM(transmission electron microscopy) 이미지이고, 삽입된 도면은 상기 고분자 섬유의 SAED(selected area electron diffraction) 패턴이다.
도 13 (B)는 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체의 TEM 이미지이고, 삽입된 도면은 상기 섬유 구조체의 SAED 패턴이다.
도 13 (C)는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 TEM 이미지이고, 삽입된 도면은 상기 복합 섬유의 SAED 패턴이다.
도 14는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 TEM 및 그로부터 측정된 EDS(electron diffraction spectroscopy)이다.
도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유에 포함된 기능화된 그래핀(S,N doped graphene)의 SEM 이미지이다.
도 16은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유에 포함된 기능화된 그래핀의 TEM 이미지이다.
도 17은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유에 포함된 전이금속 디칼코게나이드 시트(MoS2)의 SEM 이미지이다.
도 18은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유에 포함된 전이금속 디칼코게나이드 시트의 EDS 이미지이다.
도 19는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유에 포함된 전이금속 디칼코게나이드 시트의 EDS 분석 결과이다.
도 20 (A)는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF)의 XRD(X-ray diffraction) 그래프이다.
도 20 (B)는 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체(HGCNF/MoS2)의 XRD 그래프이다.
도 20 (C)는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS2)의 XRD 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF), 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂), 및 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂)의 광학 흡광도를 보여주는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 C 1s 스펙트럼이다.
도 23은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 N 1s 스펙트럼이다.
도 24는 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체의 C 1s 스펙트럼이다.
도 25는 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체의 N 1s 스펙트럼이다.
도 26은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 C 1s 스펙트럼이다.
도 27은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 N 1s 스펙트럼이다.
도 28은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유, 섬유 구조체, 및 복합 섬유의 전기 화학적 성능 평가를 위한 램프(lamp)의 사진이다.
도 29는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF), 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂), 및 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂), working electrode(GCE)의 분극 곡선이다.
도 30은 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂), 및 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂)의 Tafel slope이다.
도 31은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF), 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂), 및 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂)의 Nyquist plot이다.
도 32는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF)의 전기 용량 플롯(capacitive current plot)이다.
도 33은 본 발명의 실시 예에 따른 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂)의 전기 용량 플롯이다.
도 34는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂)의 전기 용량 플롯이다.
도 35는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF), 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂), 및 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂) 의 전기 용량 측정(capacitive current measurement) 그래프이다.
도 36은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂)의 Chronoamperometric response이다.
도 37은 3000 사이클 전 및 후의 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 편광 곡선이다.
도 38은 3000 사이클 전 및 후의 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 Nyquist plot이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a composite fiber according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a method for producing a composite fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flow chart for explaining the step of preparing a polymer fiber according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the composite fiber according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the electron migration path in the composite fiber according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a gas purification system according to an embodiment of the present invention.
7 is a scanning electron microscopy (SEM) image of a conventional bulk GCN.
8 is an SEM image of the polymer fiber according to the experimental example of the present invention.
9 is a graph showing the optical absorbance of the conventional bulk GCN and the polymer fiber according to the experimental example of the present invention.
10 is a graph showing the band gap energy of the conventional bulk GCN and the polymer fiber according to the experimental example of the present invention.
11 is a graph showing a transient photocurrent analysis of the conventional bulk GCN and the polymer fiber according to the experimental example of the present invention.
12 (A) is an SEM image of the polymer fiber according to the experimental example of the present invention.
12 (B) is an SEM image of the fiber structure according to the experimental example of the present invention.
12 (C) is an SEM image of the composite fiber according to the experimental example of the present invention.
Figure 13 (A) is a transmission electron microscopy (TEM) image of the polymer fiber according to the experimental example of the present invention, the inserted figure is a selected area electron diffraction (SAED) pattern of the polymer fiber.
13 (B) is a TEM image of the fiber structure according to the experimental example of the present invention, the inserted figure is a SAED pattern of the fiber structure.
Figure 13 (C) is a TEM image of a composite fiber according to an experimental example of the present invention, the inserted figure is a SAED pattern of the composite fiber.
14 is a TEM of an conjugate fiber and an electron diffraction spectroscopy (EDS) measured therefrom according to an experimental example of the present invention.
15 is an SEM image of functionalized graphene (S, N doped graphene) included in the composite fiber according to the experimental example of the present invention.
16 is a TEM image of functionalized graphene included in the composite fiber according to the experimental example of the present invention.
17 is a SEM image of the transition metal decalcogenide sheet (MoS2) included in the composite fiber according to the experimental example of the present invention.
18 is an EDS image of a transition metal decalcogenide sheet included in a composite fiber according to an experimental example of the present invention.
19 is an EDS analysis result of the transition metal decalcogenide sheet included in the composite fiber according to the experimental example of the present invention.
20 (A) is an X-ray diffraction (XRD) graph of the polymer fiber (HGCNF) according to the experimental example of the present invention.
20 (B) is an XRD graph of a fiber structure (HGCNF / MoS2) according to the experimental example of the present invention.
20 (C) is an XRD graph of a composite fiber (HGCNF / SNG / MoS2) according to the experimental example of the present invention.
21 is a graph showing the optical absorbance of the polymer fibers (HGCNF), the fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ), and the composite fibers (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to the experimental example of the present invention.
22 is a C 1s spectrum of the polymer fiber according to the experimental example of the present invention.
23 is an N 1s spectrum of the polymer fiber according to the experimental example of the present invention.
24 is a C 1s spectrum of the fiber structure according to the experimental example of the present invention.
25 is an N 1s spectrum of the fiber structure according to the experimental example of the present invention.
26 is a C 1s spectrum of the composite fiber according to the experimental example of the present invention.
27 is an N 1s spectrum of the composite fiber according to the experimental example of the present invention.
FIG. 28 is a photograph of a lamp for evaluating the electrochemical performance of the polymer fiber, the fiber structure, and the composite fiber according to the experimental example of the present invention. FIG.
29 is a polarization curve of the polymer fiber (HGCNF), the fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ), and the composite fiber (HGCNF / SNG / MoS ₂ ), the working electrode (GCE) according to the experimental example of the present invention.
30 is a Tafel slope of the fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ), and the composite fiber (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to the experimental example of the present invention.
FIG. 31 is a Nyquist plot of a polymer fiber (HGCNF), a fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ), and a composite fiber (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to an experimental example of the present invention.
32 is a capacitive current plot of polymeric fibers (HGCNF) according to an embodiment of the present invention.
33 is a capacitive plot of a fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ) according to an embodiment of the present invention.
34 is a capacitive plot of a composite fiber (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to an embodiment of the present invention.
35 is a capacitive current measurement graph of the polymer fibers (HGCNF), the fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ), and the composite fibers (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to an embodiment of the present invention.
36 is a chronoamperometric response of the composite fiber (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to the experimental example of the present invention.
37 is a polarization curve of a composite fiber according to an experimental example of the present invention before and after 3000 cycles.
38 is a Nyquist plot of the composite fiber according to the experimental example of the present invention before and after 3000 cycles.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the exemplary embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention to those skilled in the art can fully convey.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상, 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is mentioned as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the shape and size are exaggerated for the effective description of the technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as the first component in one embodiment may be referred to as the second component in other embodiments. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. In the specification, the singular encompasses the plural unless the context clearly indicates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, element, or combination thereof described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, configurations. It should not be understood to exclude the possibility of the presence or the addition of elements or combinations thereof. In addition, the term "connection" is used herein to mean both indirectly connecting a plurality of components, and directly connecting.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 섬유를 준비하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a composite fiber according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view for explaining a method for manufacturing a composite fiber according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view of the present invention Flow chart for explaining the step of preparing the polymer fiber according to the embodiment.

도 1 및 도 2를 참조하면, 그래핀 산화물을 포함하는 용매를 준비할 수 있다(S110). 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물을 포함하는 용매는, 증류수와 혼합되어 준비될 수 있다. 예를 들어, 상기 용매 및 상기 증류수는 4:96의 부피 비로 혼합되어 준비될 수 있다. 1 and 2, a solvent including graphene oxide may be prepared (S110). According to an embodiment of the present invention, the solvent containing the graphene oxide may be prepared by mixing with distilled water. For example, the solvent and the distilled water may be prepared by mixing at a volume ratio of 4:96.

GCN(graphitic carbon nitride, 110)이 표면에 제공된 고분자 섬유(100)를 준비할 수 있다(S120). 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 고분자 섬유(100)는 중공(130) 구조를 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 GCN(110)이 표면에 제공된 중공(130) 구조의 상기 고분자 섬유(100)가 준비될 수 있다. S120 단계 즉, 상기 고분자 섬유(100)를 준비하는 단계를 상세히 설명하기 위해, 도 3을 참조할 수 있다. A polymer fiber 100 provided with a graphitic carbon nitride (GCN) 110 may be prepared (S120). According to an embodiment of the present invention, the polymer fiber 100 may include a hollow 130 structure. In other words, the polymer fiber 100 of the hollow 130 structure provided on the surface of the GCN 110 may be prepared. In order to explain the step S120, that is, the step of preparing the polymer fiber 100 in detail, reference may be made to FIG. 3.

도 3을 참조하면, 상기 고분자 섬유(100)를 준비하기 위해, 유기 용매에 고분자 물질을 첨가하고 교반하여, 고분자 소스 용액을 제조할 수 있다(S210). 일 실시 예에 따르면, 상기 유기 용매는 DMF(dimethylformamide) solution일 수 있고, 상기 고분자 물질은 PVP(polyvinylpyrrolidone)일 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 10 wt%의 상기 DMF solution에, 0.7 g의 상기 PVP를 첨가하고 교반하여, 고분자 소스 용액을 제조할 수 있다. Referring to FIG. 3, in order to prepare the polymer fiber 100, a polymer material may be added to an organic solvent and stirred to prepare a polymer source solution (S210). According to an embodiment, the organic solvent may be a dimethylformamide (DMF) solution, and the polymer material may be polyvinylpyrrolidone (PVP). Specifically, for example, the polymer source solution may be prepared by adding and stirring 0.7 g of the PVP to 10 wt% of the DMF solution.

상기 고분자 소스 용액을 전기 방사하여, 배어(bare) 고분자 섬유(120)를 제조할 수 있다(S220). 구체적으로 예를 들어, 상기 고분자 소스 용액을 전기 방사하는 단계는, 27 게이지(gauge)의 실린지 노즐(syringe nozzle)을 갖는 실린지로부터 거리가 110 mm인 떨어진 flat-type 컬렉터에, 상기 고분자 소스 용액을 제공하고, 20 kV 전압 및 10 μL/min의 유속으로 전기 방사하여, 상기 배어 고분자 섬유(120)를 제조할 수 있다. By electrospinning the polymer source solution, a bare polymer fiber 120 may be manufactured (S220). Specifically, for example, the step of electrospinning the polymer source solution, the polymer source in a flat-type collector that is 110 mm away from a syringe having a syringe gauge of 27 gauge (gauge) The soaked polymer fiber 120 can be prepared by providing a solution and electrospinning at a voltage of 20 kV and a flow rate of 10 μL / min.

상기 배어 고분자 섬유(120) 내에 중공(130)을 형성할 수 있다(S230). 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 배어 고분자 섬유(120) 내에 중공(130)을 형성하는 단계는, 상기 배어 고분자 섬유(120)에 질소를 포함하는 제1 소스 제공하고 1차 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스는 우레아(urea)를 포함할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 제1 소스는 상기 우레아가 용해된 용액일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 배어 고분자 섬유(120)에 상기 제1 소스를 제공하기 위해, 상기 배어 고분자 섬유(120)를 상기 제1 소스에 침지할 수 있다.The hollow 130 may be formed in the bare polymer fiber 120 (S230). According to an embodiment of the present disclosure, the forming of the hollow 130 in the bare polymer fiber 120 may include providing a first source including nitrogen to the bare polymer fiber 120 and performing a first heat treatment. Can be. According to an embodiment, the first source may include urea. Specifically, for example, the first source may be a solution in which the urea is dissolved. According to an embodiment of the present disclosure, in order to provide the first source to the bare polymer fiber 120, the bare polymer fiber 120 may be immersed in the first source.

일 실시 예에 따르면, 상기 배어 고분자 섬유(120)에 상기 제1 소스를 제공한 후에, 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 건조하는 단계는, 60 ℃의 오븐에서 12 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 제1 소스가 제공된 후에 건조된 상기 배어 고분자 섬유(120)를, 상기 1차 열처리 할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 1차 열처리는 아르곤 및 수소를 포함하는 분위기에서, 800 ℃의 온도로 4 시간 동안 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 배어 고분자 섬유(120) 내에 중공(130)이 형성될 수 있다. According to one embodiment, after providing the first source to the soaked polymer fiber 120, it may include the step of drying. Specifically, for example, the drying step may be performed for 12 hours in an oven at 60 ℃. After the first source is provided, the bare polymer fiber 120 dried may be subjected to the first heat treatment. Specifically, for example, the first heat treatment may be performed for 4 hours at a temperature of 800 ℃ in an atmosphere containing argon and hydrogen. Accordingly, the hollow 130 may be formed in the bare polymer fiber 120.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 배어 고분자 섬유(120)에 상기 제1 소스가 제공되고 상기 1차 열처리됨에 따라, 상기 배어 고분자 섬유(120)의 표면 상에 상기 GCN(110)이 형성될 수 있다. 상기 배어 고분자 섬유(120)의 표면 상에 형성된 상기 GCN(110)에 의해, 상기 배어 고분자 섬유(120)의 외벽이 고정되고, 이에 따라, 상기 배어 고분자 섬유(120) 직경의 중심으로부터 외벽 방향으로 수축되어, 상기 배어 고분자 섬유(120) 내에 중공(130)이 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, as the first source is provided to the bare polymer fiber 120 and the first heat treatment, the GCN 110 may be formed on the surface of the bare polymer fiber 120. have. The outer wall of the bare polymer fiber 120 is fixed by the GCN 110 formed on the surface of the bare polymer fiber 120, and thus, from the center of the diameter of the bare polymer fiber 120 to the outer wall direction. By contraction, the hollow 130 may be formed in the bare polymer fiber 120.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 배어 고분자 섬유 및 상기 GCN 사이의 접착력은, 상기 배어 고분자 섬유가 수축되는 힘보다 강할 수 있다. 이에 따라, 상기 배어 고분자 섬유 내에 중공이 용이하게 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the adhesive force between the soaked polymer fiber and the GCN may be stronger than the force to shrink the soaked polymer fiber. Accordingly, the hollow can be easily formed in the soaked polymer fiber.

일 실시 예에 따르면, 상기 배어 고분자 섬유(120) 내에 중공(130)이 형성된 이후에, 상기 배어 고분자 섬유(120) 표면 상의 상기 GCN(110)은 분해될 수 있다. 상기 1차 열처리하는 단계의 열처리 온도는, 상기 배어 고분자 섬유(120) 내에 중공(130)이 형성되기 용이한 온도인 한편, 상기 배어 고분자 섬유(120)의 상기 고분자 물질이 탄화되는 온도일 수 있다. 따라서, 상기 1차 열처리에 의해, 상기 배어 고분자 섬유(120)의 표면 상에 상기 GCN(110)이 형성되고, 상기 GCN(110)에 의해 상기 배어 고분자 섬유(120) 내에 중공(130)이 용이하게 형성되되, 중공(130)이 형성된 이후에, 상기 배어 고분자 섬유(120) 상의 상기 GCN(110)이 분해될 수 있다. According to an embodiment, after the hollow 130 is formed in the bare polymer fiber 120, the GCN 110 on the bare polymer fiber 120 may be decomposed. The heat treatment temperature of the first heat treatment may be a temperature at which the hollow 130 is easily formed in the bare polymer fiber 120, and may be a temperature at which the polymer material of the bare polymer fiber 120 is carbonized. . Accordingly, the GCN 110 is formed on the surface of the bare polymer fiber 120 by the first heat treatment, and the hollow 130 is easily formed in the bare polymer fiber 120 by the GCN 110. Is formed, but after the hollow 130 is formed, the GCN (110) on the soaked polymer fiber 120 can be decomposed.

하지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 중공(130)이 형성된 상기 배어 고분자 섬유(120)의 표면 상에 상기 GCN(110)을 형성할 수 있다(S240). 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 GCN(110)을 형성하는 단계는, 중공(130)이 형성된 상기 배어 고분자 섬유(120)에 황 및 질소를 포함하는 제2 소스를 제공하고 2차 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 소스는 티오우레아(thiourea)를 포함할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 제2 소스는 상기 티오우레아가 용해된 용액일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 중공(130)이 형성된 상기 배어 고분자 섬유(120)에 상기 제2 소스를 제공하기 위해, 중공(130)이 형성된 상기 배어 고분자 섬유(120)를 상기 제2 소스에 침지할 수 있다.However, according to an embodiment of the present invention, the GCN 110 may be formed on the surface of the bare polymer fiber 120 in which the hollow 130 is formed (S240). According to an embodiment of the present disclosure, the forming of the GCN 110 may include providing a second source including sulfur and nitrogen to the bare polymer fiber 120 having the hollow 130 and performing secondary heat treatment. It may include. According to an embodiment, the second source may include thiourea. Specifically, for example, the second source may be a solution in which the thiourea is dissolved. According to an embodiment of the present invention, in order to provide the second source to the bare polymer fiber 120 in which the hollow 130 is formed, the bare polymer fiber 120 having the hollow 130 is formed in the second source. Can be immersed.

일 실시 예에 따르면, 중공(130)이 형성된 상기 배어 고분자 섬유(120)를 상기 제2 소스에 침지한 이후에, 상기 2차 열처리 할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 2차 열처리는 질소를 포함하는 분위기에서, 580 ℃의 온도로 4 시간 동안 수행될 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, after the hollow polymer fiber 120 having the hollow 130 is immersed in the second source, the secondary heat treatment may be performed. Specifically, for example, the secondary heat treatment may be performed for 4 hours at a temperature of 580 ℃ in an atmosphere containing nitrogen.

본 발명의 실시 예에 따르면, 중공(130)이 형성된 상기 배어 고분자 섬유(120)에 상기 제2 소스가 제공되고 상기 2차 열처리됨에 따라, 중공(130)이 형성된 상기 배어 고분자 섬유(120)의 표면 상에 상기 GCN(110)이 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 GCN(110)은, S230 단계에서 상술된 바와 같이, 상기 배어 고분자 섬유(120) 내부에 중공(130)을 형성하기 위한 상기 1차 열처리 과정을 통해 분해될 수 있지만, S240 단계를 통해 용이하게 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, as the second source is provided to the bare polymer fiber 120 having the hollow 130 and the second heat treatment, the hollow polymer fiber 120 having the hollow 130 is formed. The GCN 110 may be formed on a surface. In other words, the GCN 110 may be decomposed through the first heat treatment process for forming the hollow 130 in the bare polymer fiber 120, as described above in step S230, but in step S240. It can be easily formed through.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 2차 열처리하는 단계는, 상기 1차 열처리하는 단계보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 상기 2차 열처리하는 단계의 열처리 온도는, 중공(130)이 형성된 상기 배어 고분자 섬유(120) 상에 상기 GCN(110)이 형성되기 용이한 온도이되, 형성된 상기 GCN(110)이 분해되지 않는 온도일 수 있다. 따라서, 상기 2차 열처리에 의해, 중공(130)이 형성된 상기 배어 고분자 섬유(120)의 표면 상에 상기 GCN(110)이 분해되지 않고 용이하게 형성될 수 있고, 이에 따라, 상기 GCN(110)이 표면에 제공된 상기 고분자 섬유(120)를 용이하게 준비할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the secondary heat treatment may be performed at a lower temperature than the primary heat treatment. The heat treatment temperature of the secondary heat treatment step is a temperature at which the GCN 110 is easily formed on the bare polymer fiber 120 having the hollow 130 formed thereon, but the temperature at which the formed GCN 110 is not decomposed. Can be. Therefore, by the secondary heat treatment, the GCN 110 may be easily formed on the surface of the bare polymer fiber 120 in which the hollow 130 is formed, and thus, the GCN 110 is not decomposed. The polymer fiber 120 provided on this surface can be easily prepared.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, S210 내지 S240 단계에 따라 준비된, S120 단계의 상기 GCN(110)이 표면에 제공된 상기 고분자 섬유(100)를 준비한 후에, 칼코겐(320) 원소를 포함하는 도핑 원소를 갖는 도핑 소스를 준비할 수 있다(S130). 본 발명의 실시 예에 따르면, 구체적으로 예를 들어, 상기 도핑 소스는 티오 우레아일 수 있고, 상기 도핑 원소는 황(220) 및 질소(230)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 후술되는 공정에서 열처리하는 단계를 통해, 상기 도핑 원소 즉, 상기 황(220) 및 상기 질소(230)가 도핑된 기능화된 그래핀(200)을 제조할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, as described above, after preparing the polymer fiber 100 provided on the surface of the GCN 110 of step S120, prepared according to steps S210 to S240, the element chalcogen 320 is prepared. A doping source having a doping element may be prepared (S130). According to an embodiment of the present invention, specifically, for example, the doping source may be thiourea, and the doping element may include sulfur 220 and nitrogen 230. Accordingly, the functionalized graphene 200 doped with the doping element, ie, the sulfur 220 and the nitrogen 230, may be manufactured by performing heat treatment in a process to be described later.

전이금속(310)을 포함하는 전구체를 준비할 수 있다(S140). 본 발명의 실시 예에 따르면, S130 단계에서 상술된 바와 같이, 상기 도핑 소스는 상기 칼코겐(320) 원소를 포함할 수 있고, 이에 따라, 후술되는 열처리 공정에 의해, 상기 칼코겐(320) 원소 즉, 상기 황(220) 및 상기 전구체의 상기 전이금속(310)이 결합된 전이금속 디칼코게나이드 시트(300)를 제조할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 전이금속(310)을 포함하는 전구체는 Na₂MoO₄(sodium molybdate)를 포함할 수 있고, 상기 전이금속(310)은 몰리브데넘(Mo)일 수 있다. 이에 따라, 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트(300)는 MoS₂ 시트를 포함할 수 있다. A precursor including the transition metal 310 may be prepared (S140). According to an embodiment of the present invention, as described above in step S130, the doping source may include the chalcogen 320 element, and accordingly, by the heat treatment process described below, the chalcogen element 320 That is, the transition metal decalcogenide sheet 300 in which the sulfur 220 and the transition metal 310 of the precursor are combined may be manufactured. Specifically, for example, the precursor including the transition metal 310 may include Na ₂ MoO ₄ (sodium molybdate), and the transition metal 310 may be molybdenum (Mo). Accordingly, the transition metal decalcogenide sheet 300 may include a MoS ₂ sheet.

상기 용매 중에, 상기 고분자 섬유(100), 상기 도핑 소스, 및 상기 전구체를 혼합하고 열처리하여, 복합 섬유(400)를 제조할 수 있다(S150). S120 및 S130 단계에서 상술된 바와 같이, 상기 도핑 소스는 상기 황(220) 및 상기 질소(230)를 포함할 수 있고, 상기 전구체는 상기 몰리브데넘을 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 열처리하는 단계에 의해, 상기 그래핀 산화물이 환원된 그래핀(210)에, 상기 도핑 소스의 상기 황(220) 및 상기 질소(230)가 도핑된 기능화된 그래핀(200) 즉, SNG(sulfur/nitrogen-doped graphene)가 제조될 수 있다. 또한, 상기 열처리에 의해, 상기 도핑 소스의 상기 황(220) 및 상기 전구체의 몰리브데넘으로부터 생성된 전이금속 디칼코게나이드 시트(300) 즉, MoS₂ 시트가 제조될 수 있다. In the solvent, the polymer fiber 100, the doping source, and the precursor may be mixed and heat treated to produce a composite fiber 400 (S150). As described above in steps S120 and S130, the doping source may include the sulfur 220 and the nitrogen 230, and the precursor may include the molybdenum. Accordingly, by the heat treatment step, the graphene oxide is reduced graphene 210, the functionalized graphene 200 doped with the sulfur 220 and the nitrogen 230 of the doping source, that is, Sulfur / nitrogen-doped graphene (SNG) can be prepared. In addition, by the heat treatment, a transition metal dichalcogenide sheet 300, that is, MoS ₂ sheet generated from the sulfur 220 of the doping source and the molybdenum of the precursor may be manufactured.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 열처리하는 단계는, 열수처리(熱水處理)를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, S110 단계에서 상술된 바와 같이, 상기 그래핀 산화물을 포함하는 상기 용매 및 상기 증류수가 4:96의 부피비로 혼합된 제1 용액이 준비될 수 있다. 상기 제1 용액에, S120 단계에서 상술된, 상기 GCN(110)이 표면에 제공된 상기 고분자 섬유(100) 0.1 g을 첨가하고, 30 분 동안 초음파 처리하여, 상기 혼합 용액에 상기 고분자 섬유(100)가 분산된 제2 용액을 제조할 수 있다. 이후, 상기 제2 용액에, S130 단계에서 상술된, 상기 도핑 소스(예를 들어, 상기 티오 우레아) 0.8 g을 첨가하고, 1 시간 동안 교반하여, 제3 용액을 제조할 수 있다. 상기 제3 용액에, S140 단계에서 상술된, 상기 전이금속(310)을 포함하는 상기 전구체(예를 들어, 상기 Na₂MoO₄) 0.4 g을 첨가하고, 1 시간 동안 교반하여, 제4 용액을 제조할 수 있다. 상기 제4 용액을 오토클레이브(예를 들어, teflon-lined autoclave)에 장입하고, 200 ℃에서 24 시간 동안 열수처리할 수 있다. 상기 열수처리하는 단계를 통해, 상기 그래핀 산화물이 환원된 그래핀(210)에, 상기 도핑 소스(예를 들어, 상기 티오 우레아)의 상기 황(220) 및 상기 질소(230)가 도핑된, 상기 기능화된 그래핀(200, 즉, 상기 SNG), 및 상기 티오 우레아의 상기 황(220) 및 상기 전구체(예를 들어, 상기 Na₂MoO₄)로부터 생성된 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트(300, 예를 들어, 상기 MoS₂ 시트)를 포함하는 예비 복합 섬유가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 예비 복합 섬유는 검은 색일 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the heat treatment may include performing a hot water treatment. Specifically, as described above in step S110, a first solution in which the solvent containing the graphene oxide and the distilled water is mixed in a volume ratio of 4:96 may be prepared. To the first solution, 0.1 g of the polymer fiber 100 provided on the surface of the GCN 110, described above in step S120, is added and sonicated for 30 minutes, so that the polymer fiber 100 is added to the mixed solution. A second solution can be prepared in which is dispersed. Thereafter, to the second solution, 0.8 g of the doping source (for example, the thio urea) described above in step S130 may be added and stirred for 1 hour to prepare a third solution. To the third solution, 0.4 g of the precursor (eg, Na ₂ MoO ₄ ) including the transition metal 310, described above in step S140, is added and stirred for 1 hour, thereby providing a fourth solution. It can manufacture. The fourth solution may be charged into an autoclave (eg teflon-lined autoclave) and hydrothermally treated at 200 ° C. for 24 hours. Through the hydrothermal treatment, the graphene oxide is reduced in the graphene 210, the sulfur 220 and the nitrogen 230 of the doping source (for example, the thio urea) is doped, The transition metal dichalcogenide sheet 300 generated from the functionalized graphene 200 (ie, the SNG) and the sulfur 220 and the precursor of the thiourea (eg, the Na ₂ MoO ₄ ) For example, a preliminary composite fiber including the MoS ₂ sheet) may be prepared. According to one embodiment, the preliminary composite fiber may be black.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 예비 복합 섬유는 복수 회 세척된 후에 오븐에서 건조될 수 있다. 예를 들어, 상기 예비 복합 섬유는 증류수 및 에탄올로 복수 회 세척된 후에 오븐에서 건조될 수 있다. 이후, 오븐에서 건조된 상기 예비 복합 섬유는, 동결 건조될 수 있고, 이에 따라, 상기 복합 섬유(400)가 제조될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 동결건조 하는 단계에 의해, 상기 예비 복합 섬유로부터 수분이 제거될 수 있다. 상기 예비 복합 섬유로부터 수분이 제거됨에 따라, 제조된 상기 복합 섬유(400)에 포함된 상기 기능화된 그래핀(200)의 표면적이 증가될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the preliminary composite fiber may be dried in an oven after being washed a plurality of times. For example, the preliminary composite fiber may be washed in distilled water and ethanol several times and then dried in an oven. Thereafter, the preliminary composite fiber dried in an oven may be lyophilized, and thus, the composite fiber 400 may be manufactured. According to an embodiment of the present invention, by the freeze-drying step, water may be removed from the preliminary composite fiber. As moisture is removed from the preliminary composite fiber, the surface area of the functionalized graphene 200 included in the manufactured composite fiber 400 may be increased.

정리하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유(400)의 제조 방법은, 그래핀 산화물을 포함하는 용매를 준비하는 단계, GCN(101)이 표면에 제공된 고분자 섬유(100)를 준비하는 단계, 칼코겐(320) 원소를 포함하는 도핑 원소를 갖는 도핑 소스를 준비하는 단계, 전이금속(310)을 포함하는 전구체를 준비하는 단계, 및 상기 용매 중에, 상기 고분자 섬유(100), 상기 도핑 소스, 및 상기 전구체를 혼합하고 열처리하여, 복합 섬유(400)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 복합 섬유(400)의 제조 방법으로 제조된 상기 복합 섬유(400)는, 상기 GCN(110)이 표면에 제공된 상기 고분자 섬유(100), 상기 그래핀 산화물이 환원된 그래핀(210)에, 상기 도핑 소스의 상기 도핑 원소가 도핑된 기능화된 그래핀(200) 및 상기 도핑 소스의 상기 도핑 원소 및 상기 전구체로부터 생성된 전이금속 디칼코게나이드 시트(300)를 포함할 수 있다. In summary, the method of manufacturing a composite fiber 400 according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a solvent including graphene oxide, preparing a polymer fiber 100 provided with GCN 101 on a surface thereof, Preparing a doping source having a doping element comprising an element of chalcogen 320, preparing a precursor comprising a transition metal 310, and in the solvent, the polymer fiber 100, the doping source, And mixing and heat treating the precursor to prepare a composite fiber 400. Accordingly, the composite fiber 400 manufactured by the method of manufacturing the composite fiber 400 includes the polymer fiber 100 provided with the GCN 110 on the surface thereof, and the graphene 210 having the graphene oxide reduced thereon. ), A functionalized graphene 200 doped with the doping element of the doping source and a transition metal decalcogenide sheet 300 generated from the doping element and the precursor of the doping source.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유에서 전자 이동 경로를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a composite fiber according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a view for explaining an electron migration path in a composite fiber according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상술된 바와 같이, 상기 복합 섬유(400)는 GCN(110)이 표면에 제공된 중공(130) 구조의 고분자 섬유(100), 상기 GCN(110) 및 상기 고분자 섬유(100)를 둘러싸는 전이금속 디칼코게나이드 시트(300), 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트(300)와 상기 고분자 섬유(100) 사이, 또는 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트(300) 상에 제공되는 기능화된 그래핀(200)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, as described above, the composite fiber 400 includes a polymer fiber 100 having a hollow 130 structure provided with a GCN 110 on a surface thereof, the GCN 110, and the polymer fiber 100. Transition metal decalcogenide sheet 300 surrounding the, and the functionalized metal provided between the transition metal decalcogenide sheet 300 and the polymer fiber 100, or on the transition metal decalcogenide sheet 300 It may include graphene (200).

본 발명의 실시 예에 따르면 상기 복합 섬유(400)는, 상기 GCN(110) 및 상기 기능화된 그래핀(200) 사이의 제1 계면(410), 상기 기능화된 그래핀(200) 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트(300) 사이의 제2 계면(420), 및 상기 GCN(110) 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트(300) 사이의 제3 계면(430)을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the composite fiber 400 may include a first interface 410 between the GCN 110 and the functionalized graphene 200, the functionalized graphene 200, and the transition metal. A second interface 420 between the decalcogenide sheet 300, and a third interface 430 between the GCN 110 and the transition metal dichalcogenide sheet 300 may be included.

이에 따라, 도 5를 참조하면, 상기 복합 섬유(400)에 광이 조사되는 경우, 상기 고분자 섬유(100)의 상기 GCN(110)의 가전도대로부터 여기된 전자가, 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트(300)로 이동하고, 상기 기능화된 그래핀(200)의 페르미 에너지대로 이동하는 것에 따라 광합성 효율이 증대될 수 있다. Accordingly, referring to FIG. 5, when light is irradiated onto the composite fiber 400, electrons excited from the household appliance band of the GCN 110 of the polymer fiber 100 are transferred to the transition metal dichalcogenide. The photosynthetic efficiency may be increased by moving to the sheet 300 and moving to the Fermi energy band of the functionalized graphene 200.

이러한 광학적 특성에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 복합 섬유(400)를 가스 정화 시스템(500)에 이용할 수 있다. According to this optical characteristic, according to an embodiment of the present invention, the composite fiber 400 may be used in the gas purification system 500.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 정화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a gas purification system according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 상기 가스 정화 시스템(500)은, 상기 복합 섬유(400)를 포함하는 광합성 반응부(510), 복수의 멤브레인으로 구분된 가스 포집부(520), 및 상기 광합성 반응부 및 상기 가스 포집부 사이에 배치된 가스 분석부(530)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 광합성 반응부(510)에 광이 조사되는 경우, 상기 광합성 반응부(510)로 유입된 오염 가스(610)가, 상기 복합 섬유(400)와 광합성 반응을 하여, 연료 가스(620)가 생성되고, 생성된 상기 연료 가스(620)는 상기 가스 분석부(530)에서 분석된 후에, 상기 연료 가스(620)의 분자 무게 순으로 상기 멤프레인에 의해 걸러져, 상기 가스 포집부(520)에 포집될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 연료 가스(620)는 가벼운 순서로 상기 멤브레인에 의해 걸러져, 상기 가스 포집부(520)에 포집될 수 있다. Referring to FIG. 6, the gas purification system 500 includes a photosynthetic reaction unit 510 including the composite fiber 400, a gas collecting unit 520 divided into a plurality of membranes, and the photosynthetic reaction unit and It may include a gas analyzer 530 disposed between the gas collecting unit. Accordingly, when light is irradiated to the photosynthetic reaction unit 510, the pollutant gas 610 introduced into the photosynthetic reaction unit 510 undergoes a photosynthetic reaction with the composite fiber 400, thereby providing a fuel gas 620. ) Is generated, and the generated fuel gas 620 is analyzed by the gas analyzer 530, and then filtered by the membrane in the order of molecular weight of the fuel gas 620. Can be collected). According to an embodiment of the present disclosure, the fuel gas 620 may be filtered by the membrane in a light order and collected in the gas collecting unit 520.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 광합성 반응부(510)의 상기 복합 섬유(400)에 광이 조사되는 경우, 상기 고분자 섬유(100)의 상기 GCN(110)의 가전도대로부터 여기된 전자가, 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트(300)로 이동하고, 상기 기능화된 그래핀(200)의 페르미 에너지대로 이동하는 것에 따라 광합성 효율이 증대될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, as described above, when light is irradiated to the composite fiber 400 of the photosynthetic reaction unit 510, as the home appliance diagram of the GCN 110 of the polymer fiber 100 Since the electrons excited from the transition metal dichalcogenide sheet 300 and move to the Fermi energy band of the functionalized graphene 200, photosynthetic efficiency may be increased.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유, 그의 제조 방법, 및 그를 포함하는 가스 정화 시스템이 설명되었다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 복합 섬유의 제조 방법은, 그래핀 산화물을 포함하는 용매를 준비하는 단계, GCN이 표면에 제공된 고분자 섬유를 준비하는 단계, 칼코겐 원소를 포함하는 도핑 원소를 갖는 도핑 소스를 준비하는 단계, 전이금속을 포함하는 전구체를 준비하는 단계, 및 상기 용매 중에, 상기 고분자 섬유, 상기 도핑 소스, 및 상기 전구체를 혼합하고 열처리하여, 복합 섬유를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. In the above, the composite fiber according to the embodiment of the present invention, a manufacturing method thereof, and a gas purification system including the same have been described. According to an embodiment of the present invention, the method for producing a composite fiber, preparing a solvent comprising a graphene oxide, preparing a polymer fiber provided on the surface of GCN, having a doping element containing a chalcogen element Preparing a doping source, preparing a precursor including a transition metal, and mixing and heat treating the polymer fiber, the doping source, and the precursor in the solvent to prepare a composite fiber. have.

상기 복합 섬유의 제조 방법에 의하면, 상기 GCN이 표면에 제공된 중공 구조의 상기 고분자 섬유, 상기 GCN 및 상기 고분자 섬유를 둘러싸는 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트, 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트와 상기 고분자 섬유 사이, 또는 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 상에 제공되는 상기 기능화된 그래핀을 포함하는 복합 섬유가 제공될 수 있다. 상기 복합 섬유는, 상기 GCN 및 상기 기능화된 그래핀 사이의 제1 계면, 상기 기능화된 그래핀 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이의 제2 계면, 및 상기 GCN 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이의 제3 계면을 포함할 수 있다.According to the method for producing the composite fiber, the polymer fiber of the hollow structure provided on the surface of the GCN, the transition metal dichalcogenide sheet surrounding the GCN and the polymer fiber, and the transition metal dichalcogenide sheet and the polymer A composite fiber comprising the functionalized graphene provided between the fibers or on the transition metal dichalcogenide sheet may be provided. The composite fiber comprises a first interface between the GCN and the functionalized graphene, a second interface between the functionalized graphene and the transition metal dichalcogenide sheet, and between the GCN and the transition metal dichalcogenide sheet It may include a third interface of.

이에 따라, 광이 조사되는 경우, 상기 고분자 섬유의 상기 GCN의 가전도대로부터 여기된 전자가, 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트로 이동하고, 상기 기능화된 그래핀의 페르미 에너지대로 이동하는 것에 따라 광합성 효율이 증대될 수 있다.Accordingly, when light is irradiated, photosynthesis is performed by electrons excited from the GCN consumer electronics band of the polymer fiber moving to the transition metal dichalcogenide sheet and into the Fermi energy band of the functionalized graphene. Efficiency can be increased.

또한, 상기 복합 섬유를 포함하는 광합성 반응부, 복수의 멤브레인으로 구분된 가스 포집부, 및 상기 광합성 반응부 및 상기 가스 포집부 사이에 배치된 가스 분석부를 포함하는 가스 정화 시스템이 제공될 수 있다. 광합성 효율이 증대된 상기 복합 섬유를 포함하는 것에 따라, 상기 가스 정화 시스템의 광합성 효율도 향상될 수 있다.In addition, a gas purification system including a photosynthetic reaction part including the composite fiber, a gas collecting part divided into a plurality of membranes, and a gas analyzing part disposed between the photosynthetic reaction part and the gas collecting part may be provided. By including the composite fiber with increased photosynthetic efficiency, the photosynthetic efficiency of the gas purification system may also be improved.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유의 제조 방법에 대한 구체적인 실험 예가 설명된다.Hereinafter, specific experimental examples of the manufacturing method of the composite fiber according to the embodiment of the present invention will be described.

실험 예에 따른 고분자 섬유의 제조Preparation of Polymer Fibers According to Experimental Examples

10 wt%의 DMF solution에, 0.7 g의 PVP를 첨가하고 교반하여, 고분자 소스 용액을 제조하였다. To 10 wt% of DMF solution, 0.7 g of PVP was added and stirred to prepare a polymer source solution.

27 게이지의 실린지 노즐을 갖는 실린지로부터 거리가 110 mm인 떨어진 flat-type 컬렉터에, 상기 고분자 소스 용액을 제공하고, 20 kV 전압 및 10 μL/min의 유속으로 전기 방사하여, 배어 고분자 섬유를 제조하였다. Into a flat-type collector at a distance of 110 mm from a syringe with a 27 gauge syringe nozzle, the polymer source solution is provided and electrospun at a voltage of 20 kV and a flow rate of 10 μL / min, soaking the soaked polymer fibers. Prepared.

레아가 용해된 용액을 제1 소스로 준비하고, 상기 배어 고분자 섬유를 상기 제1 소스에 침지하였다. 상기 제1 소스가 제공된 상기 배어 고분자 섬유를, 60 ℃의 오븐에서 12 시간 동안 건조한 후에, 아르곤 및 수소를 포함하는 분위기에서, 800 ℃의 온도로 4 시간 동안 1차 열처리하여, 상기 배어 고분자 섬유 내에 중공을 형성하였다. A solution of lea dissolved was prepared as a first source, and the soaked polymer fibers were immersed in the first source. The soaked polymer fiber provided with the first source was dried in an oven at 60 ° C. for 12 hours, and then subjected to a first heat treatment at 800 ° C. for 4 hours in an atmosphere containing argon and hydrogen, so that the soaked polymer fiber was A hollow was formed.

티오우레아가 용해된 용액을 제2 소스로 준비하고, 중공이 형성된 상기 배어 고분자 섬유를 상기 제2 소스에 침지하였다. 상기 제2 소스가 제공된 중공이 형성된 상기 배어 고분자 섬유를, 질소를 포함하는 분위기에서 580 ℃의 온도로 4 시간 동안 2차 열처리하여, 실험 예에 따른 고분자 섬유를 제조하였다.A solution in which thiourea was dissolved was prepared as a second source, and the soaked polymer fiber having hollows was immersed in the second source. The hollow polymer fiber having the hollow provided with the second source was subjected to a second heat treatment at a temperature of 580 ° C. for 4 hours in an atmosphere containing nitrogen to prepare a polymer fiber according to the experimental example.

실험 예에 따른 복합 섬유의 제조Preparation of Composite Fiber According to Experimental Example

그래핀 산화물을 포함하는 용매 및 증류수를 4:96의 부피 비로 혼합하여 제1 용액을 준비하였다. A solvent containing graphene oxide and distilled water were mixed at a volume ratio of 4:96 to prepare a first solution.

상술된 실험 예에 따른 고분자 섬유를 준비하였다. The polymer fiber according to the experimental example described above was prepared.

황 및 질소를 포함하는 도핑 소스로 티오 우레아를 준비하였다. Thiourea was prepared as a doping source comprising sulfur and nitrogen.

전이금속을 포함하는 전구체로 Na₂MoO₄를 준비하였다. Na ₂ MoO ₄ was prepared as a precursor including a transition metal.

상기 제1 용액에, 상기 고분자 섬유 0.1 g을 첨가하고, 30 분 동안 초음파 처리하여, 상기 제1 용액에 상기 고분자 섬유가 분산된 제2 용액을 제조하였다.0.1 g of the polymer fiber was added to the first solution and sonicated for 30 minutes to prepare a second solution in which the polymer fiber was dispersed in the first solution.

상기 제2 용액에, 상기 티오 우레아 0.8 g을 첨가하고, 1 시간 동안 교반하여, 제3 용액을 제조하였다. To the second solution, 0.8 g of the thiourea was added and stirred for 1 hour to prepare a third solution.

상기 제3 용액에, 상기 Na₂MoO₄ 0.4 g을 첨가하고, 1 시간 동안 교반하여 제4 용액을 제조하였다.0.4 g of Na ₂ MoO ₄ was added to the third solution, and stirred for 1 hour to prepare a fourth solution.

상기 제4 용액을 teflon-lined autoclave에 장입하고, 200 ℃에서 24 시간 동안 열수처리하여, 상기 그래핀 산화물이 환원된 그래핀에, 상기 티오 우레아의 상기 황 및 상기 질소가 도핑된 SNG, 및 상기 티오 우레아의 상기 황 및 상기 Na₂MoO₄로부터 생성된 MoS₂ 시트를 포함하는 검은색의 예비 복합 섬유를 제조하였다.The fourth solution was charged to a teflon-lined autoclave and subjected to hydrothermal treatment at 200 ° C. for 24 hours to reduce the graphene oxide, to the graphene oxide, the sulfur and the nitrogen doped SNG of the thiourea, and the A black preliminary composite fiber was prepared comprising the sulfur of thiourea and a MoS ₂ sheet produced from the Na ₂ MoO ₄ .

상기 예비 복합 섬유를 증류수 및 에탄올로 복수 회 세척한 후에, 오븐에서 건조하였다. 이후, 오븐에서 건조된 상기 예비 복합 섬유를 동결 건조하여, 실험 예에 따른 복합 섬유를 제조하였다. The preliminary composite fiber was washed several times with distilled water and ethanol and then dried in an oven. Thereafter, the preliminary composite fiber dried in an oven was lyophilized to prepare a composite fiber according to the experimental example.

실험 예에 따른 섬유 구조체의 제조Preparation of Fiber Structure According to Experimental Example

증류수 60 mL에 상술된 실험 예에 따른 고분자 섬유 0.1 g을 첨가하고, 30 분 동안 초음파 처리하여, 상기 고분자 섬유가 분산된 제1 용액을 제조하였다.0.1 g of the polymer fiber according to the experimental example described above was added to 60 mL of distilled water, and sonicated for 30 minutes to prepare a first solution in which the polymer fiber was dispersed.

전이금속을 포함하는 전구체로 Na₂MoO₄를 준비하여, 상기 제1 용액에, 티오 우레아 0.8 g 및 상기 Na₂MoO₄ 0.4 g을 첨가하고, 완전히 용해될 때까지 교반하여, 제2 용액을 제조하였다.Na ₂ MoO ₄ was prepared as a precursor including a transition metal, 0.8 g of thiourea and 0.4 g of Na ₂ MoO ₄ were added to the first solution, and stirred until completely dissolved to prepare a second solution. It was.

상기 제2 용액을 teflon-lined autoclave에 장입하고, 200 ℃에서 24 시간 동안 열수처리한 후에, 증류수 및 에탄올로 복수 회 세척하고, 오븐에서 건조하여, 고분자 섬유를 둘러싸는 전이금속 디칼코게나이드 시트 구조의, 실험 예에 따른 섬유 구조체를 제조하였다. The second solution was charged to a teflon-lined autoclave, treated with hot water at 200 ° C. for 24 hours, washed multiple times with distilled water and ethanol, dried in an oven, and surrounded by a transition metal dichalcogenide sheet structure. The fiber structure according to the experimental example was prepared.

도 7은 종래의 벌크 GCN의 SEM(scanning electron microscopy) 이미지이고, 도 8은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 SEM 이미지이다. 도 9는 종래의 벌크 GCN 및 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 광학 흡광도를 보여주는 그래프이고, 도 10은 종래의 벌크 GCN 및 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 밴드 갭 에너지를 보여주는 그래프이고, 도 11은 종래의 벌크 GCN 및 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 transient photocurrent analysis를 보여주는 그래프이다.7 is a scanning electron microscopy (SEM) image of a conventional bulk GCN, and FIG. 8 is an SEM image of a polymer fiber according to an experimental example of the present invention. 9 is a graph showing optical absorbance of a conventional bulk GCN and a polymer fiber according to an experimental example of the present invention, Figure 10 is a graph showing a band gap energy of a conventional bulk GCN and a polymer fiber according to an experimental example of the present invention. 11 is a graph showing a transient photocurrent analysis of the conventional bulk GCN and the polymer fiber according to the experimental example of the present invention.

도 7을 참조하면, 상기 벌크 GCN의 경우 표면적이 12.9 m²/g인 것을 확인할 수 있다. 반면에, 도 8을 참조하면, 상기 고분자 섬유의 경우, 표면적이 24.7 m²/g인 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상기 벌크 GCN의 표면적보다 상기 고분자 섬유의 표면적이 약 2 배정도 넓은 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the surface area of the bulk GCN is 12.9 m ² / g. On the other hand, referring to Figure 8, in the case of the polymer fiber, it can be seen that the surface area is 24.7 m ² / g. Accordingly, it can be seen that the surface area of the polymer fiber is about twice as large as that of the bulk GCN.

도 9를 참조하면, 상기 벌크 GCN보다 상기 고분자 섬유의 광학 흡광도가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 10을 참조하면, 상기 벌크 GCN보다 상기 고분자 섬유의 밴드 갭 에너지가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 도 11을 참조하면, 상기 벌크 GCN의 transient photocurrent는 2.6 μA이고, 상기 고분자 섬유의 transient photocurrent는 5.3 μA인 것에 따라, 상기 벌크 GNC보다 상기 고분자 섬유의 transient photocurrent가 상대적으로 큰 것을 알 수 있다. 9, it can be seen that the optical absorbance of the polymer fiber is relatively larger than the bulk GCN. In addition, referring to Figure 10, it can be seen that the band gap energy of the polymer fiber is relatively larger than the bulk GCN. 11, the transient photocurrent of the bulk GCN is 2.6 μA and the transient photocurrent of the polymer fiber is 5.3 μA, indicating that the transient photocurrent of the polymer fiber is relatively larger than that of the bulk GNC. have.

이러한 실험 결과를 통해, 상기 고분자 섬유의 가시 광선 영역의 흡수 범위가, 상기 벌크 GCN보다 큰 것을 알 수 있다. 이는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 고분자 섬유의 표면적이 상기 벌크 GCN의 표면적보다 넓은 것에 따라, 상기 고분자 섬유에서 전자 이동이 빠르게 촉진되기 때문일 수 있다.Through these experimental results, it can be seen that the absorption range of the visible light region of the polymer fiber is larger than the bulk GCN. This may be because, as shown in FIGS. 7 and 8, as the surface area of the polymer fiber is larger than the surface area of the bulk GCN, electron transfer is accelerated in the polymer fiber.

도 12 (A)는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 SEM 이미지이고, 도 12 (B)는 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체의 SEM 이미지이고, 도 12 (C)는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 SEM 이미지이다. 도 13 (A)는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 TEM(transmission electron microscopy) 이미지이고, 삽입된 도면은 상기 고분자 섬유의 SAED(selected area electron diffraction) 패턴이다. 도 13 (B)는 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체의 TEM 이미지이고, 삽입된 도면은 상기 섬유 구조체의 SAED 패턴이다. 도 13 (C)는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 TEM 이미지이고, 삽입된 도면은 상기 복합 섬유의 SAED 패턴이다. 12 (A) is an SEM image of the polymer fiber according to the experimental example of the present invention, Figure 12 (B) is an SEM image of the fiber structure according to the experimental example of the present invention, Figure 12 (C) is an experiment of the present invention SEM image of the composite fiber according to the example. Figure 13 (A) is a transmission electron microscopy (TEM) image of the polymer fiber according to the experimental example of the present invention, the inserted figure is a selected area electron diffraction (SAED) pattern of the polymer fiber. 13 (B) is a TEM image of the fiber structure according to the experimental example of the present invention, the inserted figure is a SAED pattern of the fiber structure. Figure 13 (C) is a TEM image of a composite fiber according to an experimental example of the present invention, the inserted figure is a SAED pattern of the composite fiber.

도 12 (A), 도 13 (A), 및 삽입 도면을 참조하면, 상기 고분자 섬유는, 중공이 형성된 상기 배어 고분자 섬유의 표면 상에, 상기 GCN이 나노 시트의 형태로 제공된 것을 관찰할 수 있다. 또한, 상기 고분자 섬유는 다공성 구조를 포함하는 것을 확인할 수 있다, 상기 고분자 섬유의 TEM 이미지로부터, 상기 고분자 섬유의 표면적은 24.7 m²/g으로 측정될 수 있다. 12 (A), 13 (A), and the insertion drawing, it can be observed that the polymer fibers are provided with the GCN in the form of nanosheets on the surface of the bare polymer fiber in which the hollows are formed. . In addition, it can be seen that the polymer fiber includes a porous structure. From the TEM image of the polymer fiber, the surface area of the polymer fiber may be measured as 24.7 m ² / g.

도 12 (B), 도 13 (B), 및 삽입 도면을 참조하면, 상기 섬유 구조체는, 상기 고분자 섬유를 둘러싸는 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트(MoS₂)를 포함하는 것을 관찰할 수 있다. 상기 섬유 구조체의 TEM 이미지로부터, 상기 섬유 구조체의 표면적은 16.6 m²/g으로 측정될 수 있고, 이에 따라, 상기 고분자 섬유보다 상기 섬유 구조체의 표면적이 상대적으로 작은 것을 알 수 있다. 이는, 상기 섬유 구조체가, 상기 고분자 섬유를 둘러싸는 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트를 포함하는 것에 따라, 상기 전이금속 디칼코게나이드가 상기 고분자 섬유의 다공성 구조를 막기 때문일 수 있다. 12 (B), 13 (B), and the insertion drawing, it can be observed that the fiber structure includes the transition metal dichalcogenide sheet (MoS ₂ ) surrounding the polymer fiber. From the TEM image of the fiber structure, the surface area of the fiber structure can be measured as 16.6 m ² / g, it can be seen that the surface area of the fiber structure is relatively smaller than the polymer fiber. This may be because, as the fiber structure includes the transition metal dichalcogenide sheet surrounding the polymer fiber, the transition metal dichalcogenide blocks the porous structure of the polymer fiber.

도 12 (C), 도 13 (C), 및 삽입 도면을 참조하면, 상기 복합 섬유는, 상기 고분자 섬유 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 사이, 또는 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트 상에 제공된 기능화된 그래핀의 구조를 포함하는 것을 관찰할 수 있다. 구체적으로, TEM 이미지를 통해, 0.618 nm의 d₍₀₀₂₎ 값이 관찰되는 것에 따라, 상기 복합 섬유가 MoS₂를 포함하는 것을 알 수 있고, 0.326 nm의 d₍₀₀₂₎ 값이 관찰되는 것에 따라, 상기 복합 섬유가 SNG를 포함하는 것을 알 수 있다. 상기 복합 섬유의 TEM 이미지로부터, 상기 복합 섬유의 표면적은 41.2 m²/g으로 측정될 수 있다. 이에 따라, 상기 고분자 섬유 및 상기 섬유 구조체의 표면적보다 상기 복합 섬유의 표면적이 상대적으로 큰 것을 알 수 있다. 이는, 상기 복합 섬유가, 상기 고분자 섬유 및 상기 섬유 구조체와는 달리, 상기 기능화된 그래핀을 포함하기 때문일 수 있다. 12 (C), 13 (C), and inset, the composite fiber is functionalized provided between the polymer fiber and the transition metal dichalcogenide sheet, or on the transition metal dichalcogenide sheet. It can be observed to include the structure of graphene. Specifically, through the TEM image, it can be seen that as the d ₍₀₀₂₎ value of 0.618 nm is observed, the composite fiber comprises MoS ₂ , and as the d ₍₀₀₂₎ value of 0.326 nm is observed, It can be seen that the composite fiber comprises SNG. From the TEM image of the composite fiber, the surface area of the composite fiber can be measured at 41.2 m ² / g. Accordingly, it can be seen that the surface area of the composite fiber is relatively larger than the surface area of the polymer fiber and the fiber structure. This may be because the composite fiber, unlike the polymer fiber and the fiber structure, comprises the functionalized graphene.

도 14는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 TEM 및 그로부터 측정된 EDS(electron diffraction spectroscopy)이다. 도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유에 포함된 기능화된 그래핀(S,N doped graphene)의 SEM 이미지이고, 도 16은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유에 포함된 기능화된 그래핀의 TEM 이미지이다. 도 17은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유에 포함된 전이금속 디칼코게나이드 시트(MoS₂)의 SEM 이미지이고, 도 18은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유에 포함된 전이금속 디칼코게나이드 시트의 EDS 이미지이고, 도 19는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유에 포함된 전이금속 디칼코게나이드 시트의 EDS 분석 결과이다.14 is a TEM of an conjugate fiber and an electron diffraction spectroscopy (EDS) measured therefrom according to an experimental example of the present invention. 15 is an SEM image of functionalized graphene (S, N doped graphene) included in the composite fiber according to the experimental example of the present invention, Figure 16 is a functionalized graphene included in the composite fiber according to the experimental example of the present invention Tem image. FIG. 17 is an SEM image of a transition metal dichalcogenide sheet (MoS ₂ ) included in a composite fiber according to an experimental example of the present invention, and FIG. 18 is a transition metal dichalcogenide included in a composite fiber according to an experimental example of the present invention. EDS image of the sheet, Figure 19 is an EDS analysis of the transition metal decalcogenide sheet contained in the composite fiber according to the experimental example of the present invention.

도 14를 참조하면, 상기 복합 섬유는, 상기 고분자 섬유가 상기 기능화된 그래핀 및 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트에 의해 완전히 감겨져 있는 것을 관찰할 수 있다. 또한, 상기 복합 섬유의 EDS에서 탄소(C), 질소(N), 몰리브데넘(Mo), 및 황(S) 원소가 관찰되는 것에 따라, 상기 복합 섬유가 상기 고분자 섬유, 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트, 및 상기 기능화된 그래핀을 포함하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 14, it can be observed that the composite fiber is completely wound by the functionalized graphene and the transition metal decalcogenide sheet. In addition, as the elements of carbon (C), nitrogen (N), molybdenum (Mo), and sulfur (S) are observed in the EDS of the composite fiber, the composite fiber is the polymer fiber, the transition metal decalcoge It can be seen that it includes the aged sheet, and the functionalized graphene.

상세하게, 도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 기능화된 그래핀이 상기 고분자 섬유에 층상의 형태로 제공된 것을 관찰할 수 있다. 또한, 도 17 내지 도 19를 참조하면, 상기 고분자 섬유에 제공된 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트가 Mo 및 S를 포함하되, 상기 Mo 및 상기 S를 78.25 : 21.75의 원자 비로 포함하는 것을 알 수 있다. In detail, referring to FIGS. 15 and 16, it can be observed that the functionalized graphene is provided in a layered form on the polymer fibers. 17 to 19, it can be seen that the transition metal dichalcogenide sheet provided on the polymer fiber includes Mo and S, but includes Mo and S in an atomic ratio of 78.25: 21.75.

도 20 (A)는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF)의 XRD(X-ray diffraction) 그래프이고, 도 20 (B)는 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂)의 XRD 그래프이고, 도 20 (C)는 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂)의 XRD 그래프이다. 20 (A) is an X-ray diffraction (XRD) graph of the polymer fiber (HGCNF) according to the experimental example of the present invention, Figure 20 (B) is a fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ) according to the experimental example of the present invention XRD graph of, Figure 20 (C) is an XRD graph of the composite fiber (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to the experimental example of the present invention.

도 20 (A)를 참조하면, 11.8 °에 대응하는 (100) GCN(g-C₃N₄) 피크, 및 27.65 °에 대응하는 (002) GCN 피크를 관찰할 수 있다. 이에 따라, 상기 고분자 섬유가 상기 GCN을 포함하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 20A, the (100) GCN (gC ₃ N ₄ ) peak corresponding to 11.8 ° and the (002) GCN peak corresponding to 27.65 ° can be observed. Accordingly, it can be seen that the polymer fiber includes the GCN.

한편, 도 20 (B) 및 도 20 (C)를 참조하면, 13.96 °에 대응하는 (002) MoS₂ 피크, 33.06 °에 대응하는 (100) MoS₂ 피크, 39.37 °에 대응하는 (103) MoS₂ 피크, 및 58.6 °에 대응하는 (110) MoS₂ 피크를 관찰할 수 있다. 이에 따라, 상기 섬유 구조체 및 상기 복합 섬유가, 상기 전이금속 디칼코게나이드 시트로써 상기 MoS₂를 포함하는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 MoS₂ 피크들이 뾰족한(sharp)한 것에 따라, 상기 MoS₂의 결정성이 높은 것을 알 수 있다. Meanwhile, referring to FIGS. 20B and 20C, the (002) MoS ₂ peak corresponding to 13.96 °, the (100) MoS ₂ peak corresponding to 33.06 °, and the (103) MoS corresponding to 39.37 ° _Two peaks and a (110) MoS ₂ peak corresponding to 58.6 ° can be observed. Accordingly, it can be seen that the fiber structure and the composite fiber contain the MoS ₂ as the transition metal dichalcogenide sheet. In addition, as the MoS ₂ peaks are sharp, it can be seen that the crystallinity of the MoS ₂ is high.

하지만, 상기 섬유 구조체 및 상기 복합 섬유가, 본 발명의 실험 예에 따라 제조되어, 상기 고분자 섬유를 포함함에도 불구하고, 상기 섬유 구조체의 XRD 그래프에서 도 20 (A)와 같은 상기 고분자 섬유의 상기 GCN 피크를 관찰할 수 없다. 이는, 상기 고분자 섬유의 상기 GCN보다 상기 MoS₂의 결정성이 상대적으로 더 높기 때문일 수 있다. However, although the fiber structure and the composite fiber are manufactured according to the experimental example of the present invention and include the polymer fiber, the GCN of the polymer fiber as shown in FIG. 20 (A) in the XRD graph of the fiber structure. Peaks cannot be observed. This may be because the crystallinity of the MoS ₂ is relatively higher than the GCN of the polymer fiber.

도 21은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF), 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂), 및 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂)의광학 흡광도를 보여주는 그래프이다.FIG. 21 is a graph showing optical absorbances of polymer fibers (HGCNF), fiber structures (HGCNF / MoS ₂ ), and composite fibers (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to an experimental example of the present invention.

도 21을 참조하면, 상기 고분자 섬유는, 450 ㎚ 영역에서 밴드 엣지를 나타내며, 1.81 eV의 밴드 갭 에너지는 갖는 것으로 계산되었다. 상기 섬유 구조체는, 이론적으로 벌크 MoS₂가 1.8 eV의 밴드 갭 에너지를 가지는 것에 의해, 550 nm 영역에서 느린 밴드 엣지를 나타내며, 상기 고분자 섬유보다 높은 흡광도를 나타낼 수 있다. 한편, 상기 복합 섬유 구조체는, 정확한 밴드 갭 에너지가 없기 때문에, 상기 고분자 섬유 및 상기 섬유 구조체보다 전체 영역에서 가장 높은 흡광도를 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 21, the polymer fiber exhibited a band edge in the 450 nm region and was calculated to have a band gap energy of 1.81 eV. The fiber structure, in theory, has a band gap energy of 1.8 eV, whereby bulk MoS ₂ exhibits a slow band edge in the 550 nm region and may exhibit higher absorbance than the polymer fiber. On the other hand, the composite fiber structure, because there is no accurate band gap energy, it can exhibit the highest absorbance in the entire region than the polymer fiber and the fiber structure.

반면에, 상기 섬유 구조체 및 상기 복합 섬유에서는 상기 고분자 섬유에서 관찰되는 피크를 발견하기 어렵다. 이는, 상기 섬유 구조체 및 상기 복합 섬유에 포함된 상기 MoS₂의 양보다 상기 고분자 섬유의 양이 상대적으로 적기 때문일 수 있다. 하지만, 688 cm^-1의 영역에 대응하는 MoS₂의 공유 작용을 관찰할 수 있다. 이에 따라, 상기 섬유 구조체 및 상기 복합 섬유에서, C-S 신축 진동의 존재를 파악할 수 있으며, 따라서, 상기 섬유 구조체가 상기 고분자 섬유, 및 상기 MoS₂를 포함하고, 상기 복합 섬유가 상기 고분자 섬유, 상기 SNG, 및 상기 MoS₂를 포함하는 것을 알 수 있다. On the other hand, it is difficult to find the peak observed in the polymer fiber in the fiber structure and the composite fiber. This may be because the amount of the polymer fiber is relatively less than the amount of MoS ₂ contained in the fiber structure and the composite fiber. However, the covalent action of MoS ₂ corresponding to the region of 688 cm ⁻¹ can be observed. Accordingly, in the fiber structure and the composite fiber, it is possible to grasp the presence of CS stretching vibration, and thus, the fiber structure includes the polymer fiber and the MoS ₂ , and the composite fiber is the polymer fiber, the SNG And it can be seen that the MoS ₂ included.

도 22는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 C 1s 스펙트럼이고, 도 23은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유의 N 1s 스펙트럼이고, 도 24는 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체의 C 1s 스펙트럼이고, 도 25는 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체의 N 1s 스펙트럼이고, 도 26은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 C 1s 스펙트럼이고, 도 27은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 N 1s 스펙트럼이다. 22 is a C 1s spectrum of the polymer fiber according to the experimental example of the present invention, FIG. 23 is an N 1s spectrum of the polymer fiber according to the experimental example of the present invention, and FIG. 24 is a C of the fiber structure according to the experimental example of the present invention. 1s spectrum, FIG. 25 is the N 1s spectrum of the fiber structure according to the experimental example of the present invention, FIG. 26 is the C 1s spectrum of the composite fiber according to the experimental example of the present invention, and FIG. 27 is the experimental example of the present invention. N 1s spectrum of the composite fiber.

도 22 내지 도 27을 참조하면, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 이용해, 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유, 섬유 구조체, 및 복합 섬유의 화학 결합 에너지를 확인할 수 있다. 22 to 27, the chemical binding energy of the polymer fiber, the fiber structure, and the composite fiber according to the experimental example of the present invention may be confirmed by using an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis.

도 22를 통해, 284.1 eV에 대응하는 C-C 결합, 288.3 eV에 대응하는 C-(N)₃ 결합, 및 285.6 eV에 대응하는 C=N 결합을 관찰할 수 있다. 또한, 도 23을 통해, 397.9 eV에 대응하는 C-N=C 결합, 399.7 eV에 대응하는 N-(C)₃ 결합, 및 402.7 eV에 대응하는 C-NH 결합을 관찰할 수 있다. 이에 따라, 상기 고분자 섬유가 상기 GCN을 포함하는 것을 알 수 있다.22, it can be observed that the CC bond corresponding to 284.1 eV, the C- (N) ₃ bond corresponding to 288.3 eV, and the C = N bond corresponding to 285.6 eV. In addition, it can be observed from FIG. 23 that the CN = C bond corresponding to 397.9 eV, the N- (C) ₃ bond corresponding to 399.7 eV, and the C-NH bond corresponding to 402.7 eV. Accordingly, it can be seen that the polymer fiber includes the GCN.

도 24를 통해, 283.9 eV에 대응하는 C-C 결합, 285.4 eV에 대응하는 C=N 결합, 및 287.6 eV에 대응하는 C-(N)₃ 결합을 관찰할 수 있다. 또한, 도 25를 통해, 392.9 eV에 대응하는 C-N=C 결합, 394.4 eV에 대응하는 N-(C)₃ 결합, 및 396.8 eV에 대응하는 및 C-NH 결합을 관찰할 수 있다. 이에 따라, 상기 섬유 구조체가 상기 고분자 섬유의 상기 GCN 및 상기 MoS₂를 포함하는 것을 알 수 있다. 24, it can be seen that the CC bond corresponding to 283.9 eV, the C = N bond corresponding to 285.4 eV, and the C- (N) ₃ bond corresponding to 287.6 eV. 25, one can observe CN = C binding corresponding to 392.9 eV, N- (C) ₃ binding corresponding to 394.4 eV, and C-NH binding corresponding to 396.8 eV. Accordingly, it can be seen that the fiber structure includes the GCN and the MoS ₂ of the polymer fiber.

그러나, 상기 고분자 섬유에서보다 상기 섬유 구조체에서, C-(N)₃ 결합을 나타내는 피크가 상대적으로 낮은 것을 알 수 있다. 이는, 상술된 바와 같이, 상기 섬유 구조체에 포함된 상기 MoS₂의 양보다 상기 고분자 섬유의 양이 상대적으로 적기 때문일 수 있다.However, it can be seen that the peak showing C- (N) ₃ bond in the fiber structure is relatively lower than in the polymer fiber. This may be because, as described above, the amount of the polymer fiber is relatively less than the amount of MoS ₂ contained in the fiber structure.

도 26을 통해, 283.8 eV에 대응하는 C-C 결합, 284.6 eV에 대응하는 C=N 결합, 및 287.2 eV에 대응하는 C-(N)₃ 결합을 관찰할 수 있다. 또한, 도 27을 통해, 394.4 eV에 대응하는 C-N=C 결합, 397.7 eV에 대응하는 N-(C)₃ 결합, 및 399.7 eV에 대응하는 및 C-NH 결합을 관찰할 수 있다. 이에 따라, 상기 복합 섬유가 상기 고분자 섬유의 상기 GCN, 상기 SNG, 및 상기 MoS₂를 포함하는 것을 알 수 있다. 26, it can be observed that the CC bond corresponding to 283.8 eV, the C = N bond corresponding to 284.6 eV, and the C- (N) ₃ bond corresponding to 287.2 eV. In addition, it can be observed from FIG. 27 that CN = C bonds corresponding to 394.4 eV, N- (C) ₃ bonds corresponding to 397.7 eV, and C-NH bonds corresponding to 399.7 eV. Accordingly, it can be seen that the composite fiber includes the GCN, the SNG, and the MoS ₂ of the polymer fiber.

그러나, 상기 섬유 구조체와 마찬가지로, 상기 고분자 섬유에서보다 상기 복합 섬유에서, C-(N)₃ 결합을 나타내는 피크가 상대적으로 낮은 것을 알 수 있다. 이는, 상기 섬유 구조체와 마찬가지로, 상기 복합 섬유에 포함된 상기 MoS₂의 양보다 상기 고분자 섬유의 양이 상대적으로 적기 때문일 수 있다.However, as in the fiber structure, it can be seen that the peak showing the C- (N) ₃ bond is relatively low in the composite fiber than in the polymer fiber. This may be because, like the fiber structure, the amount of the polymer fiber is relatively less than the amount of MoS ₂ contained in the composite fiber.

이하, 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유, 섬유 구조체, 및 복합 섬유의 전기 화학적 성능 평가가 설명된다.Hereinafter, the electrochemical performance evaluation of the polymer fiber, the fiber structure, and the composite fiber according to the experimental example of the present invention will be described.

도 28은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유, 섬유 구조체, 및 복합 섬유의 전기 화학적 성능 평가를 위한 램프(lamp)의 사진이다.FIG. 28 is a photograph of a lamp for evaluating the electrochemical performance of the polymer fiber, the fiber structure, and the composite fiber according to the experimental example of the present invention.

도 28을 참조하면, 상기 고분자 섬유, 상기 섬유 구조체, 및 상기 복합 섬유의 전기 화학적 성능을 평가하기 위해, 3원 전극 시스템(three-electrode system)을 이용할 수 있다. 상기 3원 전극 시스템의 working electrode로 GCE(glassy carbon electrode)가 이용될 수 있고, counter electrode로 graphite가 이용될 수 있으며, reference electrode로 Ag/AgCl이 이용될 수 있다. Referring to FIG. 28, a three-electrode system may be used to evaluate the electrochemical performance of the polymer fiber, the fiber structure, and the composite fiber. A glassy carbon electrode (GCE) may be used as a working electrode of the three-way electrode system, graphite may be used as a counter electrode, and Ag / AgCl may be used as a reference electrode.

도 29는 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF), 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂), 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂), 및 working electrode(GCE) 의 분극 곡선이고, 도 30은 본 발명의 실험 예에 따른 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂), 및 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂) 의 Tafel slope이다.FIG. 29 is a polarization curve of a polymer fiber (HGCNF), a fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ), a composite fiber (HGCNF / SNG / MoS ₂ ), and a working electrode (GCE) according to an experimental example of the present invention. Tafel slope of the fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ), and the composite fiber (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to the experimental example of the present invention.

도 29를 참조하면, 상기 고분자 섬유, 상기 섬유 구조체, 상기 복합 섬유, 상기 working electrode, 및 상기 Pt/C의 전기 화학적 수소 발생 반응을 관찰할 수 있다. 상기 분극 곡선을 통해, 상기 working electrode는 전기 촉매 반응을 일으키기 않는 반면, 상기 고분자 섬유는 낮은 전기 촉매 반응을 나타내는 것을 알 수 있다. 한편, 상기 고분자 섬유보다 높은 전기 촉매 반응을 상기 섬유 구조체에서 관찰할 수 있고, 또한, 상기 섬유 구조체보다 높은 전기 촉매 반응을 상기 복합 섬유로부터 관찰할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 전기 화학적 특성이 가장 우수한 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 29, an electrochemical hydrogen generation reaction of the polymer fiber, the fiber structure, the composite fiber, the working electrode, and the Pt / C may be observed. Through the polarization curve, it can be seen that the working electrode does not cause an electrocatalytic reaction, whereas the polymer fiber exhibits a low electrocatalytic reaction. On the other hand, the electrocatalytic reaction higher than the polymer fiber can be observed in the fiber structure, and the electrocatalytic reaction higher than the fiber structure can be observed from the composite fiber. Accordingly, it can be seen that the electrochemical properties of the composite fiber according to the experimental example of the present invention is the most excellent.

도 30을 참조하면, 상기 섬유 구조체, 상기 복합 섬유, 및 상기 Pt/C의 HER(hydrogen evolution reaction) 메커니즘을 관찰할 수 있다. 선형의 Tafel slope은 아래 <수학식 1>에 의해 계산될 수 있다. Referring to FIG. 30, it is possible to observe a hydrogen evolution reaction (HER) mechanism of the fiber structure, the composite fiber, and the Pt / C. The linear Tafel slope can be calculated by Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

η = a + blog|j|η = a + blog | j |

여기서, η는 과전압, a는 교환 전류 밀도, b는 타펠 경사, j는 전류 밀도를 의미할 수 있다. Here, η may represent an overvoltage, a represents an exchange current density, b represents a Tafel slope, and j may mean a current density.

일 실시 예에 따르면, Tafel slope의 기울기가 작을수록, 과전압에 의한 수소 생산 속도가 빠르다는 것을 의미할 수 있다. 본 발명의 실험 예에 따르면, 상기 <수학식 1>에 따라, 상기 섬유 구조체의 Tafel slope는 116 mV/dec이고, 상기 복합 섬유의 Tafel slope는 83 mV/dec으로 계산될 수 있다. 이는, 상기 섬유 구조체보다 상기 복합 섬유의 HER 특성이 우수하다는 것을 의미할 수 있다. According to an embodiment, the smaller the slope of the Tafel slope may mean that the hydrogen production rate due to overvoltage is faster. According to an experimental example of the present invention, according to Equation 1, the Tafel slope of the fiber structure is 116 mV / dec, the Tafel slope of the composite fiber can be calculated to 83 mV / dec. This may mean that the HER property of the composite fiber is superior to the fiber structure.

이론적으로, 산성 전해질에서 HER 메커니즘은 Volmer-Heyrovsky 및 and Volmer-Tafel의 두 가지 반응으로 분류될 수 있다. Volmer-Heyrovsky 또는 Volmer-Tafel 반응은 아래 <화학식 1>로 표현될 수 있다.In theory, the HER mechanism in acidic electrolytes can be classified into two reactions: Volmer-Heyrovsky and Volmer-Tafel. Volmer-Heyrovsky or Volmer-Tafel reactions can be represented by the following <Formula 1>.

<화학식 1><Formula 1>

H₃O⁺ + e^-→ H_ad + H₂O _{^{^{H 3 O + + e - →}}} H ad + H 2 O

H_ad + H₃O⁺ + e^- → H₂ + H₂O _{_{^{H ad + H 3 O + +}}} e - → H 2 + H 2 O

2H_ad → H₂ 2H _ad → H ₂

<화학식 1>을 참조하면, 수소 발생 반응에 의해 전기 촉매로써 활성화 정도를 살펴볼 수 있다. 이에 따라, 상기 고분자 섬유는 전기 촉매 반응을 나타내지 않는 반면, 상기 섬유 구조체는 낮은 전기 촉매 반응을 나타내는 것을 알 수 있다. 한편, 상기 복합 섬유는, 상기 섬유 구조체 보다 상대적으로 높은 전기 촉매 반응을 나타내는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 전기 화학적 특성이 가장 우수한 것을 알 수 있다.Referring to <Formula 1>, it can be seen the degree of activation as an electrocatalyst by the hydrogen evolution reaction. Accordingly, it can be seen that the polymer fiber does not exhibit an electrocatalytic reaction, whereas the fiber structure exhibits a low electrocatalytic reaction. On the other hand, it can be seen that the composite fiber exhibits a higher electrocatalytic reaction than the fiber structure. Through this, it can be seen that the electrochemical properties of the composite fiber according to the experimental example of the present invention is the most excellent.

도 31은 본 발명의 실험 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF), 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂), 및 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂) 의 Nyquist plot이다. FIG. 31 is a Nyquist plot of polymer fibers (HGCNF), fiber structures (HGCNF / MoS ₂ ), and composite fibers (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to an experimental example of the present invention.

도 31을 참조하면, Nyquist plot의 아크 반경(arc radius)으로부터 상기 상기 고분자 섬유, 섬유 구조체, 복합 섬유, 및 상용화된 Pt/C의 전하 이동 저항을 살펴볼 수 있다. 일반적으로, Nyquist plot의 아크 반경이 작을수록, 전하 이동이 빠른 것을 의미할 수 있다. 이에 따르면, 도 31에 도시된 바와 같이, 상기 고분자 섬유 및 상기 섬유 구조체보다, 상기 복합 섬유의 Nyquist plot의 아크 반경이 작은 것을 확인할 수 있고, 따라서, 상기 복합 섬유의 전하 이동 저항이 작다는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 상기 복합 섬유의 전하 이동 속도가 빠르며, 이에 따라, 전기 화학적 특성이 우수한 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 31, the charge transfer resistance of the polymer fiber, the fiber structure, the composite fiber, and the commercialized Pt / C may be examined from an arc radius of a Nyquist plot. In general, the smaller the arc radius of the Nyquist plot, it may mean that the charge transfer is faster. According to this, as shown in FIG. 31, it can be seen that the arc radius of the Nyquist plot of the composite fiber is smaller than that of the polymer fiber and the fiber structure, and thus, the charge transfer resistance of the composite fiber is small. Can be. In other words, it can be seen that the charge transfer rate of the composite fiber is fast, and accordingly, the electrochemical properties are excellent.

도 32는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF)의 전기 용량 플롯(capacitive current plot)이고, 도 33은 본 발명의 실시 예에 따른 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂)의 전기 용량 플롯이고, 도 34는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂)의 전기 용량 플롯이고, 도 35는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 섬유(HGCNF), 섬유 구조체(HGCNF/MoS₂), 및 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂) 의 전기 용량 측정(capacitive current measurement) 그래프이다.32 is a capacitive current plot of polymer fibers (HGCNF) according to an embodiment of the present invention, FIG. 33 is a capacitive plot of a fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ) according to an embodiment of the present invention, 34 is a capacitive plot of the composite fiber (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to an embodiment of the present invention, Figure 35 is a polymer fiber (HGCNF), a fiber structure (HGCNF / MoS ₂ ) according to an embodiment of the present invention , And capacitive current measurement graphs of composite fibers (HGCNF / SNG / MoS ₂ ).

도 32 내지 도 34를 참조하면, 0 V vs. RHE(reversible hydrogen electrode, 가역 수소 전극) 내지 - 0.4 V vs. RHE 범위의 전기 용량 플롯을 통해 전기 화학적으로 활성화된 표면적 특성을 살펴볼 수 있다. 상기 전기 용량 플롯을 통해, 상기 고분자 섬유 및 상기 섬유 구조체보다 상기 복합 섬유의 전기적으로 활성화된 표면적이 넓은 것을 확인할 수 있다. 32-34, 0 V vs. Reversible hydrogen electrode (RHE) to -0.4 V vs. Capacitive plots in the RHE range allow us to look at electrochemically activated surface area characteristics. Through the capacitive plot, it can be seen that the electrically activated surface area of the composite fiber is wider than the polymer fiber and the fiber structure.

또한, 도 35를 참조하면, 다양한 스캔 속도의 함수로써 0.2 V vs. RHE의 전기 용량을 살펴볼 수 있다. 도 35 그래프의 기울기를 통해, 전기 용량을 계산할 수 있다. 이에 따라, 상기 고분자 섬유의 전기 용량은 0.2 μF/cm², 상기 섬유 구조체의 전기 용량은 2.75 μF/cm², 및 상기 복합 섬유의 전기 용량은 6.5 μF/cm²으로 계산될 수 있다. 따라서, 상기 복합 섬유의 전기 용량이, 상기 고분자 섬유의 전기 용량 보다 약 33배 크고, 상기 섬유 구조체의 전기 용량 보다 약 2.4배 큰 것을 알 수 있다. 이를 통해, 상기 고분자 섬유, 섬유 구조체, 및 복합 섬유의 전기적으로 활성화된 표면적에 의해, 전자 경로뿐만 아니라, 전기 전도성이 향상된다는 것을 알 수 있다.Also referring to FIG. 35, 0.2 V vs. as a function of various scan rates. You can look at the capacitance of the RHE. Through the slope of the graph of FIG. 35, the capacitance can be calculated. Accordingly, the capacitance of the polymer fiber may be calculated as 0.2 μF / cm ² , the capacitance of the fiber structure is 2.75 μF / cm ² , and the capacitance of the composite fiber is 6.5 μF / cm ² . Therefore, it can be seen that the electric capacity of the composite fiber is about 33 times larger than the electric capacity of the polymer fiber and about 2.4 times larger than the electric capacity of the fiber structure. Through this, it can be seen that, as well as the electronic path, the electrical conductivity is improved by the electrically activated surface area of the polymer fiber, the fiber structure, and the composite fiber.

도 36은 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유(HGCNF/SNG/MoS₂)의 Chronoamperometric response이고, 도 37은 3000 사이클 전 및 후의 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 편광 곡선이고, 도 38은 3000 사이클 전 및 후의 본 발명의 실험 예에 따른 복합 섬유의 Nyquist plot이다.36 is a Chronoamperometric response of the composite fiber (HGCNF / SNG / MoS ₂ ) according to the experimental example of the present invention, Figure 37 is a polarization curve of the composite fiber according to the experimental example of the present invention before and after 3000 cycles, Figure 38 Nyquist plot of the composite fiber according to the experimental example of the present invention before and after 3000 cycles.

도 36을 참조하면, -0.16V vs. RHE의 일정 포텐셜에서 48 시간까지, 상기 복합 섬유의 전류 밀도가 안정한 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 37을 참조하면, 3000 사이클 전 및 후의 편광 곡선에서, 상기 복합 섬유의 전류 밀도에 큰 변화가 없는 것을 관찰할 수 있다. 이에 따라, 상기 복합 섬유의 전기적 안정성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 38을 참조하면, 상기 복합 섬유의 임피던스 스펙트럼이 3000 사이클 전 및 후에, 첫 번째 반원에서 감소하는 것을 관찰할 수 있다. 이는, 상기 복합 섬유의 내부 경계면 저항이 감소되어 HER 활성이 우수하다는 것을 의미할 수 있다. Referring to Figure 36, -0.16V vs. It can be confirmed that the current density of the composite fiber is stable up to 48 hours at a constant potential of RHE. Further, referring to FIG. 37, it can be observed that in the polarization curves before and after 3000 cycles, there is no significant change in the current density of the composite fiber. Accordingly, it can be seen that the electrical stability of the composite fiber is excellent. 38, it can be observed that the impedance spectrum of the composite fiber decreases in the first semicircle before and after 3000 cycles. This may mean that the internal interface resistance of the composite fiber is reduced, so that the HER activity is excellent.

이상, 본 발명의 실시 예 및 실험 예에 따른 복합 섬유의 제조 방법, 그 제조 방법으로 제조된 복합 섬유, 및 그 복합 섬유를 이용한 가스 정화 시스템에 대해 상세히 설명하였다. 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, the manufacturing method of the composite fiber which concerns on the Example and experiment example of this invention, the composite fiber manufactured by the manufacturing method, and the gas purification system using the composite fiber were demonstrated in detail. Although the present invention has been described in detail using the preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments, it should be interpreted by the appended claims. In addition, those of ordinary skill in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100: 고분자 섬유
110: GCN(graphitic carbon nitride)
120: 배어 고분자(bare) 섬유
130: 중공
200: 기능화된 그래핀
210: 그래핀
220: 황
230: 질소
300; 전이금속 디칼코게나이드 시트
310: 전이금속
320: 칼코겐
400: 복합 섬유
410: 제1 계면
420: 제2 계면
430: 제3 계면
500: 가스 정화 시스템
510: 광합성 반응부
520: 가스 포집부
530: 가스 분석부
610: 오염 가스
620: 연료 가스100: polymer fiber
110: graphitic carbon nitride (GCN)
120: bare fiber
130: hollow
200: functionalized graphene
210: graphene
220: sulfur
230: nitrogen
300; Transition Metal Decalcogenide Sheet
310: transition metal
320: chalcogen
400: composite fiber
410: first interface
420: second interface
430: third interface
500: gas purification system
510: photosynthetic reaction part
520 gas collecting unit
530: gas analyzer
610: polluted gas
620: fuel gas

Claims

Preparing a solvent including graphene oxide;
Preparing polymeric fibers provided with graphitic carbon nitride (GCN) on the surface;
Preparing a doping source having a doping element comprising a chalcogen element;
Preparing a precursor comprising a transition metal; And
In the solvent, comprising the step of mixing and heat-treating the polymer fiber, the doping source and the precursor, to produce a composite fiber,
The composite fiber,
The polymer fiber provided with the GCN on a surface thereof;
Functionalized graphene doped with the doping element of the doping source to the graphene oxide-reduced graphene by the heat treatment; And
And a transition metal dichalcogenide sheet produced from said doping element and said precursor of said doping source by said heat treatment.

According to claim 1,
Preparing the polymer fibers,
Adding a polymer material to the organic solvent and stirring to prepare a polymer source solution;
Electrospinning the polymer source solution to produce bare polymer fibers;
Forming a hollow in the bare polymer fiber; And
Forming the GCN on the surface of the soaked polymer fiber hollow is formed.

The method of claim 2,
Forming a hollow in the bare polymer fiber, comprising providing a first source containing nitrogen to the bare polymer fiber and the first heat treatment,
The forming of the GCN may include providing a second source including sulfur and nitrogen to the hollow soaked polymer fiber and forming a second heat treatment.

The method of claim 3, wherein
The second heat treatment step, the method of producing a composite fiber comprising performing at a lower temperature than the first heat treatment step.

According to claim 1,
The doping element is a method for producing a composite fiber containing sulfur and nitrogen.

According to claim 1,
The heat treatment step, the method of producing a composite fiber comprising performing a hydrothermal treatment (熱水處理).

Hollow polymer fibers provided with GCN on the surface;
A transition metal dichalcogenide sheet surrounding the GCN and the polymer fiber; And
A functionalized graphene provided between the transition metal dichalcogenide sheet and the polymer fiber or on the transition metal dichalcogenide sheet,
A first interface between the GCN and the functionalized graphene;
A second interface between the functionalized graphene and the transition metal dichalcogenide sheet; And
A composite fiber comprising a third interface between the GCN and the transition metal dichalcogenide sheet.

The method of claim 7, wherein
If light is irradiated,
The composite fiber comprising the increase in photosynthetic efficiency as electrons excited from the GCN consumer electronics band of the polymer fiber moves to the transition metal dichalcogenide sheet and to the Fermi energy band of the functionalized graphene. .

The method of claim 7, wherein
The functionalized graphene, composite fiber comprising doped with sulfur and nitrogen on the graphene.

Photosynthetic reaction unit comprising a composite fiber according to claim 7;
A gas collecting unit divided into a plurality of membranes; And
Including a gas analyzer disposed between the photosynthetic reaction unit and the gas collecting unit,
When light is irradiated to the photosynthetic reaction part, the pollutant gas introduced into the photosynthetic reaction part undergoes a photosynthetic reaction with the composite fiber to generate a fuel gas, and the generated fuel gas is analyzed by the gas analyzer. And filtered by the membrane in the order of molecular weight of the fuel gas and being collected by the gas collecting unit.

The method of claim 10,
When light is irradiated to the composite fiber,
Gas purification comprising the increase in photosynthetic efficiency as electrons excited from the consumer electronics band of the GCN of the polymer fiber move to the transition metal decalcogenide sheet and to the Fermi energy band of the functionalized graphene system.

The method of claim 10,
And the fuel gas is filtered by the membrane in a light order and collected in the gas collecting portion.