KR20210081275A - Process for preparing Boron Nitride Nanodisk by exfoliation and cutting of boron nitride with covalent functionalization - Google Patents

Process for preparing Boron Nitride Nanodisk by exfoliation and cutting of boron nitride with covalent functionalization Download PDF

Info

Publication number
KR20210081275A
KR20210081275A KR1020200178969A KR20200178969A KR20210081275A KR 20210081275 A KR20210081275 A KR 20210081275A KR 1020200178969 A KR1020200178969 A KR 1020200178969A KR 20200178969 A KR20200178969 A KR 20200178969A KR 20210081275 A KR20210081275 A KR 20210081275A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
boron nitride
ooh
nanodisks
hexagonal
nanodisk
Prior art date
Application number
KR1020200178969A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김환기
장위
김뢰
장호현
김대호
임현민
장기석
Original Assignee
건국대학교 글로컬산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 건국대학교 글로컬산학협력단 filed Critical 건국대학교 글로컬산학협력단
Publication of KR20210081275A publication Critical patent/KR20210081275A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/064Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
    • C01B21/0648After-treatment, e.g. grinding, purification
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/20Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C01P2004/24Nanoplates, i.e. plate-like particles with a thickness from 1-100 nanometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/22Rheological behaviour as dispersion, e.g. viscosity, sedimentation stability

Abstract

The present invention relates to a method for preparing boron nitride nanodisks. The method includes the following: a first step of oxidizing hexagonal boron nitride through a modified Hummer's method to prepare -OH-functionalized boron nitride nanodisks; and a second step of treating the -OH-functionalized boron nitride nanodisks obtained from the first step with Fenton's reagent to perform -OH and -OOH functionalization. The present invention also relates to boron nitride nanodisks obtained by the method. According to the method of the present invention, a high ratio of -OH and _OOH groups can be incorporated to a plurality of layers at the edges and basal plane of boron nitride nanodisks (BNND). The resultant OH/OH-boron nitride nanodisks show high long-term dispersibility in ethanol and an E_g reduced by 1.4 times as compared to pure hexagonal boron nitride. Since E_g is reduced after exfoliating and cutting hexagonal boron nitride, application of boron nitride to semiconductor electronics may play an important role in the field of semiconductor electronics.

Description

공유 기능화를 통해 질화붕소를 박리, 절단하여 질화붕소 나노디스크를 제조하는 방법 {Process for preparing Boron Nitride Nanodisk by exfoliation and cutting of boron nitride with covalent functionalization}Method for preparing boron nitride nanodisk by exfoliating and cutting boron nitride through covalent functionalization {Process for preparing Boron Nitride Nanodisk by exfoliation and cutting of boron nitride with covalent functionalization}

본 발명은 질화붕소 나노디스크의 제조방법에 관한 것으로, 개선된 허머스 방법(modified Hummer's method)를 통해 육방정-질화붕소를 산화시켜 -OH 기능화된 질화붕소 나노디스크를 제조하는 제1단계 및 상기 제1단계에서 수득한 -OH 기능화된 질화붕소 나노디스크를 펜톤 시약(Fenton's reagent) 처리하여 -OH 및 -OOH 기능화 시키는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 질화붕소 나노디스크에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a boron nitride nanodisk, comprising: a first step of oxidizing hexagonal-boron nitride through a modified Hummer's method to prepare a -OH functionalized boron nitride nanodisk; and a second step of treating -OH functionalized boron nitride nanodisks obtained in the first step with Fenton's reagent to functionalize them with -OH and -OOH. The present invention also relates to a boron nitride nanodisk manufactured by the above method.

그래파이트 (graphite)에서 그래핀 (graphene)을 성공적으로 얻은 2004년 이래로 지난 10년간 박리된 그래핀 나노시트의 대규모 생산이 큰 관심을 끌었다. 이는 뛰어난 물리적, 기계적, 화학적, 전자적 특성 (전하 운반체의 이동성은 약 200,000 cm2V-1s-1)으로 인해 태양 전지, 슈퍼 커패시터, 배터리, 센서 등을 포함한 그래핀 기반 장치의 성능을 동시에 향상시킨다. 그래핀의 잠재적 응용과 향상된 성능이 수많은 기술에서 두각을 나타내면서 최근 MoS2, 질화붕소 (BN), 금속 산화물 및 그래피틱 카본 나이트라이드 (g-C3N4) 등을 포함한 그래핀과 유사한 2D 신소재의 개발이 많은 관심을 받고 있다. The large-scale production of exfoliated graphene nanosheets has attracted great attention in the past decade, since 2004, when graphene was successfully obtained from graphite. This simultaneously improves the performance of graphene-based devices, including solar cells, supercapacitors, batteries, sensors, etc., due to their excellent physical, mechanical, chemical and electronic properties (the mobility of charge carriers is about 200,000 cm 2 V −1 s −1 ). make it As graphene's potential applications and improved performance have emerged in numerous technologies, the recent development of graphene-like 2D materials including MoS 2 , boron nitride (BN), metal oxides, and graphene carbon nitride (gC 3 N 4 ) This is getting a lot of attention.

이러한 2D 나노소재 중에서 백색 그래핀이라고 불리며 그래핀과 등가구조인 육방정 질화붕소 (h-BN)는 그래핀을 대체하는 퍼스트 초이스이다. 그래핀과 달리, 탄소 원자는 육방정 질화붕소의 sp2 혼성화 2D층에서 붕소 (B)와 질소 (N) 원자로 대체된다. 또한, 그래핀의 C-C 결합의 공유 특성과 비교하여 육방정 질화붕소의 B-N 결합의 부분적 이온 특성은 육방정 질화붕소가 높은 열저항상과 화학적 불활성을 갖게 한다. 그럼에도 불구하고 시트 수가 많은 순수 육방정 질화붕소 (밴드 갭, E g = 4-6 eV)의 절연 특성은 전기 전도도와 촉매 활성도가 중요한 전자 장치 및 광전자 장치에서의 적용을 제한한다. 따라서 질화붕소의 물리적, 화학적 성질을 변경하지 않고 육방정 질화붕소의 박리에 의해 단층 질화붕소 (BN) 시트 또는 층이 거의 없는 질화붕소 나노시트 (BNNS), 질화붕소 나노판 및 질화붕소 나노디스크 (BNND)의 제조가 상당히 중요하다.Among these 2D nanomaterials, hexagonal boron nitride (h-BN), which is called white graphene and has an equivalent structure to graphene, is the first choice to replace graphene. Unlike graphene, carbon atoms are replaced by boron (B) and nitrogen (N) atoms in the sp 2 hybridized 2D layer of hexagonal boron nitride. In addition, the partial ionic property of the BN bond of hexagonal boron nitride compared to the covalent property of the CC bond of graphene makes the hexagonal boron nitride have a high thermal resistance phase and chemical inertness. Nevertheless, the insulating properties of pure hexagonal boron nitride (bandgap, E g = 4-6 eV) with high sheet count limit its application in electronic and optoelectronic devices where electrical conductivity and catalytic activity are important. Therefore, single-layered boron nitride (BN) sheets or little-layered boron nitride nanosheets (BNNS), boron nitride nanoplatelets and boron nitride nanodisks ( BNND) is of great importance.

현재까지 질화붕소나노시트의 제조는 전기 화학, 이온 삽입, 열수, 개선된 허머스 방법 (modified Hummer's method) 및 기계적 방법을 포함한 다양한 방법을 사용하여 육방정 질화붕소를 박리하며 광범위하게 연구되어 왔으며 Li의 논문에 따르면 아르곤 플라즈마 처리로 질화붕소 나노디스크를 마련했다. 이러한 방법 중 일부는 다른 작용기/해테로 원자 도펀트 (예: -OH, -NH2, C 등)가 있는 몇 개의 층이나 단층의 질화붕소를 가진 질화붕소 나노시트를 성공적으로 합성할 수 있다. 특히 질화붕소의 기저면 또는 가장자리에 -OH를 접목하면 광학 Eg를 감소시켜 전자 및 광전자 장치에 질화붕소를 적용할 수 있다. 또한 -OH 기능화는 극성 용매에서 질화붕소의 분산성 증가시키며 이는 재현 가능하고 개선된 장치 성능을 위한 높은 균질성을 가진 기판의 제조에 중요하다. To date, the preparation of boron nitride nanosheets has been extensively studied by exfoliating hexagonal boron nitride using various methods including electrochemical, ion insertion, hydrothermal, modified Hummer's method, and mechanical methods. According to the paper of , a boron nitride nanodisk was prepared by argon plasma treatment. Some of these methods can successfully synthesize boron nitride nanosheets with several or monolayers of boron nitride with different functional groups/heteroatomic dopants (eg -OH, -NH 2 , C, etc.). In particular, if -OH is grafted to the base surface or edge of boron nitride, the optical E g can be reduced, so that boron nitride can be applied to electronic and optoelectronic devices. In addition, -OH functionalization increases the dispersibility of boron nitride in polar solvents, which is important for the preparation of substrates with high homogeneity for reproducible and improved device performance.

음전하 하이드록실 이온 (-OH)은 질화붕소의 가장자리에서 전자가 부족한 B 사이트에 쉽게 공유 결합될 수 있다. 질화붕소의 기저면의 결손 부위에서 자연적으로 발생하는 B 라디칼 (B)도 하이드록실 라디칼 (HO)의 공유 결합을 유도할 수 있다. 이러한 HO는 B와 함께 질화붕소의 가장자리에 공유 결합할 수 있으며 이는 B-N 결합의 균형 분해로 인해 생성될 수 있다. OH-질화붕소는 matrix filling 및 생물학적 공정에 직접 적용될 수 있다. 또한 -OH 작용기는 복잡한 질화붕소 나노시트 또는 질화붕소 나노디스크 파생물의 설계와 합성을 가능하게 하는 OH-질화붕소의 추가 수정을 위한 개시제 역할을 할 수 있다.Negatively charged hydroxyl ions (-OH) can easily covalently bond to electron-poor B sites at the edge of boron nitride. B radicals (B ● ) naturally occurring at the defect site of the basal surface of boron nitride can also induce covalent bonding of hydroxyl radicals (HO ● ). These HO can covalently bond to the edge of boron nitride together with B ● , which can be generated due to balanced decomposition of the BN bond. OH-boron nitride can be directly applied to matrix filling and biological processes. In addition, the -OH functional group can serve as an initiator for further modification of OH-boron nitride, enabling the design and synthesis of complex boron nitride nanosheets or boron nitride nanodisc derivatives.

따라서 NaOH 보조 볼 밀링, 증기 처리, 유기 과산화물 및 플라즈마 방법을 이용한 용액-상 방법 등 OH-질화붕소 제조에 대한 많은 시도가 입증되었다. 보고된 이 모든 방법은 -OH 그룹으로 질화붕소를 성공적으로 기능화할 수 있다. 그러나 이들 중 대부분은 -OH 그룹의 비율이 높은 OH-질화붕소의 제조에는 효과적이지 않다. 예를 들어, NaOH를 사용하는 용액-상 방법은 OH-질화붕소에서 산소의 6.4 wt%만 생산할 수 있다. 다시 말하자면, 이러한 방법들 중 일부는 고비용, 고온이 필요하여 대규모 생산에는 적합하지 않다. Therefore, many attempts have been demonstrated for the preparation of OH-boron nitride, including NaOH-assisted ball milling, vapor treatment, and solution-phase methods using organic peroxide and plasma methods. All of these reported methods can successfully functionalize boron nitride with -OH groups. However, most of them are not effective for the preparation of OH-boron nitride having a high proportion of -OH groups. For example, a solution-phase process using NaOH can only produce 6.4 wt % of oxygen in OH-boron nitride. In other words, some of these methods are expensive and require high temperatures, making them unsuitable for large-scale production.

따라서 높은 비율의 -OH 작용기를 갖는 OH-질화붕소 나노시트 및 OH-질화붕소 나노디스크의 제조를 위한 확장 가능한 솔루션 공정 합성 방법의 개발이 매우 바람직하다. 또한, 하이드로퍼옥실 (-OOH) 그룹을 사용한 질화붕소의 기능화는 매우 중요하다. 하이드로퍼옥실 라디칼 (OOH)이 생물학적으로 중요한 많은 반응에서 산화제로 작용할 수 있고 유기체를 산화 손상으로부터 보호할 수 있기 때문이다. 예를 들어, α-토코페롤, 지질 이중층 및 고도 불포화 지방산은 OOH 제거제 역할을 한다. 또한 최근 연구에 따르면 질화붕소가 특정 조건에서 생물학적 과정에 의해 분해될 수 있으며 B 원자를 방출하여 전립선 암 세포 사멸을 증가시키는 것으로 나타났다. 따라서 생체에 적합한 질화붕소나노시트 또는 -OOH 그룹 (OOH-질화붕소 나노시트 또는 OOH-질화붕소 나노디스크)가 있는 질화붕소 나노디스크의 기능하는 약물로서 질화붕소의 적용을 확대하여 OOH 라디칼에 의해 유발되는 산화 손상으로부터 유기체를 보호하고 전립선 암 치료를 위해 동시에 유기체를 보호할 수 있다. 이러한 OOH 및 B는 생물학적 과정을 통한 OOH-질화붕소의 분해에 의해 가역적 또는 비가역적으로 생성될 수 있으므로 추가적인 심층 조사가 필요하다. Therefore, it is highly desirable to develop a scalable solution process synthesis method for the production of OH-boron nitride nanosheets and OH-boron nitride nanodisks having a high proportion of -OH functional groups. In addition, the functionalization of boron nitride using hydroperoxyl (-OOH) groups is very important. To operate as a hydroperoxide oxyl radical (● OOH) the oxidizing agent in many important biological reactions and because it can protect an organism from oxidative damage. For example, α - tocopherol, the lipid bilayer and highly unsaturated fatty acids plays an OOH scavenger role. In addition, recent studies have shown that boron nitride can be degraded by biological processes under certain conditions and increases prostate cancer cell death by releasing B atoms. Therefore, a drug that acts in a boron nitride nano disc with a suitable boron nitride nanosheets or -OOH group (OOH- boron nitride nanosheet, boron nitride or OOH- nano disk) to a living body extend the application of the boron nitride by the radical OOH It can protect the organism from oxidative damage caused and at the same time protect the organism for the treatment of prostate cancer. These OOH and B can be produced reversibly or irreversibly by the decomposition of OOH-boron nitride through biological processes, so further in-depth investigation is required.

Li L H, Li L, Dai X J and Chen Y 2013 Mater. Lett. 106 409-12 Li L H, Li L, Dai X J and Chen Y 2013 Mater. Lett. 106 409-12

본 발명은 -OH 및 -OOH로 기능화된 질화붕소 나노디스크(BNND)를 생성하기 위해 육방정 질화붕소(h-BN)의 박리 및 공유 기능화를 위한 새로운 방법을 제공하고자 한다. 현재까지 -OH 및 하이드로퍼옥실 (-OOH) 그룹의 동시 기능화와 함께 질화붕소 나노디스크의 대규모 제조에 대한 발명은 보고된 바 없다.The present invention aims to provide a novel method for exfoliation and covalent functionalization of hexagonal boron nitride (h-BN) to produce boron nitride nanodiscs (BNND) functionalized with -OH and -OOH. To date, no invention has been reported on the large-scale preparation of boron nitride nanodisks with simultaneous functionalization of -OH and hydroperoxyl (-OOH) groups.

본 발명의 일 측면에 따라, 육방정-질화붕소를 기능화하고 박리 및 커팅을 수행하는, -OH 및 -OOH로 기능화된 질화붕소 나노디스크의 제조방법으로서, 개선된 허머스 방법(modified Hummer's method)를 통해 육방정-질화붕소를 산화시켜 -OH 기능화된 질화붕소 나노디스크를 제조하는 제1단계 및 상기 제1단계에서 수득한 -OH 기능화된 질화붕소 나노디스크를 펜톤 시약(Fenton's reagent) 처리하는 제2단계를 포함하는, 질화붕소 나노디스크의 제조방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention, as a method for producing a boron nitride nanodisk functionalized with -OH and -OOH, functionalizing hexagonal-boron nitride and performing exfoliation and cutting, a modified Hummer's method A first step of oxidizing hexagonal-boron nitride through -OH to prepare a boron nitride nanodisk, and a first step of treating the -OH functionalized boron nitride nanodisk obtained in the first step with Fenton's reagent There is provided a method of manufacturing a boron nitride nanodisk, comprising two steps.

본 발명의 박리 및 기능화 과정에는 2단계의 절차가 수반된다. 첫 번째 단계에서는 육방정 질화붕소(h-BN)에서 질화붕소 나노디스크(BNND)로의 박리에 개선된 허머스 방법을 사용하며 이는 낮은 비율의 -OH 그룹으로 질화붕소나노디스크의 기능화를 유도한다. 두 번째 단계는 펜톤 화학(Fenton's chemistry)을 사용하여 -OH 및 -OOH기가 기능화된 추가적인 박리와 기능화를 포함한다. The exfoliation and functionalization process of the present invention involves a two-step procedure. In the first step, the improved Hummus method is used for exfoliation from hexagonal boron nitride (h-BN) to boron nitride nanodisks (BNND), which leads to functionalization of boron nitride nanodisks with a low proportion of -OH groups. The second step involves further exfoliation and functionalization in which -OH and -OOH groups are functionalized using Fenton's chemistry.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1단계는According to an embodiment of the present invention, the first step is

a) 육방정-질화붕소와 산(acid)을 혼합하는 단계;a) mixing the hexagonal-boron nitride with an acid;

b) 상기 a) 단계의 결과물에 KMnO4를 첨가하는 단계; 및 b) adding KMnO 4 to the resultant of step a); and

c) 상기 b) 단계의 결과물에 H2O2를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. c) adding H 2 O 2 to the resultant of step b).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단계 a)의 산은 황산일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the acid in step a) may be sulfuric acid.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단계 c)의 반응 온도는 40~60oC일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the reaction temperature of step c) may be 40 ~ 60 o C.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 단계 c) 이후 원심분리, 여과 및 건조 단계가 추가될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, centrifugation, filtration and drying steps may be added after step c).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제2단계의 펜톤 시약은 수중 Fe2+ 및 H2O2의 혼합액일 수 있다. Fe2+ 및 H2O2의 비율은 바람직하게는 1 대 0.5~2이다.According to an embodiment of the present invention, the Fenton reagent in the second step may be a mixed solution of Fe 2+ and H 2 O 2 in water. The ratio of Fe 2+ and H 2 O 2 is preferably 1 to 0.5-2.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제2단계의 펜톤 시약 처리의 반응 온도는 20~40oC일 수 있다. 바람직하게는 20~30oC이다.According to an embodiment of the present invention, the reaction temperature of the Fenton reagent treatment in the second step may be 20 ~ 40 o C. Preferably it is 20-30 o C.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제2단계의 펜톤 시약 처리의 반응 시간은 24~96시간일 수 있다. 바람직하게는 36~60시간이다.According to an embodiment of the present invention, the reaction time of the Fenton reagent treatment in the second step may be 24-96 hours. Preferably it is 36 to 60 hours.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 제조방법으로 제조된, -OH 및 -OOH로 기능화된 질화붕소 나노디스크가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a boron nitride nanodisk functionalized with -OH and -OOH, prepared by the above manufacturing method.

본 발명의 제조방법을 통해 질화붕소 나노디스크(BNND)의 가장자리와 기저면에서 높은 비율의 -OH 및 -OOH 그룹이 여러 개의 층으로 통합될 수 있다. 생성된 OH/OH-질화붕소 나노디스크는 에탄올에서 높은 장기 분산 능력을 보이며 이는 또한 순수 육방정 질화붕소에 비해 Eg의 1.4배 감소를 보여준다. 육방정 질화붕소를 박리 및 커팅한 후의 Eg가 감소함으로 인해 반도체 전자제품 분야에서 질화붕소의 적용은 큰 역할을 할 것이다.Through the manufacturing method of the present invention, a high ratio of -OH and -OOH groups at the edge and the basal surface of the boron nitride nanodisk (BNND) can be incorporated into several layers. The resulting OH/OH-boron nitride nanodiscs show a high long-term dispersion capacity in ethanol, which also shows a 1.4-fold reduction in E g compared to pure hexagonal boron nitride. Due to the decrease in E g after exfoliation and cutting of hexagonal boron nitride, the application of boron nitride in the field of semiconductor electronics will play a large role.

도 1 (a) 개선된 허머스 방법에 의한 OH-질화붕소 나노디스크 합성의 도식. (b) 및 (c)는 순수 육방정 질화붕소 및 OH-질화붕소 나노디스크의 전계 방출 주사 전자 현미경 (FE-SEM) 이미지를 나타낸다.
도 2는 (a) OH/OOH-질화붕소 나노디스크 및 해당 (b) FE-SEM 이미지의 합성 회로도. (c)~(e)는 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에서 각각 B, N 및 O의 EDS 원소 매핑이다. (f) EDS 스펙트럼에서 측정 된 OH/OOH- 질화붕소 나노디스크에서 B, N 및 O의 원소 중량 %에 대한 막대 다이어그램이다.
도 3은 (a) 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 XRD 패턴 및 (b) 24~28 범위의 2θ 범위에서 해당 확대된 XRD 패턴. (c) 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 라만 스펙트럼 및 (d) 1300~1450 cm-1 범위의 해당 확대 라만 스펙트럼. (e) 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 스펙트럼이다.
도 4는 (a)~(c)는 각각 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH / OOH-질화붕소 나노디스크의 HR-TEM 이미지 ((a)~(c) 삽입물은 틴달(Tyndall) 광산란 효과 및 확대 보정을 보여준다. 각각 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 격자 무늬). 물질의 분산은 틴달 광산란 실험을 위해 에탄올에 준비되었다. (d) OH/OOH-질화붕소 나노디스크층의 단면 HR-TEM 이미지. (e) OH/OOH-질화붕소나노디스크의 선택 영역 회절 (SAED) 패턴. (f) 고확대 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 HR-TEM 이미지 및 (g) OH / OOH-질화붕소 나노디스크의 결정 구조에 대한 해당 도식이다.
도 5는 (a) 육방정 질화붕소, (b) OH-질화붕소 나노디스크 및 (c) OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 탭 모드 AFM 이미지, (d)~(f)는 각각의 높이 프로필이다.
도 6은 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 (a)~(c) B 1s, (d)~(f) N 1s 및 (g)~(i) O 1s에 대한 XPS 협소 스캔 스펙트럼을 나타낸다. 검은색 원과 음영 영역은 각각 실험 데이터와 적합 데이터를 나타낸다. 모든 XPS 플롯은 Fityk 소프트웨어 (버전 1.3.1)를 사용하여 Gaussian (70 %) 및 Lorentzian (30 %) (GL30) 함수를 조합한 Shirley 유형 배경 보정을 사용하여 피팅되었다.
도 7은 (a) 자외선-가시광 흡수 스펙트럼 (삽입된 Tauc 플롯) 및 (b) 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 에너지 레벨 다이어그램이다.
도 8은 (a) 2시간 동안 음파 처리로 제작된 OH/OOH-질화붕소 나노디스크 (1 mg ml-1) 의 1주 전후의 현탁액 사진, (b) 다른 용매에 분산된 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 Beer-Lambert 관계. 다양한 용매에서 표면 장력에 따른 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 최대 분산성 플롯. 용매의 표면 장력 및 (c) Hansen 용해도 매개 변수 (d)에 대한 여러 용매에서 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 최대 분산성 플롯이다.
1 is (a) Schematic of OH-boron nitride nanodisc synthesis by the improved Hummers method. (b) and (c) show field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) images of pure hexagonal boron nitride and OH-boron nitride nanodiscs.
Figure 2 is (a) OH/OOH-boron nitride nanodisk and the corresponding (b) FE-SEM image synthesis circuit diagram. (c) to (e) are EDS elemental mappings of B, N, and O in OH/OOH-boron nitride nanodiscs, respectively. (f) Bar diagrams for elemental weight % of B, N and O in OH/OOH-boron nitride nanodisks measured in EDS spectra.
3 shows (a) XRD patterns of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks, and OH/OOH-boron nitride nanodisks, and (b) corresponding enlarged XRD patterns in the 2θ range in the range of 24-28. (c) Raman spectra of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks and (d) corresponding enlarged Raman spectra in the range of 1300-1450 cm -1 . (e) Fourier transform infrared (FTIR) spectra of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks.
4 (a) to (c) are HR-TEM images of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks and OH / OOH-boron nitride nanodisks, respectively ((a) to (c) inserts are Tyndall ) shows the light scattering effect and magnification correction (lattice patterns of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks, respectively). A dispersion of the material was prepared in ethanol for Tyndall light scattering experiments. (d) Cross-sectional HR-TEM image of the OH/OOH-boron nitride nanodisc layer. (e) Selective area diffraction (SAED) pattern of OH/OOH-boron nitride nanodiscs. (f) HR-TEM image of the high-magnification OH/OOH-boron nitride nanodisk and (g) the corresponding schematic of the crystal structure of the OH/OOH-boron nitride nanodisk.
5 is a tap mode AFM image of (a) hexagonal boron nitride, (b) OH-boron nitride nanodisk, and (c) OH/OOH-boron nitride nanodisk, (d) to (f) are the respective height profiles. to be.
6 shows (a) to (c) B 1s, (d) to (f) N 1s and (g) to (i) of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks, and OH/OOH-boron nitride nanodisks. ) represents the XPS narrow scan spectrum for O 1s. Black circles and shaded areas represent experimental data and fitted data, respectively. All XPS plots were fitted using a Shirley type background correction combining Gaussian (70%) and Lorentzian (30%) (GL30) functions using Fityk software (version 1.3.1).
7 is (a) ultraviolet-visible absorption spectrum (inset Tauc plot) and (b) energy level diagrams of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks.
8 is (a) OH/OOH-boron nitride nanodiscs (1 mg ml -1 ) prepared by sonication for 2 hours, suspension photos before and after 1 week, (b) OH/OOH-nitridation dispersed in other solvents Beer-Lambert relationship of boron nanodisks. Plot of maximum dispersibility of OH/OOH-boron nitride nanodisks as a function of surface tension in various solvents. Plots of maximum dispersibility of OH/OOH-boron nitride nanodisks in different solvents for (c) Hansen solubility parameters (d) and surface tension of solvents.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 오히려, 여기서 소개되는 내용이 철저하고 완전해지고, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제공하는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto. Rather, the content introduced herein is thorough and complete, and is provided to sufficiently convey the spirit of the present invention to those of ordinary skill in the art.

1. 실험1. Experiment

1.1. 물질 및 시약1.1. Substances and reagents

순수 육방정 질화붕소 (순도 99.5 %, ~325 메쉬)은 Alfa Aesar (Ward Hill, Massachusetts, USA)에서 구입하였다. 황산 (H2SO4) (98 %), 과망간산칼륨 (KMnO4) (순도

Figure pat00001
99.0 %), 과산화수소 (H2O2) (수water 중 30 중량%) 및 철(II) 황산7수화물 (FeSO4)·7H2O) (순도
Figure pat00002
99.0 %)는 Sigma-Aldrich (미국 미주리 주 세인트 루이스)에서 구매했다. 모든 화학 물질과 시약은 별도의 추가 정제없이 사용되었다. 실험에 초순수 (18MΩ·cm)가 사용되었으며, 실험은 Millipor Milli-Q Biocell 정수 시스템 (독일 다름슈타트 소재 머크)으로 제작되었다. 이 실험에 사용된 모든 용매는 시약 등급이며 추가 정제없이 사용되었다.Pure hexagonal boron nitride (99.5% purity, ~325 mesh) was purchased from Alfa Aesar (Ward Hill, Massachusetts, USA). sulfuric acid (H 2 SO 4 ) (98%), potassium permanganate (KMnO 4 ) (purity)
Figure pat00001
99.0 %), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) ( 30% by weight in water ) and iron(II) sulfate heptahydrate (FeSO 4 ) 7H 2 O) (purity)
Figure pat00002
99.0%) were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, Missouri, USA). All chemicals and reagents were used without further purification. Ultrapure water (18MΩ·cm) was used in the experiment, and the experiment was manufactured with a Millipor Milli-Q Biocell water purification system (Merck, Darmstadt, Germany). All solvents used in these experiments were reagent grade and were used without further purification.

1.2. 장비1.2. equipment

XRD (D8 Advance, Bruker, Germany)에 의해 물질의 결정학적 위상을 40kV의 가속 전압으로 Cu K α 방사선 (λ = 1.5406Å)을 사용하여 분석했다. 라만 스펙트럼 (Horiba Scientific, XploRA PLUS, France)은 주변 온도에서 레이저 여기 파장이 532 nm인 상태에서 얻었다. EDS (INCAx-sight 7421, Oxford Instruments)와 결합된 FE-SEM (JSM-7610 F/JEOL)을 사용하여 각각 샘플의 형태와 요소를 특성화했다. 또한 재료의 형태와 SAED 패턴은 HR-TEM (G2 F20, Tecnai, Japan)에 의해 조사되었다. 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 지형과 두께는 비접촉 모드에서 AFM (Nanoscope (R) IIIA)을 사용하여 추가로 평가되었다. 샘플의 작용기는 Al-Kα를 단색 X-선 선원으로 사용하는 XPS (Thermo Scientific™, Thermo Fisher Scientific, UK)에 의해 특성화되었다. TGA (TAN-1000, USA) 플롯은 N2 대기 하에서 10oC min-1의 가열 속도에서 50~600oC의 온도 범위에서 결정되었다. 샘플의 광학 흡수 스펙트럼은 자외선-가시광 광도계 (Lambda 35, Perkin Elmer, USA)로 조사되었다. FTIR 분광법 (Nicolet iS5)을 사용하여 500~4000 cm-1의 파수 범위에서 샘플의 기능 그룹을 특성화했다.The crystallographic phase of the material was determined by XRD (D8 Advance, Bruker, Germany) with an accelerating voltage of 40 kV Cu K α was analyzed using radiation (λ = 1.5406 Å). Raman spectra (Horiba Scientific, XploRA PLUS, France) were obtained at ambient temperature with a laser excitation wavelength of 532 nm. FE-SEM (JSM-7610 F/JEOL) combined with EDS (INCAx-sight 7421, Oxford Instruments) was used to characterize the morphology and elements of each sample. In addition, the material morphology and SAED pattern were investigated by HR-TEM (G2 F20, Tecnai, Japan). The topography and thickness of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks were further evaluated using AFM (Nanoscope (R) IIIA) in non-contact mode. The functional groups of the samples were characterized by XPS (Thermo Scientific™, Thermo Fisher Scientific, UK) using Al-K α as a monochromatic X-ray source. TGA (TAN-1000, USA) plots were determined in the temperature range of 50-600 o C at a heating rate of 10 o C min -1 under N 2 atmosphere. The optical absorption spectrum of the sample was investigated with an ultraviolet-visible photometer (Lambda 35, Perkin Elmer, USA). FTIR spectroscopy (Nicolet iS5) was used to characterize the functional groups of the samples in the wavenumber range of 500-4000 cm -1 .

1.3. 질화붕소 나노디스크의 합성 및 기능화1.3. Synthesis and functionalization of boron nitride nanodiscs

첫 번째 단계에서 육방정 질화붕소는 개선된 허머스 방법에 따라 박리되었다. 간단히 말해서, H2SO4 (50 mL) 용액에 육방정-질화붕소 (2 g)의 현탁액을 빙욕에서 2시간 동안 마그네틱 봉으로 교반하여 준비했다. 그 다음, KMnO4 1 g을 교반하면서 천천히 첨가하고, 12시간 동안 교반하였다. 이어서, H2O2 (8 mL)를 교반하면서 혼합물에 첨가했다. 혼합물을 50oC에서 10시간 더 교반하여 OH-질화붕소 나노디스크를 형성했다. 생성된 혼합물을 10000 rpm에서 15분 동안 원심 분리하고, 물의 pH가 7에 도달할 때까지 물을 사용하여 반복적으로 원심 분리했다. OH-질화붕소 나노디스크를 여과로 수집하고 진공 오븐에서 80oC에서 24시간 동안 건조했다.In the first step, hexagonal boron nitride was exfoliated according to the improved Hummers method. Briefly, a suspension of hexagonal-boron nitride (2 g) in H 2 SO 4 (50 mL) solution was prepared by stirring with a magnetic rod for 2 hours in an ice bath. Then, 1 g of KMnO 4 was slowly added with stirring, followed by stirring for 12 hours. H 2 O 2 (8 mL) was then added to the mixture with stirring. The mixture was further stirred at 50 o C for 10 hours to form OH-boron nitride nanodiscs. The resulting mixture was centrifuged at 10000 rpm for 15 minutes and centrifuged repeatedly with water until the pH of the water reached 7. The OH-boron nitride nanodisks were collected by filtration and dried in a vacuum oven at 80 ° C for 24 h.

합성의 두 번째 단계에서 준비된 OH-질화붕소 나노디스크 (1 g)를 플라스크에서 25 mL 펜톤 시약 (물에서의 Fe2+ : H2O2 =1:1)과 혼합했다. 혼합물을 25oC에서 48시간 동안 교반하였다. 이것은 -OH 및 -OOH 그룹으로 질화붕소 나노디스크의 기능화를 가능하게 했다. 그 다음, 혼합물을 분리형 깔때기로 옮기고, 용액이 pH 7에 도달할 때까지 반복적으로 물로 세척하고 원심분리를 반복했다. 침전물을 여과로 수집하고 진공 상태에서 80oC에서 건조시켰다.The OH-boron nitride nanodiscs (1 g) prepared in the second step of the synthesis were mixed with 25 mL Fenton's reagent (Fe 2+ in water : H 2 O 2 =1:1) in a flask. The mixture was stirred at 25 ° C for 48 h. This enabled the functionalization of boron nitride nanodisks with -OH and -OOH groups. The mixture was then transferred to a separatory funnel, repeatedly washed with water and centrifuged until the solution reached pH 7. The precipitate was collected by filtration and dried in vacuo at 80 °C.

2. 결과 2. Results

도 1 (a)는 개선된 허머스 방법에 의한 육방정 질화붕소의 OH-질화붕소 나노디스크로의 합성 및 박리 메커니즘의 개략도를 보여준다. H2SO4를 추가한 후 H+는 육방정 질화붕소에서 N 원자의 단일 쌍 전자와의 배위 상호 작용을 통해 육방정 질화붕소층으로 쉽게 삽입될 수 있다. H+가 육방정 질화붕소층으로 쉽게 삽입되는 것은 수소 이온의 이온 반지름 (r) (

Figure pat00003
= 0.037 nm) 에 비해 육방정 질화붕소층 사이의 층간 거리(0.33 nm)가 훨씬 더 높기 때문일 수 있다. 이를 통해 육방정 질화붕소 층의 확장이 가능했고 더 큰 SO4 2- 이온(
Figure pat00004
= 0.258 nm)의 삽입이 가능해졌다. 삽입된 H+ 및 SO4 2-는 KMnO4 를 추가한 후 육방정 질화붕소층으로 K + (
Figure pat00005
= 0.138 nm) 및 MnO4 - (
Figure pat00006
= 0.229 nm)의 삽입을 촉진한다. 이온 삽입 외에도 KMnO4는 H2SO4 와 쉽게 반응하여 O2 가스의 발생으로 MnO2 를 형성하여 반응 1을 유발할 수 있다: Figure 1 (a) shows a schematic diagram of the synthesis and exfoliation mechanism of hexagonal boron nitride into OH-boron nitride nanodisks by the improved Hummers method. After adding H 2 SO 4 , H + can be easily inserted into the hexagonal boron nitride layer through coordination interactions with single pair electrons of N atoms in the hexagonal boron nitride. The easy insertion of H + into the hexagonal boron nitride layer is due to the hydrogen ion's ionic radius (r) (
Figure pat00003
= 0.037 nm), which may be because the interlayer distance (0.33 nm) between the hexagonal boron nitride layers is much higher. This allowed the expansion of the hexagonal boron nitride layer and the larger SO 4 2- ion (
Figure pat00004
= 0.258 nm). The intercalated H + and SO 4 2- are added to the hexagonal boron nitride layer after adding KMnO 4 K + (
Figure pat00005
= 0.138 nm) and MnO 4 - (
Figure pat00006
= 0.229 nm). In addition to ion insertion, KMnO 4 can readily react with H 2 SO 4 to form MnO 2 with the generation of O 2 gas to trigger Reaction 1:

반응 1: 2H2SO4 + 4 KMnO4 = 2K2SO4 + 4 MnO2 + 3O2 + 2 H2O Reaction 1: 2H 2 SO 4 + 4 KMnO 4 = 2K 2 SO 4 + 4 MnO 2 + 3O 2 + 2 H 2 O

MnO2의 형성은 육방정 질화붕소의 색상이 흰색에서 진한 회색으로 바뀐 것에서 뚜렷이 나타나며 [S1 (stacks.iop.org/NANO/31/425604/mmedia에서 온라인으로 제공)], 이는 이전 보고서와 일치한다. 육방정 질화붕소층에 MnO2가 형성되면 육방정 질화붕소층의 재적층을 방해하고 디스크 층 수가 적은 질화붕소 나노디스크를 형성할 수 있다. 더욱이, O2 가스의 진화는 외부로 밀어내는 힘을 유도할 수 있으며 이는 아마도 육방정 질화붕소의 추가 박리를 가속화할 수 있다. H2O2에 의해 유도된 질화붕소 나노디스크로부터 MnO2 의 분리 및 분해는 반응 2에 따라 발생할 수 있다: The formation of MnO 2 is evident in the color change of the hexagonal boron nitride from white to dark gray [S1 (available online at stacks.iop.org/NANO/31/425604/mmedia)], which is consistent with previous reports. . When MnO 2 is formed in the hexagonal boron nitride layer, the re-stacking of the hexagonal boron nitride layer may be prevented and boron nitride nanodisks having a small number of disk layers may be formed. Moreover, the evolution of O 2 gas may induce an outward repulsive force, which may possibly accelerate further exfoliation of the hexagonal boron nitride. Separation and decomposition of MnO 2 from boron nitride nanodisks induced by H 2 O 2 can occur according to Reaction 2:

반응 2: MnO2 + 2H+ + H2O2 = 2H2O + Mn2+ + O2 Reaction 2: MnO 2 + 2H + + H 2 O 2 = 2H 2 O + Mn 2+ + O 2

교반하면서 50oC에서 H2O2로 MnO2를 제거하는 동안 H2O2는 부분적으로 분해되어 라디칼을 형성할 수 있다. 이러한 반응성 라디칼은 질화붕소 나노디스크의 가장자리에 있는 B-N 결합의 B 원자를 쉽게 공격할 수 있으며 이는 B-N결합의 균일 분해를 유도하고 N 라디칼과 함께 B-OH 공유 결합을 생성할 수 있다. 이는 질화붕소나노디스크의 육방정형 링을 열 수 있어 B 사이트에서 추가 HO 공격에 의해 촉진되는 -OH 기능화로 질화붕소 나노디스크층의 절단을 동시에 용이하게 한다. 반면 B-N 결합의 B 위치에서 HO 공격 후에 형성된 N 은 수용액에서 형성되는 즉시 H+와 결합하여 쉽게 비활성화될 수 있다. 자연적으로 발생하는 자유 B 는 질화붕소 나노디스크의 결손 사이트 (기저 평면)애도 존재한다. 따라서 HO 는 질화붕소 나노디스크 평면의 결손 사이트에서 B 와 공유 결합할 수도 있다. 이는 자유 B 근처의 평면에서 B 사이트의 추가 자유 라디칼 공격에 의해 유도된 층의 추가 절단을 용이하게 한다. 이 개선된 허머스 방법에 따른 질화붕소 나노디스크의 기능화는 가장자리 또는 평면에서 상당히 높은 비율의 -OH 작용기를 통합하는 데에 효과적이지 않을 것으로 예상된다. 이는 대부분의 H2O2가 MnO2 분해에 사용될 수 있기 때문이다. 따라서 소량의 HO 가 기능화에 관여할 수 있다. While removing MnO 2 with H 2 O 2 at 50 o C with stirring, H 2 O 2 may be partially decomposed to form radicals. These reactive radicals can easily attack the B atom in the BN combined at the edge of the boron nitride nano disk, which leads to degradation of uniform BN bonds and N It can form B-OH covalent bonds with radicals. This can open the hexagonal ring of the boron nitride nanodisk, so additional HO at the B site -OH functionalization promoted by attack simultaneously facilitates cleavage of the boron nitride nanodisc layer. HO ●, while in the B position of the BN bond N formed after the attack As soon as silver is formed in aqueous solution, it can be easily deactivated by binding with H + . Naturally Occurring Freedom B is also present at the defect site (basal plane) of the boron nitride nanodisk. Therefore, HO Is B in deficient sites of boron nitride nano disc plane may be covalently bound to This facilitates further cleavage of the layer induced by further free radical attack of the B site in the plane near the free B ●. Functionalization of boron nitride nanodisks according to this improved Hummers method is not expected to be effective in incorporating a significantly high proportion of -OH functional groups at the edges or planes. This is because most H 2 O 2 can be used for MnO 2 decomposition. Therefore, a small amount of HO may be involved in functionalization.

육방정 질화붕소 및 OH-질화붕소 나노디스크의 FE-SEM 이미지는 각각 그림 1 (b)과 (c)에 나타나 있다. 이는 육방정 질화붕소가 비교적 큰 백점을 가지고 있으며 박리가 된 후 OH-질화붕소 나노디스크에서 크기가 상당 부분 축소되었음을 나타낸다. 이는 약 200~550 nm 범위의 나노 디스크 평균 크기로 줄어든 육방정 질화붕소의 성공적인 박리를 보여준다. B (39.11 wt%), N (47.46 wt %) 및 O (13.42 wt%)의 에너지 분산형 X-선 분광법 (EDS) 스펙트럼과 원소 매핑 (S2)은 개선MHM 방법에 의해 -OH작용기를 갖는 질화붕소나노디스크의 기능화에 기인한다. -OOH 작용기의 통합과 함께 추가 -OH 기능화는 Fenton 시약 (FR)에 의해 생성되었다. -OOH 작용기의 통합과 함께 추가 -OH 작용 화는 Fenton 시약 (FR)에 의해 생성되었다. FR에서 H2O2에 의해 유도된 Fe2+의 산화 환원 반응은 OH-, HO , HOO 및 양성자 (H+)를 쉽게 생성할 수 있는 반면, H2O2는 반응 3-4에서 설명한 바와 같이 HO 및 HOO 라디칼을 불균형하게 생성할 수 있다. 또한 H2O는 반응 6에 따라 교반시 Fe2+/Fe3+의 존재하에 HO 및 H 의 관련 라디칼과 함께 H+, OH-, H2 및 O2 가스로 분해될 수 있다. FE-SEM images of hexagonal boron nitride and OH-boron nitride nanodisks are shown in Figs. 1 (b) and (c), respectively. This indicates that hexagonal boron nitride has a relatively large white point, and the size of the OH-boron nitride nanodisk is significantly reduced after exfoliation. This shows the successful exfoliation of hexagonal boron nitride reduced to an average nanodisk size in the range of about 200 to 550 nm. Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) spectra and elemental mapping (S2) of B (39.11 wt %), N (47.46 wt %) and O (13.42 wt %) were improved by MHM method for nitration with -OH functional groups This is due to the functionalization of boron nanodisks. Further -OH functionalization along with the incorporation of the -OOH functional group was generated by Fenton reagent (FR). Further -OH functionalization along with the incorporation of the -OOH functional group was generated by the Fenton reagent (FR). The redox reaction of Fe 2+ induced by H 2 O 2 in FR is OH-, HO , HOO On the other hand, and that can easily generate a proton (H +), H 2 O 2 is HO, as described in reaction 3-4 and HOO It can produce radicals disproportionately. In addition the presence of agitated when Fe 2+ / Fe 3+ according to the reaction H 2 O is 6 HO and H It can be decomposed into H + , OH - , H 2 and O 2 gases together with the associated radicals.

반응 3: Fe2+ (aq.) + H2O2 (aq.) Fe3+ (aq.) + HO + OH - Reaction 3: Fe 2+ (aq.) + H 2 O 2 (aq.) Fe 3+ (aq.) + HO + OH -

반응 4: Fe3+ (aq.) + H2O2 (aq.) Fe2+ (aq.) + HOO + H+ Reaction 4: Fe 3+ (aq.) + H 2 O 2 (aq.) Fe 2+ (aq.) + HOO + H +

반응 5: 2 H2O2 (aq.) HO + HOO + H2O Reaction 5: 2 H 2 O 2 (aq.) HO + HOO + H 2 O

반응 6: H2O H+ + OH- + H2 + O2 + HO + H Reaction 6: H 2 O H + + OH - + H 2 + O 2 + HO + H

그림 2 (a)는 FR을 사용하여 더 작은 나노 디스크로 OH-질화붕소 나노디스크의 추가 -OH 및 -OOH 기능화 및 절단의 개략도를 보여준다. 펜톤 시약을 추가한 후, OH- 이온은 배위 공유 상호 작용을 통해 전자가 부족한 B 원자와 주로 반응하고 OH-질화붕소 N의 가장자리에 부착할 수 있으며 OH-는 OH-질화붕소 나노디스크의 경미한 절단 반응을 유도할 수 있어 더 작은 크기의 OH-질화붕소 나노디스크를 얻는 데 유리하다. 또한 펜톤 시약에서 생성된 HO 및 HOO 모두 가장자리에 있는 B-N결합의 B 원자 및 OH-질화붕소 나노디스크의 기저면 결손 부위에 있는 기존 B 와 반응할 수 있다. 기저면의 결손 부위에있는 기존 B 를 공격하는 HO 및 HOO 라디칼은 공유 결합을 통해 직접 부착할 수 있다. Figure 2(a) shows a schematic diagram of further -OH and -OOH functionalization and cleavage of OH-boron nitride nanodisks into smaller nanodisks using FR. After addition of Fenton's reagent, OH - ions react mainly with electron-poor B atoms through coordinating covalent interactions and can attach to the edge of OH - boron nitride N, and OH - OH - minor cleavage of OH-boron nitride nanodisks Since it can induce a reaction, it is advantageous to obtain a smaller-sized OH-boron nitride nanodisk. In addition, existing in the HO B and B atoms in the HOO BN combination in both edge and basal plane defect of OH- boron nitride nano disc generated by the Fenton's reagent can react with HO and HOO radicals attacking the existing B ● in the defect site of the basal surface can be directly attached through a covalent bond.

한편, 가장자리에서 공격하는 자유 라디칼은 B-N 결합의 균일 분해를 유도하고 N 라디칼과 함께 B-OH 및 B-OOH 결합을 생성한다. 이는 펜톤 시약에서 H+ 또는 H 와 결합하여 쉽게 비활성화될 수 있다. B-N 결합의 균일 분해는 OH-질화붕소 나노디스크의 육방정형 고리를 추가로 열 수 있으며, 동시에 내부 B 위치에서 추가 자유 라디칼 공격에 의해 유도되는 -OH 및 -OOH 기능화를 통해 OH-질화붕소 나노디스크의 추가 절단을 촉진한다.On the other hand, free radicals attacking at the edge induce homogeneous decomposition of the BN bond and form B-OH and B-OOH bonds together with the N ● radical. It can be easily inactivated by binding with H + or H in Fenton's reagent. Homogeneous dissociation of the BN bond could further open the hexagonal ring of the OH-boron nitride nanodisk, while at the same time OH-boron nitride nanodisk through -OH and -OOH functionalization induced by additional free radical attack at the inner B position. further cleavage of

동시에, OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 디스크 층의 크기와 수가 감소했으며 평균 크기가 약 200 nm로 FE-SEM 이미지 (도 2 (b))에서 분명히 나타난다. 도 2 (c)~(e)는 각각 34.35%, 35.15% 및 30.51%의 원자 중량(%)으로 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에서 B, N 및 O의 EDS 원소 매핑을 보여준다.(그림 2(f)). 해당 EDS 스펙트럼은 S3에 나타나 있다. 이는 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 경우 OH-질화붕소 나노디스크의 색상이 흰색에서 연한 황색으로 바뀌면서 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 성공적인 합성을 시사한다 (S1). At the same time, the size and number of disk layers of the OH/OOH-boron nitride nanodisks decreased and the average size was about 200 nm, evident in the FE-SEM image (Fig. 2(b)). Figures 2(c)-(e) show the EDS elemental mapping of B, N and O in OH/OOH-boron nitride nanodisks with atomic weights (%) of 34.35%, 35.15% and 30.51%, respectively (Fig. 2). (f)). The corresponding EDS spectrum is shown in S3. In the case of OH/OOH-boron nitride nanodisks, the color of OH-boron nitride nanodisks changes from white to pale yellow, suggesting successful synthesis of OH/OOH-boron nitride nanodisks (S1).

도 3 (a)는 20o~80o의 2θ각도 범위에서 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 x-ray 회절 (XRD) 패턴을 나타내고, 도 3 (b)는 24o~28o에서 2θ 각도 범위에서 XRD 패턴을 보여준다. 육방정 질화붕소는 41.64o, 50.10o 55.15o의 2θ 각도에서 다른 특징적인 회절 피크와 함께 26.78o의 2θ에서 주요 특성 XRD 피크를 보여준다. 이들은 각각 육방정 질화붕소의 (002), (100), (102) 및 (004) 결정 평면에 지정될 수 있다. 육방정 질화붕소가 OH-질화붕소 나노디스크로 박리 및 기능화한 뒤, (002) 결정면의 특성 회절은 2θ 각도가 26.62o인 낮은 각도로 이동되었다. 3 (a) is 20 o ~ 80 o 2 θ angle range indicates in the hexagonal boron nitride, x-ray diffraction (XRD) pattern of nano-OH- boron nitride disk and the OH / OOH- boron nitride nano disc of FIG. 3 (b) shows the XRD pattern from the angle θ 2 in a range 24 o ~ 28 o. Hexagonal boron nitride is 41.64 o , 50.10 o and At 2 θ angle of 55.15 o with different characteristic diffraction peaks shows the main characteristic XRD peaks at 2 θ of 26.78 o. They can be assigned to the (002), (100), (102) and (004) crystal planes of hexagonal boron nitride, respectively. Hexagonal boron nitride and then the peeling and OH- functionalized with boron nitride nano disc (002) crystal face diffraction of the characteristic was shifted to a low angle of 2 θ angle of 26.62 o.

XRD 피크의 이러한 이동은 OH-질화붕소 나노디스크의 기저면의 가장자리 및 결손 부위에서 -OH 기능화에 의해 유도된 격자 매개 변수/단위 세포 부피의 증가에 기인할 수 있다. 이 회절 피크는 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에 대해 2θ 각도가 26.27o인 낮은 각도로 더 이동하여 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 기능화 및 형성을 개선하여 격자 매개 변수/단위 세포 부피가 추가로 증가함을 나타냈다. 육방정 질화붕소 (002) 회절 평면의 최대 절반 (FWHM)의 전체 폭은 약 0.43o로, OH-질화붕소나노디스크의 경우 약 0.68o로 증가하여, 육방정 질화붕소의 두께 감소 및 OH-질화붕소 나노디스크 나노 구조의 형성을 나타낸다. OH/OOH-질화붕소 나노디스크에 대한 FWHM의 추가 증가 (약 0.87o)는 층 수의 감소와 함께 OH-질화붕소 나노디스크의 추가 박리를 나타낸다. OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 XRD 패턴은 추가 피크를 나타내지 않아 고순도로 합성에 성공했음을 보여준다. This shift of the XRD peak can be attributed to the increase in lattice parameters/unit cell volume induced by -OH functionalization at the edge and defect sites of the basal plane of OH-boron nitride nanodiscs. The diffraction peak is OH / OOH- boron nitride nano for disk 2 θ angle is further moved to the 26.27 o a low angle to OH / OOH- to improve the formation and functionalization of the boron nitride nano disk lattice parameter / unit cell volume is showed a further increase. The overall width of the maximum half (FWHM) of the hexagonal boron nitride (002) diffraction plane increased to about 0.43 o and to about 0.68 o for the OH-boron nitride nanodisk, reducing the thickness of the hexagonal boron nitride and OH-nitriding. The formation of boron nanodisc nanostructures is shown. A further increase in FWHM for OH/OOH-boron nitride nanodisks (about 0.87 o ) indicates further delamination of OH-boron nitride nanodisks with a decrease in the number of layers. The XRD patterns of OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks did not show additional peaks, indicating that the synthesis was successful with high purity.

도 3 (c)에서 나타난 것과 같이 500~1800 cm - 1에서 라만 분광법으로 육방정 질화붕소 나노디스크, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 결정 구조와 작용기를 추가로 분석했다. 그림 3(d) 1300~1450 cm - 1의 파수 범위에서 확대된 라만 스펙트럼을 보여준다. 모든 재료는 높은 강도의 평면 내에서 B-N 결합 진동 및 포논 분산으로 인해 E2g 포논 모드를 나타낸다. 이는 모든 재료가 높은 결정성을 가지고 있음을 나타낸다. 육방정 질화붕소의 E2g 밴드는 약 1382.70 cm - 1에 위치하였고, OH-질화붕소 나노디스크의 경우 약 1377.15 cm - 1로 적색 이동하였다. 이것은 질화붕소의 층간 상호 작용의 감소와 육방정 질화붕소의 OH-질화붕소 나노디스크 로의 박리에 의해 유도된 B-N 결합의 단축을 보여준다. 펜톤 시약에 의한 추가 -OH 및 -OOH 기능화는 약 1372.20 cm - 1에서 E2g 밴드의 추가 적색 이동을 유도하여 OH-질화붕소 나노디스크에 산소 작용기의 공유 접합으로 인한 층 수의 추가 감소를 나타낸다. E2g 포논 모드에 대한 육방정 질화붕소의 FWHM은 약 13.8 cm - 1, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에 대해 각각 14.2 및 14.8 cm - 1로 증가했다. 이것은 또한 소수층 질화붕소 나노디스크의 형성에 의해 유도된 박리 OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 층간 상호 작용 감소에 기인한다. 한편, OH/OOH-질화붕소나노디스크의 라만 스펙트럼에는 약 580, 685, 945, 1088 및 1225 cm - 1에 추가 라만 대역이 표시된다. 이는 OH-질화붕소 나노디스크 및 OOH-질화붕소 나노디스크 밴드가 B-OH 및 B-OOH 작용기와 연관되어 있기 때문이라고 볼 수 있다. OH-질화붕소 나노디스크의 라만 스펙트럼은 이러한 유형의 추가 라만 밴드를 나타내지 않으며 이는 OH-질화붕소 나노디스크의 -OH 기능화 비율이 낮기 때문일 수 있다. As shown in Fig. 3 (c), the crystal structures and functional groups of hexagonal boron nitride nanodisks, OH-boron nitride nanodisks, and OH/OOH-boron nitride nanodisks were further analyzed by Raman spectroscopy at 500-1800 cm - 1 did. Fig. 3(d) shows the enlarged Raman spectrum in the wavenumber range of 1300-1450 cm - 1. All materials exhibit E 2g phonon mode due to BN coupling vibration and phonon dispersion in the plane of high intensity. This indicates that all materials have high crystallinity. Hexagonal E 2g band defined boron nitride is about 1382.70 cm-1 was located in, around 1377.15 cm For OH- boron nitride nano disc were red-shift to 1. This shows the reduction of the interlayer interaction of boron nitride and the shortening of the BN bond induced by the exfoliation of hexagonal boron nitride into OH-boron nitride nanodisks. More -OH and -OOH functionalized by Fenton reagent is about 1372.20 cm - shows an In 1 induces additional red-shift of the E 2g band OH- boron nitride layer can be more reduced due to sharing of the oxygen functional group to the nano-bonded disk. E 2g FWHM of hexagonal boron nitride to the phonon modes of about 13.8 cm - increased by 1 - 1, OH- boron nitride nano disk and respectively 14.2 and 14.8 cm for the OH / OOH- boron nitride nano disc. This is also due to the reduced interlayer interactions of exfoliated OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks induced by the formation of few-layer boron nitride nanodisks. On the other hand, the Raman spectrum of the OH / OOH- boron nitride nano disc is approximately 580, 685, 945, 1088 and 1225 cm - additional Raman bands is shown in Fig. This is because the OH-boron nitride nanodisc and OOH-boron nitride nanodisk bands are associated with B-OH and B-OOH functional groups. The Raman spectrum of OH-boron nitride nanodisks does not show this type of additional Raman band, which may be due to the low -OH functionalization ratio of OH-boron nitride nanodisks.

도 3 (e)는 수신된 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 FTIR 스펙트럼을 보여준다. 모든 재료는 약 1372 와 817 cm-1에서 강한 흡수 밴드를 나타냈다. 전자는 평면 내 링 진동 (E1u 모드)으로 인한 B-N 스트레칭에 기인할 수 있으며 후자는 평면 외 진동 (A2u 모드)으로 인한 B-N 벤딩으로 간주할 수 있다. 이는 박리 및 기능화 과정이 육방정 질화붕소 격자와 유사한 OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크 격자의 구조적 무결성을 유지했음을 의미한다. 이외에도 OH-질화붕소 나노디스크는 흡수 밴드가 약한 반면 OH/OOH-질화붕소 나노디스크는 약 3410 cm - 1에서 강한 흡수 밴드를 나타낸다. 이는 산소 작용기에서 비롯된 OH-질화붕소 나노디스크와 OH/OOH-질화붕소 나노디스크 모두에서 O-H의 스트레칭 밴드가 발생하기 때문이라고 볼 수 있다. 또한 OH/OOH-질화붕소 나노디스크는 1085 cm - 1에서 약한 흡수 대역을 추가로 보여, -OH 및 -OOH 그룹에서 발생하는 B-O 변형을 나타낸다. 이는 -OH 및 -OOH 그룹과 함께 질화붕소나노디스크의 성공적인 기능화를 보여준다. 질화붕소 나노디스크의 박리 및 기능화는 S4와 같이 열 중량 분석 (TGA)에서 관찰된 중량 감소에 의해 추가로 확인되었다. 3(e) shows the FTIR spectra of the received hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks. All materials showed strong absorption bands at about 1372 and 817 cm -1 . The former can be attributed to BN stretching due to in-plane ring vibration (E 1u mode) and the latter can be considered as BN bending due to out-of-plane vibration (A 2u mode). This means that the exfoliation and functionalization process maintained the structural integrity of the OH-boron nitride nanodisk and OH/OOH-boron nitride nanodisk lattice similar to the hexagonal boron nitride lattice. In addition to boron nitride, nano-OH- disk, while the absorption band low OH / OOH- boron nitride nano disc is about 3410 cm - shows a strong absorption band in the first. This can be attributed to the occurrence of stretching bands of OH in both OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks originating from oxygen functional groups. Further OH / OOH- boron nitride nano-discs 1085 cm - show an additional weak absorption band at 1, BO represents a strain occurring in the -OH and -OOH group. This shows the successful functionalization of boron nitride nanodisks with -OH and -OOH groups. The exfoliation and functionalization of the boron nitride nanodisks was further confirmed by the weight loss observed in thermogravimetric analysis (TGA) as in S4.

도 4 (a)~(c)는 각각 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 고분해능 투과전자현미경 (HR-TEM) 이미지를 보여준다. 육방정 질화붕소의 암시야 TEM 이미지는 전자빔에 대한 낮은 투과율을 나타내며, 이는 많은 시트수로 인한 육방정 질화붕소의 높은 두께 때문이다. 전자빔에 대한 OH-질화붕소 나노디스크의 반투명성은 육방정 질화붕소의 박리 및 절단으로 인한 크기 감소와 함께 층수의 감소를 보여준다. OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 투명성은 더욱 증가했으며 이는 층수와 크기의 추가 감소 때문일 수 있다. OH/OOH-질화붕소 나노디스크에서 질화붕소 나노디스크 층의 수는 약 6~11 범위에서 관찰되었다. 7개의 레이어가 있는 HR-TEM 이미지는 도 4(d)에 나와 있으며 가장자리 근처의 평행선으로 표시된다. 6겹과 11겹의 HR-TEM 이미지는 S5에서 보여주고 있다. 나노 구조 OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 형성은 육방정 질화붕소의 박리 및 절단에 의해 유도된 디스크 층의 수를 감소시키는 것으로 도 4 (a)~(c)의 삽입에 표시된대로 틴달 광산란 실험에 의해 추가로 평가되었다. 빛의 산란 강도 순서는 FE-SEM 및 HR-TEM 분석에서 관찰한 바와 같이 디스크 층의 수를 감소시킴으로써 크기를 줄이는 것과 일치하는 육방정 질화붕소 < OH-질화붕소 나노디스크 < OH/OOH-질화붕소 나노디스크이었다. 4 (a) to (c) show high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM) images of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks, and OH/OOH-boron nitride nanodisks, respectively. The dark field TEM image of hexagonal boron nitride shows low transmittance to the electron beam, which is due to the high thickness of hexagonal boron nitride due to the large number of sheets. The translucency of the OH-boron nitride nanodisks to the electron beam shows a decrease in the number of layers with a decrease in size due to exfoliation and cleavage of the hexagonal boron nitride. The transparency of the OH/OOH-boron nitride nanodiscs was further increased, which may be due to the further decrease in the number of layers and the size. The number of boron nitride nanodisk layers in the OH/OOH-boron nitride nanodisk was observed in the range of about 6-11. An HR-TEM image with 7 layers is shown in Fig. 4(d), indicated by parallel lines near the edges. 6 and 11 HR-TEM images are shown in S5. The formation of nanostructured OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks reduces the number of disk layers induced by exfoliation and cleavage of hexagonal boron nitride, as shown in Figs. It was further evaluated by Tyndall light scattering experiments as indicated in the inset. The order of the light scattering intensity is consistent with the reduction in size by decreasing the number of disk layers as observed in FE-SEM and HR-TEM analysis Hexagonal boron nitride < OH-boron nitride nanodisks < OH/OOH-boron nitride It was a nanodisc.

도 4 (a)~(c)의 삽입은 각각 육방정 질화붕소 나노디스크, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 확대 보정된 격자 간격을 보여준다. (002) 결정면에 대한 육방정 질화붕소의 평면 간 간격은 약 0.334 nm인 반면 OH-질화붕소 나노디스크의 경우 약 0.350 nm였다. 평면 간 간격의 이러한 증가는 -OH 기능 그룹에 의해 유도되는 격자 매개변수/단위 세포 부피의 확장에 기인할 수 있다. 이 (002) 평면의 평면 간 간격은 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에서 약 0.373까지 증가하였다. 이러한 평면간 간격의 추가 증가는 XRD 피크의 이동과 잘 일치하는 -OH 및 -OOH 기능화 그룹에 의해 유도되는 격자 매개변수/단위 세포 부피의 추가 확장을 보여준다. 이러한 결과는 OH-질화붕소 나노디스크와 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 성공적인 기능화와 형성을 시사한다.4 (a) to (c) insets show the magnification corrected lattice spacing of hexagonal boron nitride nanodisks, OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks, respectively. The interplanar spacing of the hexagonal boron nitride with respect to the (002) crystal plane was about 0.334 nm, whereas that of the OH-boron nitride nanodisk was about 0.350 nm. This increase in interplanar spacing can be attributed to the expansion of lattice parameters/unit cell volume induced by -OH functional groups. The interplanar spacing of this (002) plane increased to about 0.373 in OH/OOH-boron nitride nanodisks. This further increase in interplanar spacing shows a further expansion of the lattice parameters/unit cell volume induced by the -OH and -OOH functionalization groups, which is in good agreement with the shift of the XRD peak. These results suggest the successful functionalization and formation of OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks.

OH/OOH-질화붕소나노디스크의 SAED 패턴은 (002) 및 (100) 평면의 밝은 점을 보여주며, 이는 기능화된 질화붕소 나노디스크가 높은 결정도를 가진 육방정형 상임을 보여준다(도 4 (e)). 이것은 XRD 결과와 잘 일치한다. OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 고확대 HR-TEM 이미지는 도 4 (f)에 나와 있다. OH/OOH-질화붕소 나노디스크에서 균일하게 분포된 작고 밝은 점을 볼 수 있는데, 이는 B의 육방정 고리의 중심 위치를 보여준다. 이미지는 또한 -OH와 -OOH의 공유 기능화에 의해 형성될 수 있는 OH/OOH-질화붕소 나노디스크 평면에 고밀도 결함 부위의 존재를 보여준다. 따라서 -OH와 -OOH는 평면의 결손 부위뿐만 아니라 가장자리에서 질화붕소 나노디스크에 공유적으로 부착될 수 있다는 결론을 내릴 수 있다. 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 지형도는 각각 도 5 (a)~(c)에 표시된대로 원자간력 현미경 (AFM)으로 상위 프로필 (도 각각 5 (d)~(f))과 함께 분석되었다. AFM 이미지는 박리, 절단 및 기능화시 육방정 질화붕소의 크기 및 두께 감소를 나타낸다. 검사된 라인 프로필에서 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크, OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 평균 두께는 각각 약 44.90, 12.80, 4.75 nm이었다. 디스크 층의 크기 감소에 따른 이러한 두께 감소는 FE-SEM 및 TEM 관측치와 잘 일치한다. XPS 분석은 OH-질화붕소 나노디스크와 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에서 작용기의 양을 측정하는 데 사용되었다. 비교를 위해 육방정 질화붕소의 X-선 광전자 분광법(XPS) 스펙트럼도 측정했다. The SAED pattern of OH/OOH-boron nitride nanodisks shows bright spots in the (002) and (100) planes, which show that the functionalized boron nitride nanodisks are in a hexagonal phase with high crystallinity (Fig. 4(e)). ). This is in good agreement with the XRD results. A high-magnification HR-TEM image of the OH/OOH-boron nitride nanodisk is shown in Fig. 4(f). A uniformly distributed small bright spot can be seen in the OH/OOH-boron nitride nanodisk, which shows the central position of the hexagonal ring of B. The images also show the presence of high-density defect sites in the plane of the OH/OOH-boron nitride nanodisc, which can be formed by the covalent functionalization of -OH and -OOH. Therefore, it can be concluded that -OH and -OOH can be covalently attached to the boron nitride nanodisks at the edges as well as at the plane defect sites. Topographical maps of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks, and OH/OOH-boron nitride nanodisks were shown in atomic force microscopy (AFM) as shown in Figs. (d) to (f)) were analyzed together. AFM images show the size and thickness reduction of hexagonal boron nitride upon exfoliation, cleavage and functionalization. The average thicknesses of the hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks, and OH/OOH-boron nitride nanodisks in the examined line profiles were about 44.90, 12.80, and 4.75 nm, respectively. This decrease in thickness with decreasing disk layer size is in good agreement with FE-SEM and TEM observations. XPS analysis was used to determine the amount of functional groups in OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra of hexagonal boron nitride were also measured for comparison.

S6에는 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 XPS 조사 스펙트럼이 표시된다. 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에 대한 B1s의 고해상도 협스캔 XPS 스펙트럼은 각각 도 6 (a)~(c)에 나타나 있다. 도 6 (d)~(f)는 N 1s의 좁은 스캔 스펙트럼을 나타내고, 도 6 (g)-(i)는 각각 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 O1의 좁은 스캔 스펙트럼을 나타낸다. 원소의 결합 에너지는 C 1s (284.5 eV)의 기준 결합 에너지로 교정되었다. 모든 샘플은 각각 B 1s와 N 1s의 좁은 스캔 스펙트럼에서 약 190.0 및 398.0 eV의 결합 에너지에서 B-N 결합을 나타낸다. 두 값 모두 단일 계층 육방정 질화붕소에 대해 보고된 값과 잘 일치한다. OH-질화붕소 나노디스크와 OH/OOH-질화붕소 나노디스크 모두 각각 약 190.90 및 190.70 eV의 결합 에너지에서 B 1s 스펙트럼의 추가 피크를 나타냈다. 이는 질화붕소 나노디스크에 산소 작용기의 공동 접목에서 발생하는 B-O 결합에 기인할 수 있다. In S6, XPS irradiation spectra of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks are shown. High-resolution, narrow-scan XPS spectra of B1 s for hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks are shown in FIGS. 6(a) to 6(c), respectively. 6 (d) to (f) show a narrow scan spectrum of N 1s, and FIGS. 6 (g) to (i) are hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisk, and OH/OOH-boron nitride nanodisk, respectively. shows the narrow scan spectrum of O1. The elemental binding energy was calibrated to a reference binding energy of C 1s (284.5 eV). All samples show BN binding at binding energies of about 190.0 and 398.0 eV in the narrow scan spectra of B 1s and N 1s, respectively. Both values agree well with those reported for single-layered hexagonal boron nitride. Both the OH-boron nitride nanodisks and the OH/OOH-boron nitride nanodisks exhibited additional peaks in the B 1s spectrum at binding energies of about 190.90 and 190.70 eV, respectively. This may be due to the BO bonding that occurs in the co-grafting of oxygen functional groups to the boron nitride nanodisk.

OH-질화붕소 나노디스크의 B-O 결합 피크 강도가 낮다는 것은 개선된 허머스 방법이 -OH 그룹의 비율이 높은 질화붕소 나노디스크를 기능화하는 효과적인 방법이 아니라는 것을 시사한다. OH-질화붕소 나노디스크와 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 N 1s 스펙트럼은 각각 약 399.30과 399.10 eV에서 추가 피크를 나타내며, 이는 N-H 결합으로 간주할 수 있다. OH-질화붕소 나노디스크와 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에 이러한 N-H 결합의 존재는 질화붕소 나노디스크의 B 사이트에서 HO 와 HOO 라디칼의 공격 후에 형성된 N 라디칼의 비활성화를 나타낸다. B-O 결합 강도와 유사하게, N-H 결합 OH-질화붕소 나노디스크에 비해 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에 대해 훨씬 더 높으며 이는 FR이 질화붕소의 공유 기능화에 매우 효과적임을 추가로 보여준다. h-질화붕소의 O 1s 스펙트럼에는 B-O 피크가 나타나지 않는 반면, OH-질화붕소 나노디스크와 OH/OOH-질화붕소 나노디스크는 모두 약 531.0 eV의 결합 에너지에서 B-O의 고강도 피크를 나타낸다. 단, B-O 피크의 강도는 OH/OH-질화붕소 나노디스크에 비해 OH/OH-질화붕소 나노디스크에서 훨씬 더 높다. 게다가 OH/OH-질화붕소 나노디스크는 약 529.10과 532.85 eV에서 두 개의 추가 피크를 보여준다. 전자의 피크는 B-OH의 결합에 기인할 수 있는 반면, 후자는 OH/OH-질화붕소 나노디스크에 B-OH가 존재하기 때문일 수 있다. The low BO bond peak intensity of OH-boron nitride nanodisks suggests that the improved Hummus method is not an effective method to functionalize boron nitride nanodisks with a high proportion of -OH groups. The N 1s spectra of OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks show additional peaks at about 399.30 and 399.10 eV, respectively, which can be regarded as NH bonds. The presence of such a bond NH OH- boron nitride nano disc with OH / OOH- boron nitride nano discs HO in the B site of the boron nitride nano disc and HOO N formed after radical attack Indicates radical inactivation. Similar to the BO bond strength, it is much higher for OH/OOH-boron nitride nanodisks compared to NH bond OH-boron nitride nanodisks, further showing that FR is highly effective for covalent functionalization of boron nitride. The BO peak does not appear in the O 1s spectrum of h-boron nitride, whereas both the OH-boron nitride nanodisk and the OH/OOH-boron nitride nanodisk show a high-intensity peak of BO at a binding energy of about 531.0 eV. However, the intensity of the BO peak is much higher in the OH/OH-boron nitride nanodisks than in the OH/OH-boron nitride nanodisks. In addition, the OH/OH-boron nitride nanodisks show two additional peaks at about 529.10 and 532.85 eV. The former peak may be due to the bonding of B-OH, whereas the latter may be due to the presence of B-OH in the OH/OH-boron nitride nanodisk.

한편, OH-질화붕소 나노디스크는 FTIR결과와 일치하는 낮은 비율의 -OH 작용기와 함께 낮은 강도의 B-OH 피크만을 나타낸다. 육방정 질화붕소의 원소 조성은 B, N 와 O에 대해 각각 약 49.67%, 49.39% 및 0.93%인 반면, OH-질화붕소 나노디스크에서 각각 약 46.15%, 46.95% 및 6.90%로 나타났다. OH/OOH-질화붕소 나노디스크에서 B, N와 O의 원자율은 각각 약 41.60%, 41.15% 및 17.25%이었다. OH/OOH-질화붕소나노디스크에서 매우 높은 산소 비율은 개선된 허머스 방법과 펜톤 반응의 조합에 의해 질화붕소 나노디스크가 -OH 및 -OOH와 함께 효과적으로 기능화됨을 시사한다. 이는 현재까지 보고된 가장 높은 값이다. 따라서 개선된 허머스 방법과 펜톤 반응의 조합은 높은 비율의 -OH 및 -OOH 작용기를 가진 질화붕소 나노디스크의 기능화에 유용한 방법이라는 결론을 내릴 수 있다.On the other hand, the OH-boron nitride nanodisc shows only a low intensity B-OH peak with a low ratio of -OH functional groups consistent with the FTIR results. The elemental composition of hexagonal boron nitride was about 49.67%, 49.39%, and 0.93% for B, N and O, respectively, whereas it was about 46.15%, 46.95% and 6.90% for OH-boron nitride nanodisks, respectively. In the OH/OOH-boron nitride nanodisc, the atomic percentages of B, N and O were about 41.60%, 41.15%, and 17.25%, respectively. The very high oxygen ratio in the OH/OOH-boron nitride nanodisks suggests that the boron nitride nanodisks are effectively functionalized with -OH and -OOH by the combination of the improved Hummers method and the Fenton reaction. This is the highest value reported to date. Therefore, it can be concluded that the combination of the improved Hummus method and the Fenton reaction is a useful method for the functionalization of boron nitride nanodisks with a high proportion of -OH and -OOH functional groups.

자외선-가시광 흡수 분광기 측정은 육방정 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 전자적 특성을 분석하기 위해 수행되었다. 도 7 (a)는 자외선-자시광 흡수 스펙트럼을 보여주며 삽입된 그림은 해당 Tauc 플롯을 보여준다. 샘플의 광학 밴드갭 (Eg)은 Tauc 관계를 사용하여 계산되었다. 여기서 hν, α, B 및 n (n=1/2)은 각각 광자의 에너지, 흡수 계수, 비례 상수 및 전자 전이 매개 변수이다. 샘플의 Eg는 (α) 2에 대한 플롯을 외삽하여 계산되었다. 순수 육방정 질화붕소는 Eg = 5.10 eV 로 약 204.0 nm에서 단일 흡수 최대값 (λmax1)만 보이며 육방정 질화붕소의 절연 특성을 보여준다. 박리와 기능화 시 OH-질화붕소 나노디스크와 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에 대한 λmax1은 각각 212.0 nm와 216.0 nm에서 적색 이동하였고 흡수 강도는 감소되었다. OH-질화붕소 나노디스크는 하나의 추가 저강도 흡수 최대 값 (λmax2) (약 244.50 nm)을 표시하는 반면, OH/OOH-질화붕소 나노디스크에 대한 이 λmax2는 높은 흡수 강도로 유사한 파장 (약 244.60 nm)에 위치했다. λmax1의 흡수 강도는 육방정 질화붕소 < OH-질화붕소 나노디스크 < OH/OOH-질화붕소 나노디스크 순서로 감소한 반면 λmax2의 강도는 OH-질화붕소 나노디스크에서 OH/OOH-질화붕소 나노디스크로 증가했다. 이것은 극성 -OH 그룹을 가진 질화붕소나노디스크의 공유 기능화로 인해 인접한 B-N 결합에 대한 전자 구름 밀도 분포의 변화를 초래할 수 있다. 이것은 B-N 결합의 전기 음성도 값을 감소시킬 수 있다. Ultraviolet-visible absorption spectroscopy measurements were performed to analyze the electronic properties of hexagonal boron nitride, OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks. Fig. 7(a) shows the ultraviolet-visible light absorption spectrum and the inset shows the corresponding Tauc plot. The optical bandgap (Eg) of the sample was calculated using the Tauc relationship. where hν, α, B and n (n=1/2) are the photon energy, absorption coefficient, proportionality constant and electron transition parameters, respectively. The Eg of the sample was calculated by extrapolating the hv plot against (α hv ) 2 . Pure hexagonal boron nitride shows only a single absorption maximum (λ max1 ) at about 204.0 nm with E g = 5.10 eV and shows the insulating properties of hexagonal boron nitride. Upon exfoliation and functionalization, λ max1 for OH-boron nitride nanodisks and OH/OOH-boron nitride nanodisks shifted red at 212.0 nm and 216.0 nm, respectively, and the absorption intensity decreased. OH-boron nitride nanodisks display one additional low-intensity absorption maxima (λ max2 ) (about 244.50 nm), whereas this λ max2 for OH/OOH-boron nitride nanodisks exhibits a similar wavelength (λ max2 ) with high absorption intensity. 244.60 nm). The absorption intensity of λ max1 decreased in the order of hexagonal boron nitride < OH-boron nitride nanodisks < OH/OOH-boron nitride nanodisks , whereas the intensity of λ max2 decreased from OH-boron nitride nanodisks to OH/OOH-boron nitride nanodisks. increased to This could lead to a change in electron cloud density distribution for adjacent BN bonds due to covalent functionalization of boron nitride nanodisks with polar -OH groups. This can reduce the electronegativity value of the BN bond.

따라서 기능화는 육방정 질화붕소에서 두 개의 전자 환경을 생성할 수 있으며, 그 결과 흡수 스펙트럼에서 두 개의 흡수 최대값이 발생한다. 흡수 최대값의 이동과 그 강도는 XPS 결과에서 관찰된 바와 같이 산소 기능화 비율과 매우 일치한다. 또한 OH/OOH-질화붕소 나노디스크는 낮은 흡수 강도로 약 290.91 nm에서 추가 흡수 최대값(λmax3)을 나타낸다. 이는 질화붕소 나노디스크의 -OOH 기능화로 인해 전자구름 밀도 분포가 인접 B-N 결합으로 추가 변동을 유발하기 때문일 수 있다. λmax2에 비해 λmax3의 저강도는 -OH 기능화 비율이 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 -OH에 비해 낮음을 시사하며, HO 에 비해 HOO 의 긴 반감기와 일치한다. 따라서, OH-질화붕소 나노디스크와 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 Eg는 각각 약 3.75와 3.58 eV이었다 (도 7(b)). 따라서 박리 및 기능화에 따른 Eg를 감소시켜 육방정 질화붕소의 전기전도도를 증가시키면 다양한 전기분석 및 전기 촉매 장치에 질화붕소의 응용에 대한 새로운 연구 범위를 넓힐 수 있다.Thus, functionalization can create two electron environments in the hexagonal boron nitride, resulting in two absorption maxima in the absorption spectrum. The shift in absorption maxima and its intensity are in good agreement with the oxygen functionalization rate as observed in the XPS results. In addition, the OH/OOH-boron nitride nanodisc exhibits an additional absorption maximum (λ max3 ) at about 290.91 nm with low absorption intensity. This may be because -OOH functionalization of boron nitride nanodisks causes the electron cloud density distribution to further shift with adjacent BN bonds. low intensity of λ max3 than λ max2 is and suggest that low relative to the -OH -OH functionalized ratio OH / OOH- boron nitride nano disk, HO Compared to HOO consistent with the long half-life of Therefore, the E g of the OH-boron nitride nanodisk and the OH/OOH-boron nitride nanodisk were about 3.75 and 3.58 eV, respectively (FIG. 7(b)). Therefore, increasing the electrical conductivity of hexagonal boron nitride by reducing E g according to exfoliation and functionalization can broaden the scope of new research on the application of boron nitride to various electroanalysis and electrocatalytic devices.

OH/OOH-질화붕소 나노디스크를 사용하는 기기 제작의 경우, 다양한 용매에 분산하는 것이 매우 중요하다. 높은 비율의 좋은 분산은 동질성이 개선된 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에 의한 기판 제작이나 수정을 용이하게 할 수 있으며, 동시에 재현성이 높은 장치 성능을 향상시키기 때문이다. 분산 특성은 다른 용매에서 OH/OOH-질화붕소 나노디스크(0.10~1 mg mL-1) 농도를 변화시켜 평가되었다. For device fabrication using OH/OOH-boron nitride nanodisks, it is very important to disperse them in various solvents. This is because a high ratio of good dispersion can facilitate substrate fabrication or modification by OH/OOH-boron nitride nanodisks with improved homogeneity, and at the same time improve device performance with high reproducibility. The dispersion properties were evaluated by varying the concentration of OH/OOH-boron nitride nanodisc (0.10~1 mg mL -1 ) in different solvents.

도 8 (a)는 1주일 후 서로 다른 용매에서 OH/OOH-질화붕소 나노디스크 (1 mg mL-1) 분산의 사진을 보여준다. 1주일 후 분산된 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 실제 농도는 보고된 절차에 따라 측정하였다. 도 8(b)는 약 245 nm의 excitation 파장에서 서로 다른 용매에 있는 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 실제 분산 농도 대 흡광도(A/l)를 나타낸다. 모든 플롯은 Beer-Lambert의 반응과 잘 맞는다. 직선의 기울기는 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 분산성이 에탄올, 이소프로필 알코올(IPA), 클로로포름에서 훨씬 높은 반면 DMF와 물의 분산성은 훨씬 낮은 것을 나타낸다. 따라서 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 분산성은 용매의 극성뿐만 아니라 -OH 및 -OOH 작용기의 범위와 함께 다른 물리적 특성(예: 표면 장력(γ) 및 한센 용해성 매개변수)에 따라 결정된다. Figure 8 (a) shows a photograph of dispersion of OH/OOH-boron nitride nanodiscs (1 mg mL -1 ) in different solvents after 1 week. After one week, the actual concentration of dispersed OH/OOH-boron nitride nanodiscs was measured according to the reported procedure. Fig. 8(b) shows the actual dispersion concentration versus absorbance (A/l) of OH/OOH-boron nitride nanodisks in different solvents at an excitation wavelength of about 245 nm. All plots fit well with Beer-Lambert's response. The slope of the straight line indicates that the dispersibility of OH/OOH-boron nitride nanodiscs is much higher in ethanol, isopropyl alcohol (IPA), and chloroform, while the dispersibility of DMF and water is much lower. Therefore, the dispersibility of OH/OOH-boron nitride nanodisks depends not only on the polarity of the solvent, but also on other physical properties (eg surface tension (γ) and Hansen solubility parameters) along with the range of -OH and -OOH functional groups.

이를 검증하기 위해 각각 도 8(c)와 (d)와 같이 표면장력(γ)에 대한 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 최대 분산 농도와 용매의 극성 응집력(δp)과 수소 결합 응집력(δh)의 합계를 도면으로 표시하였다. IPA및 에탄올에서 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 최대 분산농도는 각각 약 0.445와 0.435 mg mL-1로 볼밀링 방식으로 제조된 OH-질화붕소 나노디스크의 농도보다 높았다. 기존 보고서와 잘 일치하는 20~30 mJ m-2 범위의 γ값을 갖는 용매에 대해 분산농도가 극대화된 것으로 관찰되었다. 또한 8~20의 범위에서 δp와 δh의 합을 가진 용매에서 질화붕소의 분산이 가장 높은 것으로 보고되었다. In order to verify this, the maximum dispersion concentration of OH/OOH-boron nitride nanodisks and the polar cohesive force of the solvent (δ p ) and the hydrogen bond cohesion force (δ) against the surface tension (γ) as shown in FIGS. h ) were plotted. The maximum dispersion concentrations of OH/OOH-boron nitride nanodisks in IPA and ethanol were about 0.445 and 0.435 mg mL -1 , respectively, which were higher than the concentrations of OH-boron nitride nanodisks prepared by ball milling. It was observed that the dispersion concentration was maximized for solvents with γ values in the range of 20-30 mJ m -2, which are in good agreement with the previous report. It was also reported that the dispersion of boron nitride was highest in solvents with the sum of δ p and δ h in the range of 8 to 20.

본 연구에서는 OH/OOH-질화붕소 나노디스크가 이 보고된 범위 내에서 양호한 분산성을 보일 뿐만 아니라 δp와 δh의 합계가 20보다 클 때 잘 분산되어 있다는 것을 관찰했다. 이러한 높은 OH/OOH-질화붕소 나노디스크 분산성은 질화붕소 나노디스크의 가장자리 및 기저면에서 -OH 및 -OOH 그룹이 노출되었기 때문에 다양한 용매에서 OH/OOH-질화붕소 나노디스크 분산이 가능했기 때문이다. 질화붕소, OH-질화붕소 나노디스크 및 OH/OOH-질화붕소 나노디스크 (각각 0.2 mg mL-1)의 장기 분산 안정성은 S7과 같이 IPA에서 8개월 이상 조사되었다.In this study, we observed that OH/OOH-boron nitride nanodisks not only showed good dispersibility within this reported range, but were well dispersed when the sum of δ p and δ h was greater than 20. This high OH/OOH-boron nitride nanodisc dispersibility is because -OH and -OOH groups were exposed at the edges and basal surfaces of the boron nitride nanodisk, enabling OH/OOH-boron nitride nanodisk dispersion in various solvents. The long-term dispersion stability of boron nitride, OH-boron nitride nanodisks, and OH/OOH-boron nitride nanodisks (each 0.2 mg mL −1 ) was investigated in IPA for more than 8 months as in S7.

OH/OOH-질화붕소 나노디스크는 다른 것들에 비해 가장 높은 장기 안정성을 보이며 나아가 MHM과 FR의 조합은 -OH와 -OOH의 비율이 높은 OH/OOH-질화붕소 나노디스크를 위한 효과적인 전략임을 시사한다.OH/OOH-boron nitride nanodisks show the highest long-term stability compared to others, further suggesting that the combination of MHM and FR is an effective strategy for OH/OOH-boron nitride nanodisks with high -OH and -OOH ratios. .

3. 결론3. Conclusion

개선된 허머스 방법과 펜톤 화학을 결합하여 가장자리 및 기저면에서 -OH 및 -OOH 기능화된 질화붕소 나노디스크의 높은 비율을 산출하는 새로운 솔루션 프로세스를 개발하였다. 개선된 허머스 방법을 이용한 질화붕소 나노디스크의 합성 중 H2O2의 균일 분해는 OH 라디칼을 생산하여 낮은 비율의 -OH로 질화붕소 나노디스크의 기능화를 유도한다. -OH 및 -OOH 기능화가 개선된 펜톤 반응을 사용하여 디스크 층의 크기와 수를 더욱 줄일 수 있었다. 동시에, 단열 육방정 질화붕소 (E g = 5.10 eV)의 전기적 특성은 OH/OOH-질화붕소 나노디스크에 대해 E g = 3.58 eV인 반도체 습성으로 변환된다. -OH 및 -OOH 비율이 높은 질화붕소나노디스크의 공유 기능화는 XPS, 라만, FTIR 및 자외선-가시광 분광 분석으로 확인되었다. 결과적으로 OH/OOH-질화붕소 나노디스크는 최대 분산량이 0.445 mg mL - 1인 IPA에서 높은 장기 분산 안정성을 보였다. 반도체 습성이 있는 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 높은 분산과 장기적 안정성은 전자 및 광전자 장치 개발에 유리하다. 이 접근방식은 OH/OOH-질화붕소 나노디스크의 대규모 생산에도 유망하며, 다른 기능성 층상 나노물질의 확장 가능한 생산을 위해 확장될 수 있다.Combining the improved Hummus method with Fenton chemistry, we developed a novel solution process yielding high proportions of -OH and -OOH functionalized boron nitride nanodisks at the edges and basal surfaces. Synthesis of boron nitride nano disc using an improved method hummus homogeneous decomposition of H 2 O 2 was to produce OH radicals leads to functionalization of the boron nitride nano -OH disk to a low rate. The size and number of disk layers could be further reduced using the Fenton reaction with improved -OH and -OOH functionalization. At the same time, the electrical properties of adiabatic hexagonal boron nitride (E g = 5.10 eV) are transformed into semiconductor behavior with E g = 3.58 eV for OH/OOH-boron nitride nanodisks. The covalent functionalization of boron nitride nanodisks with high -OH and -OOH ratios was confirmed by XPS, Raman, FTIR and ultraviolet-visible spectroscopic analysis. As a result, OH/OOH-boron nitride nanodiscs showed high long-term dispersion stability in IPA with a maximum dispersion of 0.445 mg mL - 1. The high dispersion and long-term stability of OH/OOH-boron nitride nanodisks with semiconducting properties are advantageous for the development of electronic and optoelectronic devices. This approach is also promising for large-scale production of OH/OOH-boron nitride nanodisks and can be extended for the scalable production of other functional layered nanomaterials.

Claims (8)

육방정-질화붕소를 -OH 및 -OOH로 기능화하고 박리 및 커팅을 수행하는 질화붕소 나노디스크의 제조방법으로서,
개선된 허머스 방법(modified Hummer's method)을 통해 육방정-질화붕소를 산화시켜 -OH 기능화된 질화붕소 나노디스크를 제조하는 제1단계 및
상기 제1단계에서 수득한 -OH 기능화된 질화붕소 나노디스크를 펜톤 시약(Fenton's reagent) 처리하는 제2단계
를 포함하는, 질화붕소 나노디스크의 제조방법.
A method for producing a boron nitride nanodisk in which hexagonal-boron nitride is functionalized with -OH and -OOH, and exfoliation and cutting are performed,
A first step of preparing a -OH functionalized boron nitride nanodisk by oxidizing hexagonal-boron nitride through a modified Hummer's method, and
A second step of treating the -OH functionalized boron nitride nanodisk obtained in the first step with Fenton's reagent
A method of manufacturing a boron nitride nanodisk comprising a.
제1항에 있어서, 상기 제1단계는
a) 육방정-질화붕소와 산(acid)을 혼합하는 단계;
b) 상기 a) 단계의 결과물에 KMnO4를 첨가하는 단계; 및
c) 상기 b) 단계의 결과물에 H2O2를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노디스크의 제조방법.
According to claim 1, wherein the first step
a) mixing the hexagonal-boron nitride with an acid;
b) adding KMnO 4 to the resultant of step a); and
c) The method for producing a boron nitride nanodisk comprising the step of adding H 2 O 2 to the resultant of step b).
제2항에 있어서, 상기 단계 a)의 산은 황산인 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노디스크의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the acid in step a) is sulfuric acid.
제2항에 있어서, 상기 단계 c)의 반응 온도는 40~60oC인 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노디스크의 제조방법.
The method of claim 2, wherein the reaction temperature of step c) is 40 to 60 o C.
제1항에 있어서, 상기 제2단계의 펜톤 시약은 수중 Fe2+ 및 H2O2의 혼합액인 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노디스크의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the Fenton reagent in the second step is a mixture of Fe 2+ and H 2 O 2 in water.
제5항에 있어서, 상기 제2단계의 펜톤 시약 처리의 반응 온도는 20~40oC인것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노디스크의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the reaction temperature of the Fenton reagent treatment in the second step is 20 to 40 o C.
제5항에 있어서, 상기 제2단계의 펜톤 시약 처리의 반응 시간은 24~96시간인 것을 특징으로 하는, 질화붕소 나노디스크의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the reaction time of the Fenton reagent treatment in the second step is 24-96 hours.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된, -OH 및 -OOH로 기능화된 질화붕소 나노디스크.A boron nitride nanodisk functionalized with -OH and -OOH, prepared by the method of any one of claims 1 to 7.
KR1020200178969A 2019-12-23 2020-12-18 Process for preparing Boron Nitride Nanodisk by exfoliation and cutting of boron nitride with covalent functionalization KR20210081275A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190173069 2019-12-23
KR1020190173069 2019-12-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210081275A true KR20210081275A (en) 2021-07-01

Family

ID=76860331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200178969A KR20210081275A (en) 2019-12-23 2020-12-18 Process for preparing Boron Nitride Nanodisk by exfoliation and cutting of boron nitride with covalent functionalization

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210081275A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114481043A (en) * 2021-12-27 2022-05-13 暨南大学 Preparation method of large-area nano disc

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Li L H, Li L, Dai X J and Chen Y 2013 Mater. Lett. 106 409-12

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114481043A (en) * 2021-12-27 2022-05-13 暨南大学 Preparation method of large-area nano disc
CN114481043B (en) * 2021-12-27 2023-09-08 暨南大学 Preparation method of large-area nano-disk

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Construction of graphite oxide modified black phosphorus through covalent linkage: an efficient strategy for smoke toxicity and fire hazard suppression of epoxy resin
Le et al. Exfoliation of 2D materials for energy and environmental applications
Cai et al. Self-assembly followed by radical polymerization of ionic liquid for interfacial engineering of black phosphorus nanosheets: Enhancing flame retardancy, toxic gas suppression and mechanical performance of polyurethane
He et al. Large-scale production of simultaneously exfoliated and Functionalized Mxenes as promising flame retardant for polyurethane
Wang et al. Simultaneous reduction and surface functionalization of graphene oxide with POSS for reducing fire hazards in epoxy composites
Zheng et al. Surface modification of hexagonal boron nitride nanomaterials: a review
Wang et al. Amino-functionalized graphene quantum dots prepared using high-softening point asphalt and their application in Fe3+ detection
Meriga et al. Optical, electrical, and electrochemical properties of graphene based water soluble polyaniline composites
Shahriary et al. Graphene oxide synthesized by using modified hummers approach
US10787365B2 (en) Expansion and exfoliation of graphite to form graphene
Kang et al. Thermal, impact and toughness behaviors of expanded graphite/graphite oxide-filled epoxy composites
Zubir et al. Highly dispersed reduced graphene oxide and its hybrid complexes as effective additives for improving thermophysical property of heat transfer fluid
Mo et al. Controllable synthesis of functional nanocomposites: Covalently functionalize graphene sheets with biocompatible L-lysine
Xu et al. Water-soluble graphene sheets with large optical limiting response via non-covalent functionalization with polyacetylenes
WO2014130687A1 (en) Methods of modifying boron nitride and using same
Seitzhanova et al. The characteristics of graphene obtained from rice husk and graphite
Karim et al. Chemical, thermal, and light-driven reduction of graphene oxide: Approach to obtain graphene and its functional hybrids
Pan et al. Synergistic effects of hydrophilic nano-SiO2/graphene oxide@ copolymer nanocomposites in tanning leather
Qiu et al. Electrochemical exfoliation of water-dispersible graphene from graphite towards reinforcing the mechanical and flame-retardant properties of poly (vinyl alcohol) composites
Chen et al. A facile hydrothermal strategy for synthesis of SnO2 nanorods-graphene nanocomposites for high performance photocatalysis
Khodabakhshi et al. Oxidative synthesis of yellow photoluminescent carbon nanoribbons from carbon black
Biranje et al. Exfoliated graphene and its derivatives from liquid phase and their role in performance enhancement of epoxy matrix composite
KR20210081275A (en) Process for preparing Boron Nitride Nanodisk by exfoliation and cutting of boron nitride with covalent functionalization
Hou et al. Bi2Se3 nanosheets: Advanced nanofillers for reinforcing and flame retarding polyethylene nanocomposites
Chen et al. Multi-walled carbon nanotubes encapsulated by graphitic carbon nitride with simultaneously co-doping of B and P and ammonium polyphosphate to improve flame retardancy of unsaturated polyester resins

Legal Events

Date Code Title Description
E601 Decision to refuse application