KR20220067016A - Covalent organic nanosheet for high-performance sodium ion battery, and method for manufacturing same - Google Patents

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KR20220067016A
KR20220067016A KR1020200153251A KR20200153251A KR20220067016A KR 20220067016 A KR20220067016 A KR 20220067016A KR 1020200153251 A KR1020200153251 A KR 1020200153251A KR 20200153251 A KR20200153251 A KR 20200153251A KR 20220067016 A KR20220067016 A KR 20220067016A
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Abstract

The present invention relates to a covalently bonded organic nanosheet prepared by covalently bonding (trimethylstannylthiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole and 2,4,6-tris(5-bromotiophene-2-yl)-1,3,5-triazine, a preparation method thereof, and a secondary battery comprising the same.

Description

고성능 소듐이온 배터리를 위한 공유결합 유기 나노시트 및 이의 제조 방법 {Covalent organic nanosheet for high-performance sodium ion battery, and method for manufacturing same}Covalent organic nanosheet for high-performance sodium ion battery, and method for manufacturing same

본 발명은 고성능 소듐이온 배터리를 위한 공유결합 유기 나노시트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a covalently bonded organic nanosheet for a high-performance sodium-ion battery and a method for manufacturing the same.

최근까지, 낮은 밀도를 가지는 다양한 다공성 물질이 개발되어 왔다. 예를 들어, 상기 다공성 물질로는 다공성 유기 폴리머(porous organic polymer, POP), 하이퍼 가교 폴리머(hypercrosslinked polymer, HCP), 내부 미세 기공함유 다공성 폴리머(polymer of intrinsic microporosity, PIM), 금속 유기 구조체(metal organic framework, MOF) 및 공유결합 유기 구조체(covalent organic framework, COF) 등이 알려져 있다. 이러한 다공성 물질 중 금속 유기 구조체 및 공유결합 유기 구조체의 경우 특유의 2차원 또는 3차원 구조를 가지면서 매우 높은 결정성을 가지고 있다.Until recently, various porous materials with low density have been developed. For example, the porous material includes a porous organic polymer (POP), a hypercrosslinked polymer (HCP), a polymer of intrinsic microporosity (PIM), and a metal organic structure (metal). organic frameworks (MOFs) and covalent organic frameworks (COFs) are known. Among these porous materials, metal organic structures and covalent organic structures have a unique two-dimensional or three-dimensional structure and have very high crystallinity.

특히, 공유결합 유기 구조체의 경우 강성으로, 평면형 π-공액(conjugated) 단량체들로 제조되는데, 이러한 공유결합 유기 구조체는 그라파이트 구조와 유사하게 π-π 적층에 의한 자기 조립(self-assembly)에 의해 메소(meso) 크기의 기공을 가지는 다공성 2차원 네트워크들을 가지며, 이에 따라 원기둥형 채널들을 가질 수 있다.In particular, in the case of a covalent organic structure, it is rigid and is prepared with planar π-conjugated monomers. This covalent organic structure is similar to a graphite structure by self-assembly by π-π stacking. It has porous two-dimensional networks with meso-sized pores, and thus can have cylindrical channels.

따라서 전자들은 이러한 2차원 네트워크들을 통하여 탈국부화(delocalize)될 수 있고, 상기 π-π 적층을 통하여 분자 사이에서의 전자 이동을 가능하게 하여, 상기 공유결합 유기 구조체가 고유의 반도체 특성 및 광수확(light-harvesting) 특성을 가질 수 있다. 또한 일부 삽입 분자(guest molecule)들이 상기 공유결합 유기 구조체의 메소 크기의 기공 채널들 내로 삽입될 수 있다. 따라서 상기 다공성 물질은 예를 들어 가스 저장 장치, 분리 장치, 순수화 장치, 불균일 촉매체 등과 같은 통상적인 응용들에 적용될 수 있고, 더 나아가 광전자 장치 및 광촉매체 등과 같은 다양한 넓은 범위에 적용될 수 있다.Therefore, electrons can be delocalized through these two-dimensional networks, enabling electron movement between molecules through the π-π stacking, so that the covalent organic structure has intrinsic semiconductor properties and light harvesting. (light-harvesting) properties. Also, some guest molecules may be inserted into the meso-sized pore channels of the covalent organic construct. Accordingly, the porous material can be applied to common applications such as, for example, gas storage devices, separation devices, purification devices, heterogeneous catalysts, and the like, and further can be applied to a wide range of applications such as optoelectronic devices and photocatalysts.

상술한 바와 같은 특성들을 향상시키고 최적화하기 위하여, 상기 공유결합 유기 구조체는 대기 조건(ambient condition) 하에서 안정적이어야 하고, 용이하게 박리되어 그라파이트 형태가 아닌 그래핀 형태의 시트를 형성함으로써 이를 극대화할 있다. 그러나 공유결합 유기 구조체의 경우 시트들이 π-π 결합에 의해 적층된 그라파이트 형상을 가지고 있고, 대부분의 공유결합 유기 구조체는 붕화 무수물(boronate anhydride), 에스테르(ester), 붕규산염(borosilicate), 이민(imine), 히드라존(hydrazone) 등의 작용기를 이용하여 응축 반응을 통해 합성되어 왔기 때문에, 대부분 주위 습도에서 가수분해되는 경향이 있으며, π-π 적층 구조로 인한 높은 결정성을 가지고 있어 공유결합 유기 구조체를 시트의 형태로 제조하는 것은 매우 어렵다고 알려져 있다.In order to improve and optimize the properties as described above, the covalent organic structure must be stable under ambient conditions, and can be easily exfoliated to form a graphene-type sheet rather than a graphite-type sheet, thereby maximizing this. However, in the case of covalent organic structures, the sheets have a graphite shape stacked by π-π bonds, and most covalent organic structures have boronate anhydride, ester, borosilicate, imine ( Since it has been synthesized through a condensation reaction using functional groups such as imine) and hydrazone, most tend to be hydrolyzed at ambient humidity. It is known that it is very difficult to manufacture a structure in the form of a sheet.

한편, 이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-2061964호가 제시되어 있다.On the other hand, as a similar prior literature thereto, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2061964 is presented.

대한민국 등록특허공보 제10-2061964호 (2019.12.26)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2061964 (2019.12.26)

본 발명은 큰 메소 기공 및 보다 낮은 밴드갭을 가진 공유결합 유기 나노시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a covalently bonded organic nanosheet having large mesopores and a lower bandgap.

또한, 상기 유기 나노시트를 이용하여 제조됨으로써 뛰어난 저장 특성을 가진 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a secondary battery having excellent storage characteristics by being manufactured using the organic nanosheet.

다만 상기 목적은 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, the above purpose is illustrative, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 하기 화학식 1을 만족하는 공유결합 기반 반복 단위체를 포함하는 것을 특징으로 하는 공유결합 유기 나노시트에 관한 것이다.One aspect of the present invention for achieving the above object relates to a covalently bonded organic nanosheet comprising a covalent bond-based repeating unit satisfying the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 화학식 1에서,(In Formula 1,

X는 하기 화학식 1-1로 표시되는 3가의 연결기이며,X is a trivalent linking group represented by the following formula 1-1,

Y는 하기 화학식 1-2로 표시되는 2가의 연결기이고,Y is a divalent linking group represented by the following formula 1-2,

n은 10 내지 200의 정수이며,n is an integer from 10 to 200,

*는 결합부위이다.* is a binding site.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure pat00002
Figure pat00002

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Figure pat00003
)
Figure pat00003
)

상기 일 양태에 있어, 상기 공유결합 유기 나노시트는 3.5 내지 4.5 ㎚ 크기의 메소 기공을 가지는 것일 수 있다.In one aspect, the covalently bonded organic nanosheet may have mesopores having a size of 3.5 to 4.5 nm.

상기 일 양태에 있어, 상기 공유결합 유기 나노시트는 1.85 eV 이하의 밴드갭을 가지는 것일 수 있다.In one aspect, the covalently bonded organic nanosheet may have a band gap of 1.85 eV or less.

또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 공유결합 유기 나노시트를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, (트리메틸스타닐티오펜-2-일)벤조[c][1,2,5]티아디아졸 및 2,4,6-트리스(5-브로모티오펜-2-일)-1,3,5-트리아진을 공유 결합 반응시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공유결합 유기 나노시트의 제조 방법에 관한 것이다.In addition, another aspect of the present invention relates to a method for preparing the above-described covalently bonded organic nanosheet, (trimethylstannylthiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole and 2,4,6-tris(5-bromothiophen-2-yl)-1,3,5-triazine to a covalent bond reaction; in a method for producing a covalently bonded organic nanosheet comprising the it's about

상기 다른 일 양태에 있어, 상기 공유 결합 반응은 환류 반응 또는 용매열 반응을 통해 수행되는 것일 수 있다.In another embodiment, the covalent bonding reaction may be performed through a reflux reaction or a solvothermal reaction.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 공유결합 유기 나노시트를 포함하는 박막과 이차전지에 관한 것이며, 구체적으로 상기 이차전지는 소듐이온 배터리일 수 있다.In addition, another aspect of the present invention relates to a thin film and a secondary battery including the above-described covalently bonded organic nanosheet, and specifically, the secondary battery may be a sodium ion battery.

본 발명은 단량체 간의 스틸레 교차 결합 반응을 통하여 그래핀형 공액 2차원 구조를 갖는 새로운 공유결합 유기 나노시트에 관한 것으로, (트리메틸스타닐티오펜-2-일)벤조[c][1,2,5]티아디아졸 및 2,4,6-트리스(5-브로모티오펜-2-일)-1,3,5-트리아진을 공유 결합 반응에 의해 제조된 공유결합 유기 나노시트는 기존 트리아진 기반 공유결합 유기 나노시트 대비 보다 큰 메소 기공 및 보다 낮은 밴드갭을 가질 수 있다.The present invention relates to a novel covalently bonded organic nanosheet having a graphene-type conjugated two-dimensional structure through a styrene cross-linking reaction between monomers, (trimethylstannylthiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5 ]Covalent organic nanosheets prepared by covalent bonding of thiadiazole and 2,4,6-tris(5-bromothiophen-2-yl)-1,3,5-triazine are based on existing triazine It may have larger mesopores and a lower bandgap compared to covalently bonded organic nanosheets.

이에 따라, 상기 공유결합 유기 나노시트는 전하 운반체의 전도도가 증가되어 이차전지에 활용될 시 이차전지의 저장 용량을 향상시킬 수 있어 좋다.Accordingly, the covalently bonded organic nanosheet increases the conductivity of the charge carrier, so that when used in a secondary battery, it is possible to improve the storage capacity of the secondary battery.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 공유결합 유기 나노시트의 반응식이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 공유결합 유기 나노시트 및 박막의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 공유결합 유기 나노시트 및 반응에 사용된 단량체의 투과율 모드 FT-IR 스펙트럼이다.
도 4는 공유결합 유기 나노시트의 UV-vis 흡광도 스펙트럼이다.
도 5는 공유결합 유기 나노시트의 고체 13C CP/MAS NMR 스펙트럼이다.
도 6은 공유결합 유기 나노시트의 PXRD 패턴이다.
도 7은 공유결합 유기 나노시트의 질소 흡착/탈착 등온선이다.
도 8은 공유결합 유기 나노시트의 BJH 기공 크기 분포 분석 결과이다.
도 9는 공유결합 유기 나노시트의 제타 전위 및 전도도 분석 결과이다.
도 10은 D/A-CON-10의 SEM 이미지이다.
도 11은 D/A-CON-16의 SEM 이미지이다.
도 12는 D/A-CON-10의 TEM 이미지이다.
도 13은 D/A-CON-16의 TEM 이미지이며, 삽입 이미지에서 빨간색 점선 영역은 D/A-CON-16의 격자 무늬를 나타낸다.
도 14는 D/A-CON-10의 CV 곡선(스캔 속도 0.1 mV/s)이다.
도 15는 D/A-CON-16의 CV 곡선(스캔 속도 0.1 mV/s)이다.
도 16은 다양한 스캔 속도 하에서의 D/A-CON-10의 CV 곡선이다.
도 17은 다양한 스캔 속도 하에서의 D/A-CON-10의 CV 곡선이다.
도 18은 D/A-CON-10의 Cottrell 플롯이다.
도 19는 D/A-CON-16의 Cottrell 플롯이다.
도 20은 다양한 전류 밀도에서 D/A-CON-10의 충전/방전 프로파일 분석 결과이다.
도 21은 다양한 전류 밀도에서 D/A-CON-16의 충전/방전 프로파일 분석 결과이다.
도 22의 a는 공유결합 유기 나노시트 및 RGO의 EIS 플롯이며, 도 22의 b는 공유결합 유기 나노시트 및 RGO의 Warburg 계수를 도시한 자료이다.
도 23은 스캔 속도 0.8 mV/s에서 D/A-CON-10의 의사 용량성 및 확산 제어 전하 저장 프로세스를 비교 도시한 자료이다.
도 24는 스캔 속도 0.8 mV/s에서 D/A-CON-16의 의사 용량성 및 확산 제어 전하 저장 프로세스를 비교 도시한 자료이다.
도 25는 다양한 스캔 속도에서 D/A-CON-10 및 D/A-CON-16의 의사 용량성 및 확산 제어 전하 저장의 기여도를 비교 도시한 자료이다.
도 26은 60 사이클 동안 D/A-CON-10, CON-10 및 RGO의 방전 용량을 평가한 자료이다.
도 27은 60 사이클 동안 D/A-CON-16, CON-16 및 RGO의 방전 용량을 평가한 자료이다.
도 28은 150 사이클 동안 D/A-CON-10 및 D/A-CON-16의 방전 용량을 평가한 자료이다.
1 is a reaction scheme of a covalently bonded organic nanosheet according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a covalently bonded organic nanosheet and a thin film according to an embodiment of the present invention.
3 is a transmittance mode FT-IR spectrum of a covalently bonded organic nanosheet and a monomer used in the reaction.
4 is a UV-vis absorbance spectrum of a covalently bonded organic nanosheet.
5 is a solid 13 C CP/MAS NMR spectrum of a covalently bonded organic nanosheet.
6 is a PXRD pattern of covalently bonded organic nanosheets.
7 is a nitrogen adsorption/desorption isotherm of a covalently bonded organic nanosheet.
8 is a BJH pore size distribution analysis result of covalently bonded organic nanosheets.
9 is a result of analysis of zeta potential and conductivity of covalently bonded organic nanosheets.
10 is a SEM image of D/A-CON-10.
11 is an SEM image of D/A-CON-16.
12 is a TEM image of D/A-CON-10.
13 is a TEM image of D/A-CON-16, and the red dotted line area in the inset image indicates the grid pattern of D/A-CON-16.
14 is a CV curve (scan speed of 0.1 mV/s) of D/A-CON-10.
15 is a CV curve (scan speed of 0.1 mV/s) of D/A-CON-16.
16 is a CV curve of D/A-CON-10 under various scan rates.
17 is a CV curve of D/A-CON-10 under various scan rates.
18 is a Cottrell plot of D/A-CON-10.
19 is a Cottrell plot of D/A-CON-16.
20 is a result of analyzing the charge/discharge profile of D/A-CON-10 at various current densities.
21 is a result of analyzing the charge/discharge profile of D/A-CON-16 at various current densities.
22A is an EIS plot of covalently bonded organic nanosheets and RGO, and FIG. 22B is data showing Warburg coefficients of covalently bonded organic nanosheets and RGO.
23 is a comparison of pseudocapacitive and diffusion-controlled charge storage processes of D/A-CON-10 at a scan rate of 0.8 mV/s.
FIG. 24 is a comparison of pseudocapacitive and diffusion-controlled charge storage processes of D/A-CON-16 at a scan rate of 0.8 mV/s.
FIG. 25 is a data comparison showing the contribution of pseudocapacitive and diffusion-controlled charge storage of D/A-CON-10 and D/A-CON-16 at various scan rates.
26 is data evaluating the discharge capacity of D/A-CON-10, CON-10 and RGO for 60 cycles.
27 is data evaluating the discharge capacity of D/A-CON-16, CON-16 and RGO for 60 cycles.
28 is data evaluating the discharge capacity of D/A-CON-10 and D/A-CON-16 for 150 cycles.

이하 본 발명에 따른 고성능 소듐이온 배터리를 위한 공유결합 유기 나노시트 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a covalently bonded organic nanosheet for a high-performance sodium-ion battery and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted.

본 발명의 일 양태는 단량체 간의 스틸레 교차 결합 반응을 통하여 그래핀형 공액 2차원 구조를 갖는 새로운 공유결합 유기 나노시트에 관한 것으로, 상세하게 하기 화학식 1을 만족하는 공유결합 기반 반복 단위체를 포함하는 것을 특징으로 하는 공유결합 유기 나노시트에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a novel covalently bonded organic nanosheet having a graphene-type conjugated two-dimensional structure through a Stille cross-linking reaction between monomers, in detail including a covalent bond-based repeating unit satisfying the following Chemical Formula 1 It relates to covalently bonded organic nanosheets characterized in that.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

(상기 화학식 1에서,(In Formula 1,

X는 하기 화학식 1-1로 표시되는 3가의 연결기이며,X is a trivalent linking group represented by the following formula 1-1,

Y는 하기 화학식 1-2로 표시되는 2가의 연결기이고,Y is a divalent linking group represented by the following formula 1-2,

n은 10 내지 200의 정수이며,n is an integer from 10 to 200,

*는 결합부위이다.* is a binding site.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 1-2][Formula 1-2]

Figure pat00006
)
Figure pat00006
)

이와 같이, (트리메틸스타닐티오펜-2-일)벤조[c][1,2,5]티아디아졸 및 2,4,6-트리스(5-브로모티오펜-2-일)-1,3,5-트리아진을 공유 결합 반응에 의해 제조된 공유결합 유기 나노시트는 기존 트리아진 기반 공유결합 유기 나노시트 대비 보다 큰 메소 기공 및 보다 낮은 밴드갭을 가질 수 있다.As such, (trimethylstannylthiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole and 2,4,6-tris(5-bromothiophen-2-yl)-1,3 Covalently bonded organic nanosheets prepared by covalent bonding of ,5-triazine may have larger mesopores and a lower bandgap than conventional triazine-based covalently bonded organic nanosheets.

보다 구체적으로, 상기 공유결합 유기 나노시트는 3.5 내지 4.5 ㎚ 크기의 메소 기공을 가진 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 3.8 내지 4.3 ㎚ 크기의 메소 기공을 가진 것일 수 있고, 이때 상기 크기는 도 1에 도시된 바와 같이 메소 기공의 직경을 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 공유결합 유기 나노시트는 1.85 eV 이하의 밴드갭을 가지는 것일 수 있으며, 구체적으로는 1.80 eV 이하, 보다 구체적으로는 1.75 eV 이하, 더욱 구체적으로는 1.50 내지 1.70 eV의 밴드갭을 가지는 것일 수 있다.More specifically, the covalently bonded organic nanosheet may have mesopores having a size of 3.5 to 4.5 nm, and more specifically, may have mesopores having a size of 3.8 to 4.3 nm, wherein the size is shown in FIG. As shown, it may mean the diameter of the mesopores. In addition, the covalently bonded organic nanosheet may have a band gap of 1.85 eV or less, specifically 1.80 eV or less, more specifically 1.75 eV or less, more specifically 1.50 to 1.70 eV or less. can

이처럼, 상기 공유결합 유기 나노시트는 3.5 ㎚ 이상 큰 직경을 가지는 메소 기공 및 1.85 eV 이하의 낮은 밴드갭에 따라 전하 운반체의 전도도가 증가될 수 있으며, 이차전지에 활용될 시 이차전지의 저장 용량을 향상시킬 수 있어 좋다.As such, in the covalent organic nanosheet, the conductivity of the charge carrier can be increased according to mesopores having a large diameter of 3.5 nm or more and a low band gap of 1.85 eV or less, and when used in a secondary battery, the storage capacity of the secondary battery It's good to be able to improve.

한편, 본 발명의 다른 일 양태는 상기 공유결합 유기 나노시트를 제조하기 위한 방법으로, (트리메틸스타닐티오펜-2-일)벤조[c][1,2,5]티아디아졸 및 2,4,6-트리스(5-브로모티오펜-2-일)-1,3,5-트리아진을 공유 결합 반응시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공유결합 유기 나노시트의 제조 방법에 관한 것이다.On the other hand, another aspect of the present invention is a method for preparing the covalently bonded organic nanosheet, (trimethylstannylthiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole and 2,4 , It relates to a method for producing a covalently bonded organic nanosheet, comprising: covalently reacting 6-tris(5-bromothiophen-2-yl)-1,3,5-triazine.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공유결합 유기 나노시트의 반응식으로, 도 1을 참조하면, 공유결합 유기 나노시트는 제1단량체(M1)인 (트리메틸스타닐티오펜-2-일)벤조[c][1,2,5]티아디아졸과 제2단량체(M2)인 2,4,6-트리스(5-브로모티오펜-2-일)-1,3,5-트리아진의 공유 결합 반응에 의해 제조되며, 이때 용매로서 메시틸렌(mesitylene)이, 촉매로서 팔라듐(Pd0) 촉매가 사용될 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 용매 및 촉매가 이에 제한되는 것은 아니다.1 is a reaction scheme of a covalently bonded organic nanosheet according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , the covalently bonded organic nanosheet is a first monomer (M1) (trimethylstannylthiophen-2-yl)benzo [c] Sharing of [1,2,5]thiadiazole with 2,4,6-tris(5-bromothiophen-2-yl)-1,3,5-triazine as a second monomer (M2) It is prepared by a binding reaction, and in this case, mesitylene as a solvent and palladium (Pd 0 ) catalyst as a catalyst may be used, but this is only an example and the solvent and catalyst are not limited thereto.

상기 M1과 M2를 스틸레 교차 결합 반응시켜 제조된 공유결합 유기 나노시트는 약 4.1 ㎚ 직경의 고리를 가질 수 있다. 즉, 상기 공유결합 유기 나노시트는 4.1 ㎚ 정도의 메소 기공들을 포함할 수 있다.The covalently bonded organic nanosheet prepared by the Stiletto cross-linking reaction between M1 and M2 may have a ring having a diameter of about 4.1 nm. That is, the covalently bonded organic nanosheet may include mesopores of about 4.1 nm.

이와 같은 상기 공유결합 유기 나노시트는 하기에 설명하는 바와 같이 두 가지 다른 방식으로 수행될 수 있다. 즉, 적절한 합성 경로를 설정하기 위하여 공유결합 유기 나노시트는 두 가지 다른 합성 조건들을 이용하여 합성될 수 있으며, 구체적으로 상기 공유 결합 반응은 환류 반응 또는 용매열 반응을 통해 수행될 수 있다. 이때, 환류 반응을 통해 제조한 공유결합 유기 나노시트는 "D/A-CON-10"으로, 용매열 반응을 통해 제조한 공유결합 유기 나노시트는 "D/A-CON-16"으로 지칭하기로 하며, 상기 D/A-CON-10 및 D/A-CON-16은 다른 합성 경로를 통하여 합성되었으나, 도 1에 도시된 바와 같은 동일한 M1 및 M2 단량체의 공유 결합 반응을 통해 각각 제조된다.Such covalently bonded organic nanosheets can be performed in two different ways as described below. That is, in order to establish an appropriate synthesis route, the covalently bonded organic nanosheets may be synthesized using two different synthesis conditions, and specifically, the covalent bonding reaction may be performed through a reflux reaction or a solvothermal reaction. At this time, the covalently bonded organic nanosheet prepared through the reflux reaction is referred to as “D/A-CON-10”, and the covalently bonded organic nanosheet prepared through the solvothermal reaction is referred to as “D/A-CON-16”. and, the D/A-CON-10 and D/A-CON-16 were synthesized through different synthetic routes, but are each prepared through the covalent bonding reaction of the same M1 and M2 monomers as shown in FIG. 1 .

보다 구체적인 일 예로, 상기 환류 반응(refluxing reaction)은 교반에 의해 수행되며, 160 내지 180℃ 온도에서 수행될 수 있고, 예를 들어 170℃ 온도에서 수행될 수 있다. 반응 시간은 1 내지 100 시간의 범위에서 수행될 수 있고, 예를 들어 72 시간 동안 수행될 수 있다.As a more specific example, the refluxing reaction is performed by stirring, and may be performed at a temperature of 160 to 180° C., for example, may be performed at a temperature of 170° C. The reaction time may be carried out in the range of 1 to 100 hours, for example, it may be carried out for 72 hours.

이로부터 제조된 상기 D/A-CON-10은 교반에 의한 환류 방식으로 합성된 것을 고려하면, 촉매는 대류의 영향 없이 교반에 의하여 잘 혼합되었고, 이에 따라 상기 D/A-CON-10은 2차원 방향으로 고분자화되도록 형성될 수 있고, 평면의 판상 형태를 나타낼 수 있다. Considering that the D/A-CON-10 prepared therefrom was synthesized in a reflux method by stirring, the catalyst was well mixed by stirring without the influence of convection, and thus the D/A-CON-10 was 2 It may be formed to be polymerized in a dimensional direction, and may represent a planar plate shape.

반면, 상기 용해열 반응(solvothermal reaction)은 교반하지 않고 수행되며, 160 내지 180℃ 온도에서 수행될 수 있고, 예를 들어 170℃ 온도에서 수행될 수 있다. 반응 시간은 1 내지 100 시간의 범위에서 수행될 수 있고, 예를 들어 72 시간 동안 수행될 수 있다.On the other hand, the solvothermal reaction is performed without stirring, and may be performed at a temperature of 160 to 180° C., for example, may be performed at a temperature of 170° C. The reaction time may be carried out in the range of 1 to 100 hours, for example, it may be carried out for 72 hours.

이로부터 제조된 상기 D/A-CON-16은 교반하지 않고 용매열 반응에 의하여 합성된 것을 고려하면, 스틸레 교차 결합 반응이 1차원 방향으로 빠르게 발생하며, 이에 따라 상기 D/A-CON-16은 1차원 방향으로 고분자화되도록 형성될 수 있어 섬유상 형상을 나타낼 수 있다.Considering that the D/A-CON-16 prepared therefrom was synthesized by solvothermal reaction without stirring, the Stiletto cross-linking reaction occurs rapidly in the one-dimensional direction, and thus the D/A-CON- 16 may be formed to be polymerized in a one-dimensional direction, and thus may exhibit a fibrous shape.

필요한 경우, 상기 공유결합 유기 나노시트를 형성하는 단계에서, 형성 물질을 메탄올에 투입하여 상기 스틸레 교차 결합 반응을 중단시킬 수 있다. 이어서, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol) 및 아세톤(acetone) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매를 이용한 순차적인 속슬렛(Soxhlet) 추출법을 통하여 상기 공유결합 유기 나노시트를 정제할 수 있다.If necessary, in the step of forming the covalently bonded organic nanosheet, the forming material may be added to methanol to stop the Stiletto cross-linking reaction. Subsequently, any one selected from the group consisting of methanol, ethanol, methylene chloride, tetrahydrofuran (THF), methanol, ethanol, and acetone, etc. The covalently bonded organic nanosheet may be purified through sequential Soxhlet extraction using one or more mixed solvents.

상기 공유결합 유기 나노시트를 형성하는 단계에 의하여, 시트형 폴리머 네트워크로서 공유결합 유기 나노시트가 스틸레 교차 결합(Stille cross-coupling) 반응을 통하여 합성되며, 강한 C-C 결합을 형성함에 의하여 가수분해가 방지되고 또한 분자 간 상호작용이 감소될 수 있다. 이와 같이 감소된 분자간 힘에 의하여, 다양한 분산 용매 내에 상기 공유결합 유기 나노시트를 투입하여 분산 용액을 형성하는 것이 가능하며, 더 나아가 기판 상에 드롭 주조하는 것이 가능하게 한다.By the step of forming the covalently bonded organic nanosheet, the covalently bonded organic nanosheet as a sheet-like polymer network is synthesized through a Stille cross-coupling reaction, and hydrolysis is prevented by forming a strong C-C bond and intermolecular interactions may be reduced. Due to this reduced intermolecular force, it is possible to form a dispersion solution by introducing the covalently bonded organic nanosheets in various dispersion solvents, and furthermore, drop casting on a substrate is possible.

도 2를 참조하면, 스틸레 교차 결합 반응시켜 공유결합 유기 나노시트를 형성하는 단계(S110); 상기 공유결합 유기 나노시트를 분산매에 투입하여 분산액을 형성하는 단계(S120); 및 상기 분산액을 기판 상에 드롭 주조하고 건조시켜 공유결합 유기 나노시트 박막을 형성하는 단계(S130);를 통해 공유결합 유기 나노시트를 포함하는 박막을 제조할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the step of forming a covalent organic nanosheet by performing a Stiletto cross-linking reaction (S110); Forming a dispersion by inputting the covalently bonded organic nanosheets into a dispersion medium (S120); and drop-casting the dispersion on a substrate and drying to form a covalently bonded organic nanosheet thin film (S130).

이때, S110 단계는 전술한 공유결합 유기 나노시트의 제조 방법과 동일하다.In this case, step S110 is the same as the above-described method for manufacturing the covalently bonded organic nanosheet.

상기 분산액을 형성하는 단계(120)에서, 상기 분산매는, 예를 들어 4 부피%의 1-클로로나프탈렌(1-chloronaphthalene, 1-CN)을 포함하는 클로로벤젠(chlorobenzene, CB), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran, THF), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 또는 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO) 등의 혼합 용매일 수 있다.In the step 120 of forming the dispersion, the dispersion medium is, for example, chlorobenzene (CB) containing 4% by volume of 1-chloronaphthalene (1-CN), tetrahydrofuran ( It may be a mixed solvent such as tetrahydrofuran, THF), dimethylformamide (DMF), or dimethyl sulfoxide (DMSO).

상기 공유결합 유기 나노시트 박막을 형성하는 단계(S130)는, 상기 분산액을 실리콘 웨이퍼 등의 기판 상에 드롭 주조하고, 건조시켜 수행될 수 있고, 이에 따라 상기 공유결합 유기 나노시트의 자기 조립을 제어할 수 있다.Forming the covalently bonded organic nanosheet thin film (S130) may be performed by drop-casting the dispersion onto a substrate such as a silicon wafer and drying, thereby controlling the self-assembly of the covalently bonded organic nanosheet. can do.

또한, 본 발명의 또 다른 일 양태는 전술한 공유결합 유기 나노시트를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 상기 공유결합 유기 나노시트는 이차전지의 음극재(anode material)로 활용될 수 있으며, 구체적으로 상기 이차전지는 소듐이온 배터리 등일 수 있다.In addition, another aspect of the present invention relates to a secondary battery including the above-described covalently bonded organic nanosheet, wherein the covalently bonded organic nanosheet can be utilized as an anode material of a secondary battery, specifically The secondary battery may be a sodium ion battery or the like.

전술한 바와 같이, 3.5 ㎚ 이상의 큰 메소 기공 및 1.85 eV 이하의 낮은 밴드갭을 가지는 공유결합 유기 나노시트를 이차전지의 음극재로 활용할 시 전하 운반체의 전도도가 증가되어 이차전지의 저장 용량을 향상시킬 수 있어 좋다.As described above, when covalently bonded organic nanosheets having large mesopores of 3.5 nm or more and a low band gap of 1.85 eV or less are used as an anode material for a secondary battery, the conductivity of the charge carrier is increased to improve the storage capacity of the secondary battery. good to be able

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 고성능 소듐이온 배터리를 위한 공유결합 유기 나노시트 및 이의 제조 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, a covalently bonded organic nanosheet for a high-performance sodium-ion battery according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described in more detail through examples. However, the following examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein is for the purpose of effectively describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. In addition, the unit of additives not specifically described in the specification may be weight %.

[실시예 1] D/A-CON-10의 합성[Example 1] Synthesis of D/A-CON-10

2,4,6-트리스(5-브로모티오펜-2-일)-1,3,5-트리아진(M2, 0.05 g, 8.863 × 10-5 mol), (트리메틸스타닐티오펜-2-일)벤조[c][1,2,5]티아디아졸 (M1, 0.083 g, 1.33 × 10-4 mol), 질소 가스로 채워진 글로브박스에 저장된 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (0.0041 g) 및 메시틸렌(3 ㎖)을 응축기로 환류시키고 170℃에서 72 시간 동안 교반을 통해 환류 반응시켰다.2,4,6-tris(5-bromothiophen-2-yl)-1,3,5-triazine (M2, 0.05 g, 8.863 × 10 -5 mol), (trimethylstannylthiophen-2-yl )benzo[c][1,2,5]thiadiazole (M1, 0.083 g, 1.33 × 10 -4 mol), tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0) stored in a glovebox filled with nitrogen gas (0) ( 0.0041 g) and mesitylene (3 ml) were refluxed with a condenser and refluxed under stirring at 170° C. for 72 hours.

반응이 끝난 후 그 용액을 메탄올에 붓고 연한 오렌지색의 침전물을 필터를 통해 수집하였다. 이 침전물을 순차적으로, 메탄올, 에탄올, 디클로로메탄, 테트라하이드로퓨란, 메탄올, 에탄올 및 아세톤을 사용하여 단계당 4 시간 동안, 속슬렛(soxhlet) 추출로 정제 후 진공에서 12 시간 동안 건조시켜 D/A-CON-10을 수득하였다. After the reaction was completed, the solution was poured into methanol, and a pale orange precipitate was collected through a filter. This precipitate was sequentially purified by soxhlet extraction using methanol, ethanol, dichloromethane, tetrahydrofuran, methanol, ethanol and acetone for 4 hours per step, followed by drying in vacuo for 12 hours D/A -CON-10 was obtained.

[실시예 2] D/A-CON-16의 합성[Example 2] Synthesis of D/A-CON-16

모든 단량체와 용매는 질소 조건 하의 글러브박스에서 준비한 것 외 실시예 1과 동일하게 준비되었으며, 장치는 3회의 동결-펌프-해동 사이클 후 액체 질소를 사용하여 77K에서 진공 하에서 불꽃으로 밀봉되었다.All monomers and solvents were prepared in the same manner as in Example 1 except that they were prepared in a glovebox under nitrogen condition, and the apparatus was flame sealed under vacuum at 77 K using liquid nitrogen after 3 freeze-pump-thaw cycles.

반응 용액을 170℃의 오븐에서 72 시간동안 교반하지 않고 용매열 반응시켰다. 이후 실시예 1과 동일하게 정제 과정을 수행하여 D/A-CON-16을 수득하였다.The reaction solution was subjected to solvothermal reaction without stirring in an oven at 170° C. for 72 hours. Thereafter, the purification process was performed in the same manner as in Example 1 to obtain D/A-CON-16.

[비교예 1] CON-10[Comparative Example 1] CON-10

2,4,6-트리스(5-브로모티오펜-2-일)-1,3,5-트리아진 (0.05 g, 8.863×10-5 mol), 2,5-비스(트리메틸스타닐)티에노-(3,2-b)티오펜 (0.062 g, 1.331×10-4 mol), 질소 가스로 채워진 글로브박스에 저장된 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (0.0041 g) 및 메시틸렌(3 ㎖)을 응축기로 환류시키고 170℃에서 72 시간 동안 교반을 통해 환류 반응시켰다.2,4,6-tris(5-bromothiophen-2-yl)-1,3,5-triazine (0.05 g, 8.863×10 -5 mol), 2,5-bis(trimethylstannyl)thi No-(3,2-b)thiophene (0.062 g, 1.331×10 -4 mol), tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0) (0.0041 g) and mesitylene stored in a glovebox filled with nitrogen gas (3 mL) was refluxed with a condenser and refluxed under stirring at 170° C. for 72 hours.

반응이 끝난 후 그 용액을 메탄올에 붓고 빨간색 침전물을 필터를 통해 수집하였다. 이 침전물을 순차적으로, 메탄올, 에탄올, 디클로로메탄, 테트라하이드로퓨란, 메탄올, 에탄올 및 아세톤을 사용하여 단계당 4 시간 동안, 속슬렛(soxhlet) 추출로 정제 후 진공에서 12 시간 동안 건조시켜 CON-10을 수득하였다. After the reaction was completed, the solution was poured into methanol, and a red precipitate was collected through a filter. This precipitate was sequentially purified by Soxhlet extraction using methanol, ethanol, dichloromethane, tetrahydrofuran, methanol, ethanol and acetone for 4 hours per step, followed by drying in vacuo for 12 hours to CON-10 was obtained.

[비교예 2] CON-16의 합성[Comparative Example 2] Synthesis of CON-16

모든 단량체와 용매는 질소 조건 하의 글러브박스에서 준비한 것 외 비교예 1과 동일하게 준비되었으며, 장치는 3회의 동결-펌프-해동 사이클 후 액체 질소를 사용하여 77K에서 진공 하에서 불꽃으로 밀봉되었다.All monomers and solvents were prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that they were prepared in a glovebox under nitrogen condition, and the device was sealed with a flame under vacuum at 77 K using liquid nitrogen after 3 freeze-pump-thaw cycles.

반응 용액을 170℃의 오븐에서 72 시간동안 교반하지 않고 용매열 반응시켰다. 이후 비교예 1과 동일하게 정제 과정을 수행하여 CON-16을 수득하였다.The reaction solution was subjected to solvothermal reaction without stirring in an oven at 170° C. for 72 hours. Thereafter, the purification process was performed in the same manner as in Comparative Example 1 to obtain CON-16.

[특성 분석][Characteristic Analysis]

퓨리에 변환 적외선 스펙트럼은 Jasco FT/IR-4100 분광기로 650-4000cm-1 범위에서 측정하였다. UV-vis 스펙트럼은 Shimadzu UV-2600(Shimadzu, Japan) 분광기로 텅스텐요오드WI(Halogen)램프와 중수소(deuterium) 램프를 사용하여 220-850nm 범위에서 측정하였다. 파우더 X-ray 회절분석(XRD)은 Ni-필터를 가진 Cu-Kα 방사선 (λ=1.5406Å)과 5mm 고정 입사빔 마스크와 1.60mm 산란방지 슬릿을 가진 Empyrean Series2 (PANanytical B.V.,Netherland)로 측정하였다. 측정 범위 각은 3°에서 70°로 과정마다 0.0525°와 0.75s씩 진행하였다. 질소 흡착-탈착 등온선은 Belsorp-miniII (Bel Japan Inc.)으로 77K에서 질소조건으로 진행하였다. 주사 전자 현미경(SEM)은 Quanta 250 FEG (FEI Company, Hillsboro, OR)로 측정하였고, 시료의 표면은 금/팔라듐(Au/Pd) 플라즈마로 60초 동안 코팅하였고, 시료의 이미지는 15kV 전자빔을 사용하여 측정하였다. 투과 전자 현미경(TEM)은 JEM-2100F (JEOL)로 200kV의 전압으로 측정하였다. TEM 시료는 200메쉬 구리 격자판을 가진 탄소 필름 위에 드랍-캐스팅 방법으로 진행하였고, 그 시료는 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF)에서 분산된 용액을 사용하였다. 그 현탁액은 3mm 균질기 탐침(Standard 630-0422, VibraCellTM)을 가진 Sonics VCX 130 ultrasonic processor (130 W power output, 20 kHz frequency)로 현탁액을 준비하였다. 그 초음파 분산기는 초당 1펄스로 2.5초 펄스간격으로 30분동안 20%의 출력으로 가동하였다. AFM 시료는 mica discs (V1 disc 10 mm, Probes)위에 DMF 현탁액을 드랍-캐스팅 방법으로 준비하였다. 그 현탁액은 TEM 시료와 같은 방법으로 준비하였다.Fourier transform infrared spectra were measured in the range of 650-4000 cm-1 with a Jasco FT/IR-4100 spectrometer. The UV-vis spectrum was measured in the 220-850 nm range using a tungsten iodine WI (Halogen) lamp and a deuterium lamp with a Shimadzu UV-2600 (Shimadzu, Japan) spectrometer. Powder X-ray diffraction analysis (XRD) was measured with Cu-Kα radiation (λ=1.5406 Å) with Ni-filter and Empyrean Series2 (PANanytical B.V., Netherland) with 5 mm fixed incident beam mask and 1.60 mm anti-scatter slit. . The measurement range angle was from 3° to 70°, and 0.0525° and 0.75s were performed for each process. Nitrogen adsorption-desorption isotherms were performed under nitrogen conditions at 77 K with Belsorp-miniII (Bel Japan Inc.). Scanning electron microscopy (SEM) was measured with a Quanta 250 FEG (FEI Company, Hillsboro, OR), the surface of the sample was coated with gold/palladium (Au/Pd) plasma for 60 seconds, and the sample image was imaged using a 15 kV electron beam. and measured. Transmission electron microscope (TEM) was measured with a voltage of 200 kV with a JEM-2100F (JEOL). The TEM sample was carried out by drop-casting method on a carbon film having a 200 mesh copper grid plate, and a solution dispersed in dimethylformamide (DMF) was used for the sample. The suspension was prepared by a Sonics VCX 130 ultrasonic processor (130 W power output, 20 kHz frequency) with a 3 mm homogenizer probe (Standard 630-0422, VibraCell™). The ultrasonic disperser was operated at 20% output for 30 minutes at a pulse interval of 2.5 seconds at 1 pulse per second. AFM samples were prepared by drop-casting DMF suspension on mica discs (V1 disc 10 mm, Probes). The suspension was prepared in the same way as for the TEM sample.

또한, 배터리 테스터를 사용하여 전기 화학적 충방전 특성화를 통해 CON의 소듐 이온 저장 특성을 평가하였다. 활성 전극은 NMP 용매에 활성물질(14 ㎎, 70 중량%), 전도성 탄소 (SuperP, 4 ㎎, 20 중량%) 및 바인더(폴리아크릴산, 2 ㎎, 10 중량)의 슬러리로 제조되었다. 닥터 블레이딩 방법으로 1.2 ㎎/㎠의 총 질량을 얻기 위해 구리 집전체 상에 적하 주조하고, 진공 분위기 하 100℃에서 16시간 동안 건조시킨 다음, 표준 CR2032형 코인 셀을 3501형 세퍼레이터를 사용하여 아르곤(Ar)이 채워진 글로브박스에서 제조하였다. 알루미늄 플레이트 상의 소듐 금속을 상대 전극으로 사용하였고, 프로필렌카보네이트/플루오로에틸렌카보네이트 (98 : 2, w/w)에 용해된 1 M NaClO4를 전해질로 채택하였다. 다양한 정전류 밀도 (100, 300, 500, 700, 900 및 1000 mAh/g)에서 정전류 충전/방전 테스트를 수행하였다.In addition, the sodium ion storage properties of CON were evaluated through electrochemical charge-discharge characterization using a battery tester. The active electrode was prepared as a slurry of active material (14 mg, 70 wt%), conductive carbon (SuperP, 4 mg, 20 wt%) and binder (polyacrylic acid, 2 mg, 10 wt%) in NMP solvent. Drop casting on a copper current collector to obtain a total mass of 1.2 mg/cm 2 by the doctor blading method, dried at 100° C. under a vacuum atmosphere for 16 hours, and then a standard CR2032 type coin cell using a 3501 type separator with argon (Ar) was prepared in a filled glovebox. Sodium metal on an aluminum plate was used as a counter electrode, and 1 M NaClO 4 dissolved in propylene carbonate/fluoroethylene carbonate (98: 2, w/w) was adopted as an electrolyte. Constant current charge/discharge tests were performed at various constant current densities (100, 300, 500, 700, 900 and 1000 mAh/g).

도 3을 참고하면, 실시예 1 및 2에서 제조된 공유결합 유기 나노시트(이하, D/A-CON이라 함)의 FT-IR 스펙트럼은 ~1498 ㎝-1에서 트리스-트리아진 모이어 티의 C=N 연신 피크와 802-788 ㎝-1에서 티오펜 단위의 C-H 평면 외 진동 피크를 나타냈다. 또한, 티아디아졸 잔기의 특징적인 피크가 ~877 및 ~808 ㎝-1에서 관찰되었다.Referring to FIG. 3 , the FT-IR spectrum of the covalently bonded organic nanosheets prepared in Examples 1 and 2 (hereinafter referred to as D/A-CON) is the C of the tris-triazine moiety at ˜1498 cm −1 =N elongation peak and CH out-of-plane vibration peak of thiophene unit at 802-788 cm -1 . In addition, characteristic peaks of thiadiazole residues were observed at -877 and -808 cm -1 .

다만, D/A-CON의 모든 특성 피크는 해당 특성의 피크보다 훨씬 브로드(broad)하게 나타났는데, 이는 이들 화합물(단량체 및 D/A-CON)이 고체 상태에서 상이한 분자 패킹 및 자기 조립된 구조를 갖는다는 것을 암시하는 것이다.However, all characteristic peaks of D/A-CON appeared much broader than the peaks of the corresponding characteristics, which indicates that these compounds (monomers and D/A-CON) have different molecular packing and self-assembled structures in the solid state. implying that it has

D/A-CON과 비교예 1 및 2에서 제조된 공유결합 유기 나노시트(이하, CON이라 함)의 전자 구조를 비교하기 위해 자외선-가시광선(UV-vis) 흡수 스펙트럼을 획득하였으며, 그 결과를 도 4에 도시하였다.In order to compare the electronic structures of D/A-CON and the covalently bonded organic nanosheets prepared in Comparative Examples 1 and 2 (hereinafter referred to as CON), ultraviolet-visible light (UV-vis) absorption spectra were obtained. is shown in FIG. 4 .

D/A-CON의 흡수 개시는 밴드갭이 감소된 D/A-타입 공액 중합체의 전형적 특징인 CON의 흡수 개시와 관련하여 명백하게 적색-편이(red-shift) 되었다.The absorption initiation of D/A-CON was clearly red-shifted with respect to the absorption initiation of CON, a typical feature of D/A-type conjugated polymers with reduced bandgap.

그러나, 동일한 단량체로부터 두 가지 경로로 각각 제조된 공유결합 유기 나노시트를 비교할 시, 합성 경로는 UV-vis 스펙트럼의 개시에 유의한 영향을 미치지 않았으며, 광 흡수 강도는 다른 경우보다 용매열 반응을 통해 합성될 때 각각 500-700 ㎚(D/A-CON), 400-600 ㎚(CON) 범위에서 더 높게 나타났다. 이는 합성 경로가 분자 자기 조립 및 분자량 분포에 영향을 준다는 것을 암시한다.However, when comparing the covalently bonded organic nanosheets prepared by the two routes from the same monomer, the synthetic route did not significantly affect the onset of the UV-vis spectrum, and the light absorption intensity showed that the solvothermal reaction was better than the other cases. It was found to be higher in the 500-700 nm (D/A-CON) and 400-600 nm (CON) ranges, respectively, when synthesized through the This suggests that synthetic pathways influence molecular self-assembly and molecular weight distribution.

한편, D/A-CON-10, D/A-CON-16, CON-10 및 CON-16의 밴드갭은 순차적으로 1.65 eV, 1.60 eV, 1.91 eV 및 1.91 eV로 각각 계산되었다. 따라서, 상기 2 가지 유형의 분광 분석은 공여체 및 수용자 단위가 샘플 프레임 워크 전체에 걸쳐 교대로 접합되었음을 입증하였다.Meanwhile, the band gaps of D/A-CON-10, D/A-CON-16, CON-10 and CON-16 were sequentially calculated as 1.65 eV, 1.60 eV, 1.91 eV, and 1.91 eV, respectively. Thus, these two types of spectroscopic analysis demonstrated that the donor and acceptor units were alternately conjugated throughout the sample framework.

FT-IR 연구에서 언급한 바와 같이 공유결합 유기 나노시트의 구조적 무결성을 확인하기 위해 모든 공유결합 유기 나노시트에 대한 13C NMR 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 도시하였다. 모든 공유결합 유기 나노시트는 방향족 탄소 영역을 포함하며 지방족 탄소 사슬 영역에서 방향족 탄소 피크의 방사측 밴드를 제외하고는 특성화 피크가 검출되지 않았는데, 이는 중합 과정에서 공액 및 방향족 고리의 화학적 열화가 현저하게 있음을 암시한다.As mentioned in the FT-IR study, 13 C NMR spectra of all covalently bonded organic nanosheets were measured to confirm the structural integrity of the covalently bonded organic nanosheets, and the results are shown in FIG. 5 . All covalently bonded organic nanosheets contain aromatic carbon regions, and no characterization peaks were detected except for the radial band of the aromatic carbon peaks in the aliphatic carbon chain region, which indicates that chemical degradation of conjugated and aromatic rings during polymerization is markedly significant. imply that there is

도 5를 참고하면, s-트리아진 모티프의 탄소는 약 170 ppm 및 s-트리아진에 인접한 티오펜의 탄소는 145~125 ppm의 범위를 가진다. 티오펜의 특징적인 탄소 피크는 일련의 n-CON에 대해 옅은 청색의 f 문자 및 선으로 표시된 바와 같이 약 115 ppm에서 피크가 나타났다. 또한, 벤조티아디아졸 단위(이하, BT 단위라고 함)에서 대부분의 비차폐 탄소의 피크는 일련의 D/A-CON에 대해 연한 녹색의 g 문자 및 선으로 표시된 바와 같이 약 151 ppm에서 피크가 나타났다. 그러나, 벤젠 모티프에 대한 나머지 피크는 티오펜의 피크와 겹칠 수 있으므로 D/A-CON에 대한 e 및 d 영역의 강도는 비교예의 CON에 대한 것보다 향상되었다.Referring to FIG. 5 , the carbon of the s-triazine motif is about 170 ppm and the carbon of the thiophene adjacent to the s-triazine ranges from 145 to 125 ppm. The characteristic carbon peak of thiophene appeared at about 115 ppm as indicated by the pale blue f letter and line for the series of n-CONs. In addition, the peak of most unshielded carbon in the benzothiadiazole unit (hereinafter referred to as the BT unit) peaks at about 151 ppm as indicated by the light green g letter and line for the series D/A-CON. appear. However, since the remaining peaks for the benzene motif may overlap those of thiophene, the intensities of the e and d regions for D/A-CON were improved compared to those for CON of Comparative Example.

더욱이, 에너지 분산형 X-선 분광법(EDS) 매핑을 참고하면, 모든 요소가 프레임 워크 전체에 잘 분산되었다. 따라서, 스틸-크로스 커플링 반응을 통해 물질이 잘 합성되었음을 확인할 수 있었다.Moreover, referring to energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) mapping, all elements were well dispersed throughout the framework. Therefore, it was confirmed that the material was well synthesized through the still-cross coupling reaction.

분말 결정 및 구조 순서는 분말 X-선 회절(PXRD) 분석에 의해 조사되었다(도 6). CON-10 및 CON-16의 패턴은 2θ 23°에서 넓은 피크를 나타냈다. 이러한 물질은 약한 무작위 π-π 적층으로 비정질임을 나타내었으며, D/A-CON-10 및 D/A-CON-16의 패턴 역시 π-π 적층으로 인해 같은 위치에서 더 강한 피크를 나타냈다. 상기 피크의 광도는 장거리 정렬의 부재를 시사하지만, D/A-CON에 대해 관찰된 더 높은 피크 강도는 그들의 1차원 접합체에서보다 많은 평면 모티프의 형성을 선호하는 것으로 알려진 그들의 BT 단위에 기인하였다.The powder crystals and structural sequence were investigated by powder X-ray diffraction (PXRD) analysis ( FIG. 6 ). The patterns of CON-10 and CON-16 showed a broad peak at 2θ 23°. These materials were shown to be amorphous with weak random π-π stacking, and the patterns of D/A-CON-10 and D/A-CON-16 also showed stronger peaks at the same position due to the π-π stacking. Although the luminosity of these peaks suggests a lack of long-range alignment, the higher peak intensities observed for D/A-CON were attributed to their BT units, which are known to favor the formation of more planar motifs than in their one-dimensional conjugates.

D/A-CON-10의 단위 구조는 이 샘플의 평탄성을 확인하기 위해 B3LYP/6-31G 밀도 기능 이론(DFT) 레벨에서 계산되었다. 최적화된 유닛 구조가 완전히 평면이기 때문에 D/A-CON-10의 네트워크 구조도 매우 평면적일 수 있다. 따라서, 모든 샘플은 고체 상태에서 나노 시트의 랜덤재조립(합성 동안 박리)으로 인한 환원된 그래핀 옥사이드(RGO)의 랜덤 터보스트라틱 구조를 나타내었다.The unit structure of D/A-CON-10 was calculated at the B3LYP/6-31G density functional theory (DFT) level to confirm the flatness of this sample. Since the optimized unit structure is completely planar, the network structure of D/A-CON-10 can also be very planar. Therefore, all samples exhibited random turbostratic structures of reduced graphene oxide (RGO) due to random reassembly (exfoliation during synthesis) of nanosheets in the solid state.

특히, D/A-CON-10은 PXRD 패턴에서 2θ

Figure pat00007
40°에서 비대칭 넓은 피크에 의해 반영된 바와 같이, 다른 샘플보다 더 강력한 구조를 가졌다. 모든 공유결합 유기 나노시트가 저각 영역에서 XRD 피크를 갖지 않음을 주목할 필요가 있으며, 이들 공유결합 유기 나노시트가 결정학적 ab-면 및 c-축을 따라 무작위로 적층되어 있음을 알 수 있다.In particular, D/A-CON-10 showed 2θ in the PXRD pattern.
Figure pat00007
It had a more robust structure than the other samples, as reflected by the asymmetric broad peak at 40°. It is worth noting that not all covalently bonded organic nanosheets have XRD peaks in the low-angle region, and it can be seen that these covalently bonded organic nanosheets are randomly stacked along the crystallographic ab-plane and c-axis.

모든 공유결합 유기 나노시트의 질소 흡착/탈착 등온선은 IUPAC 시스템에 따라 유형 II로 분류될 수 있다(도 7). 비록 모든 샘플이 P/P0 < 1에서 중요하지 않은 가스 흡수를 나타내었지만, 이 흡수는 P/P0 = 약 0.8까지 점진적으로 증가하였고, 0.8 < P/P0 ≤ 1에서 관찰된 급격한 흡수 증가는 샘플 나노 포어에서의 가스 모세관 응축에 기인한다. 그러나, P/P0 < 0.1에서, CON-10 및 CON-16은 D/A-CON보다 더 큰 초기 가스 흡수를 나타냈다.The nitrogen adsorption/desorption isotherms of all covalently bonded organic nanosheets can be classified as type II according to the IUPAC system (Fig. 7). Although all samples exhibited insignificant gas uptake at P/P 0 < 1, this uptake increased gradually until P/P 0 = about 0.8, and the sharp increase in absorption observed at 0.8 < P/P0 ≤ 1 was It is due to gas capillary condensation in the sample nanopores. However, at P/P 0 < 0.1, CON-10 and CON-16 showed greater initial gas uptake than D/A-CON.

CON-16, CON-10, D/A-CON-16 및 D/A-CON-10에 대해 300, 202, 160 및 89 ㎡/g의 Brunauer-Emmett-Teller(BET) 표면적이 얻어졌다. 또한, 용매열로 제조된 샘플은 환류 방법을 사용하여 제조된 동일한 조성물의 샘플보다 더 큰 BET 표면적을 가졌고, 투과 전자 현미경(TEM) 관찰은 용매열 반응에 의해 합성된 샘플이 더 낮은 밀도에 상응하는 것을 나타냄을 주목해야한다. 중합 반응에서 Pd(0) 촉매의 확산은 일반적으로 용액이 기계적으로 교반되지 않고 환류 시스템이 교반되어 균질한 혼합물을 얻기 때문에 용매열 공정 동안 용매의 자연 대류 흐름에 의존한다. 따라서, 용매열로 제조된 공유결합 유기 나노시트는 일반적으로 더 낮은 패킹 밀도를 갖는 더 많은 분지형 구조를 갖는 반면, 환류 방법을 통해 제조된 공유결합 유기 나노시트는 판형 구조를 갖는다.Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface areas of 300, 202, 160 and 89 m 2 /g were obtained for CON-16, CON-10, D/A-CON-16 and D/A-CON-10. In addition, the samples prepared by solvothermal had a larger BET surface area than samples of the same composition prepared using the reflux method, and transmission electron microscopy (TEM) observations showed that the samples synthesized by solvothermal reaction corresponded to a lower density. It should be noted that it indicates that Diffusion of Pd(0) catalyst in polymerization reaction relies on the natural convective flow of solvent during solvothermal process as the solution is usually not mechanically stirred and the reflux system is stirred to obtain a homogeneous mixture. Therefore, covalently bonded organic nanosheets prepared by solvothermal generally have a more branched structure with lower packing density, whereas covalently bonded organic nanosheets prepared through the reflux method have a plate-like structure.

이러한 경향은 또한 상이한 방법을 사용하여 제조된 샘플 사이에서 형태학적 및 기공 구조 차이를 초래한다. 여기에서, Barrett-Joyner-Halenda(BJH) 방법을 사용하여 계산된 기공 크기 분포를 고려하여 기공 구조 차이를 분석하였다(도 8). XRD 결과에서 볼 수 있듯이, D/A-CON은 무작위로 적층된 나노 시트로 구성되었으며, 결정학적 ab-평면 및 c-축을 따라 어떤 순서도 찾을 수 없었다. D/A-CON에서 이러한 불규칙한 층스택은 RGO의 넓은 기공 크기 분포에서 흔히 발견되는 매우 넓은 기공 크기 분포를 초래하였다. 모든 공유결합 유기 나노시트는 불규칙한 기공을 가졌지만, 용매로 제조된 공유결합 유기 나노시트는 환류 반응을 통해 얻은 동일한 조성의 것보다 더 많은 수의 큰 기공을 나타냈다.This trend also leads to morphological and pore structure differences between samples prepared using different methods. Here, the pore structure difference was analyzed in consideration of the pore size distribution calculated using the Barrett-Joyner-Halenda (BJH) method (FIG. 8). As can be seen from the XRD results, D/A-CON consisted of randomly stacked nanosheets, and no order was found along the crystallographic ab-plane and c-axis. This irregular layer stack in D/A-CON resulted in a very broad pore size distribution commonly found in the broad pore size distribution of RGO. All the covalently bonded organic nanosheets had irregular pores, but the covalently bonded organic nanosheets prepared with the solvent showed a larger number of large pores than those of the same composition obtained through the reflux reaction.

전하분극성은 제타 전위 분석에 의해 조사되었다(도 9). 예상한 바와 같이, D/A-CON의 표면 전하는 전자의 경우 강한 전기 음성 티아디아졸 잔기의 존재로 인해 n-CON의 표면 전하보다 더 큰 음의 값을 가졌다. UV-vis 분광법에 의해 밝혀진 바와 같이, 샘플의 더 낮은 밴드갭은 더 큰 전도도를 초래하였다. 합성 경로는 또한 재료 표면 전하 및 전도도에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.Charge polarizability was investigated by zeta potential analysis (FIG. 9). As expected, the surface charge of D/A-CON was more negative than that of n-CON due to the presence of strongly electronegative thiadiazole residues in the former case. As revealed by UV-vis spectroscopy, the lower bandgap of the sample resulted in greater conductivity. Synthetic pathways have also been found to influence material surface charge and conductivity.

분자 상호 작용에 대한 합성 경로의 영향은 각각 실리콘 웨이퍼와 구리 그리드에 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용액의 드롭캐스팅 후 자기-조립된 CON 형태의 주사전자현미경(SEM) 및 투과전자현미경(TEM) 관찰에 의해 조사되었다(도 10).The effect of synthetic pathways on molecular interactions was examined by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (SEM) of self-assembled CON morphology after drop-casting of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution on a silicon wafer and copper grid, respectively. It was investigated by microscopic (TEM) observation ( FIG. 10 ).

CON-10 및 CON-16의 형태는 이전 특허(등록번호 10-2061964)에서 보고된 것과 동일했으며, D/A-CON-10(도 10)은 그래핀과 그 유도체의 전형적인 형태로 무작위로 적층된 형태를 보여 주었고, D/A-CON-16(도 11)은 PXRD와 질소 흡착/탈착 결과와 잘 일치하는 그물 모양의 형태를 나타냈다.The shapes of CON-10 and CON-16 were the same as those reported in the previous patent (registration number 10-2061964), and D/A-CON-10 (FIG. 10) was randomly stacked in a typical shape of graphene and its derivatives. D/A-CON-16 (FIG. 11) showed a net-like morphology that was well consistent with the PXRD and nitrogen adsorption/desorption results.

D/A-CON의 입자 응집은 SEM에 의한 시트형 1차 형태의 확인을 복잡하게 하였다. 따라서, 이 정보는 TEM 측정에 의해 성공적으로 확인되었다. D/A-CON-10에는 불규칙한 모양이 있었지만 여러 장의 시트가 무작위로 쌓이는 것이 관찰되었다. D/A-CON-10의 시트와 비교하여, D/A-CON-16의 시트는 보다 다공성이었고, 후자의 D/A-CON 시트는 2D 구조를 유지하면서 쌓인 것처럼 보였다. 그러나, D/A-CON 및 n-CON 적층 형태의 콘트라스트 및 밝기의 비교는 이전 n-CON 샘플이 덜 적층된 시트를 가짐을 나타내었다. 따라서, PXRD 및 BET 결과에 의해 제안된 바와 같이, D/A-CON 샘플은 더 큰 음전하의 비편재화로 인한 시트 간 반발 증가로 인해 n-CON 대응물보다 더 박리될 것으로 예상되었다.Particle aggregation of D/A-CON complicated the identification of the sheet-like primary morphology by SEM. Therefore, this information was successfully confirmed by TEM measurements. Although D/A-CON-10 had an irregular shape, random stacking of multiple sheets was observed. Compared to the sheets of D/A-CON-10, the sheets of D/A-CON-16 were more porous, and the latter sheets of D/A-CON appeared to be stacked while maintaining the 2D structure. However, comparison of the contrast and brightness of the D/A-CON and n-CON stacked forms indicated that the previous n-CON samples had less stacked sheets. Therefore, as suggested by the PXRD and BET results, the D/A-CON samples were expected to delaminate more than their n-CON counterparts due to increased inter-sheet repulsion due to the delocalization of larger negative charges.

특히, TEM 분석은 D/A CON의 기저 간격이 0.34 내지 0.38 ㎚ 범위에 있음을 보여주었으며, 도 12 및 13에 삽입된 도면과 같이 RGO와 상당히 비슷한 형태를 보였다. 이 결과는 확대된 TEM 이미지에서 프린지 영역의 밝기 프로파일을 분석하여 합리화되었다. 기초 공간 정보와 함께, D/A-CON의 적층된 2D 시트의 수가 대략 10층 미만이고 RGO의 것보다 더 얇다는 것을 밝기 프로파일로부터 확인하였다. 따라서, 소듐 이온에 접근 가능한 D/A-CON의 면적이 2D 탄소 시트 대비 더 넓어 증가된 용량을 초래할 것으로 예상되었다.In particular, TEM analysis showed that the basal spacing of D/A CON was in the range of 0.34 to 0.38 nm, and showed a morphology quite similar to that of RGO as shown in FIGS. 12 and 13 . This result was rationalized by analyzing the brightness profile of the fringe region in the magnified TEM image. Together with the underlying spatial information, it was confirmed from the brightness profile that the number of stacked 2D sheets of D/A-CON was approximately less than 10 layers and thinner than that of RGO. Therefore, it was expected that the area of D/A-CON accessible to sodium ions was wider than that of the 2D carbon sheet, resulting in increased capacity.

D/A-CON의 소듐화/탈소듐화 성능은 0.01 내지 2.5 V의 잠재적인 창에 대해 0.1 mV/s의 스캔 속도로 15개의 연속 순환 전압 전류(CV) 주기를 적용하여 검사했다(도 14 및 15). 첫 번째 사이클에서 D/A-CON-10은 0.22 및 0.91 V에서 큰 비가역적 캐소딕 피크(cathodic peak)를 나타냈다(도 14). 0.91 V에서의 피크는 소듐 이온과 S-함유 작용기 사이의 상호 작용에 기인한 반면, 0.22 V에서의 피크는 전해질 분해 및 상이한 활성 위치에서의 고체 전해질 계면상(SEI, solid-electrolyte interphase)의 동반 형성에 기인한다. 그러나, 후속 사이클 후, D/A-CON-10의 환원 피크는 거의 사라지고, CV 프로파일은 5회 스캔 이후에 서로 중첩되어 가역적 소듐화/탈소듐화 과정을 암시한다. D/A-CON-10의 연속 사이클링에서 나타나는 0.7 V의 넓은 캐소딕 피크는 비교예의 CON에서는 관찰되지 않은 약한 상호 작용에 기인할 수 있는 용량성 공정에 의한 것일 수 있다. D/A-CON-10의 경우와 달리, D/A-CON-16의 첫 번째 CV 스캔(도 15) 동안 0.91 V에서 비가역적 캐소딕 피크는 관찰되지 않았지만, 전해질 분해에 해당하는 강한 캐소딕 피크와 SEI층 형성은 0.32 V에서 관찰되었다. 세 번째 스캔부터 CV 프로파일이 서로 겹치므로 D/A-CON-10의 경우보다 가역적인 수소화/탈수소화 과정을 나타낸다. 또한, D/A-CON-16의 연속 스캔 중에 1.1 V의 넓은 캐소딕 피크가 나타났으며, 이는 비교예의 CON과는 달리, 함유하는 CON 프레임 워크와 소듐 이온 사이의 상호 작용이 있음을 나타낸다. D/A-CON의 CV 프로파일은 D/A-CON-16의 경우 1.9/1.2 V 및 D/A-CON-10의 경우 1.9/0.8 V (vs Na/Na+)에서 강한 산화 환원 피크를 나타냈다. CV 프로파일에서의 이러한 고전압 히스테리시스는 공유결합 유기 나노시트 프레임 워크의 고가교 된 다공성 구조에 기인할 수 있다.The sodidation/desodiumization performance of D/A-CON was tested by applying 15 continuous cyclic voltammetry (CV) cycles at a scan rate of 0.1 mV/s for a potential window of 0.01 to 2.5 V (Fig. 14). and 15). In the first cycle, D/A-CON-10 exhibited large irreversible cathodic peaks at 0.22 and 0.91 V ( FIG. 14 ). The peak at 0.91 V is due to the interaction between sodium ions and S-containing functional groups, whereas the peak at 0.22 V is accompanied by electrolyte decomposition and solid-electrolyte interphase (SEI) at different active sites. due to the formation However, after the subsequent cycle, the reduction peak of D/A-CON-10 almost disappeared, and the CV profiles overlap each other after 5 scans, suggesting a reversible saturation/desodiumation process. The wide cathodic peak of 0.7 V that appears in the continuous cycling of D/A-CON-10 may be due to a capacitive process that may be attributed to a weak interaction not observed in the CON of Comparative Example. Unlike the case of D/A-CON-10, an irreversible cathodic peak at 0.91 V was not observed during the first CV scan of D/A-CON-16 (Fig. 15), but a strong cathodic corresponding to electrolyte decomposition. The peak and SEI layer formation were observed at 0.32 V. From the third scan, the CV profiles overlap each other, indicating a more reversible hydrogenation/dehydrogenation process than that of D/A-CON-10. In addition, a broad cathodic peak of 1.1 V appeared during the continuous scan of D/A-CON-16, indicating that there is an interaction between the containing CON framework and sodium ions, unlike the CON of the comparative example. The CV profile of D/A-CON showed strong redox peaks at 1.9/1.2 V for D/A-CON-16 and 1.9/0.8 V (vs Na/Na + ) for D/A-CON-10. . This high voltage hysteresis in the CV profile could be attributed to the highly crosslinked porous structure of the covalently bonded organic nanosheet framework.

소듐 이온이 D/A-CON에서 이종 원자 또는 이중 결합과의 공유 상호 작용에 의해 저장되면, CV 피크는 매우 날카로워야 한다. 그러나, 첫 번째 사이클 후 D/A-CON의 CV 프로파일에서, 모두 CV 피크는 매우 광범위한 특징을 가지고 있어, 소듐 이온과 D/A-CON 사이의 상호 작용이 문헌에서 발견된 것보다 현저하게 약하다는 것을 뒷받침한다. 이는, D/A-CON의 CV 프로파일은 소듐과 D/A-CON사이의 상호 작용이 비공유 결합에 기초한다는 것을 암시하는 것이다.If sodium ions are stored by covalent interactions with heteroatoms or double bonds in D/A-CON, the CV peak should be very sharp. However, in the CV profiles of D/A-CON after the first cycle, all CV peaks have very broad features, indicating that the interaction between sodium ions and D/A-CON is significantly weaker than that found in the literature. support that This suggests that the CV profile of D/A-CON suggests that the interaction between sodium and D/A-CON is based on a non-covalent bond.

상세한 전하 저장 메커니즘은 다양한 스캔 속도(0.10 내지 0.80 mV/s)로 각각의 합성된 CON을 함유하는 코인 셀의 CV 사이클링에 의해 조사되었다. 사이클링 초기 단계에서 용량 페이딩의 영향을 제거하기 위해 0.1 mV/s의 스위프 속도로 10회 연속 스캔한 후 CV 프로파일(도 16 및 17)을 기록했다. 그리고 전하 저장 메커니즘을 결정하기 위해 전력 법칙 관계가 사용되었다(예: 확산 제어의 기여양극의 패러데이 및 용량성 프로세스). 전력 법칙 관계는 i = aνb로 표현되며, 여기서 I는 전류, ν는 스캔 속도, a 및 b는 전하 저장 동작과 관련된 변수다. 특히, b는 애노드의 전하 저장 메커니즘과 관련이 있으며 CV 프로파일의 특정 전압에 대한 log(i) vs. log(ν) 플롯의 기울기에서 파생될 수 있다(도 18 및 19). 일반적으로, b = 0.5는 확산 제어된 패러데이 메커니즘을 나타내고, b = 1은 전하 저장이 용량성 프로세스에 의해 제어됨을 의미한다. D/A-CON-10(도 18)의 경우, 0.6(도 16의 피크 B) 및 2V(도 16의 피크 A)에서 각각 0.71 및 0.63의 b값이 얻어졌다. D/A-CON-16(도 19)의 경우, 0.6(도 17의 피크 B) 및 2V(도 17의 피크 A)에서 각각 0.79 및 0.66의 b 값이 얻어졌다. D/A-CON은 b값이 0.5인 종래의 배터리형 전극보다 훨씬 큰 b값을 갖는다. 용량성 공정의 이러한 높은 기여는 소듐 이온과 D/A-CON의 분극성 표면 사이의 약한 상호 작용에 기인할 수 있다. 이러한 결과는 D/A-CON에서의 소듐 저장 메카니즘이 주로 표면 반응에 의해 지배됨을 나타내고, 소듐 저장 반응이 소듐 이온과 높은 분극성을 갖는 D/A-CON 표면 사이의 비공유 상호 작용과 관련됨을 시사한다. 또한, 모든 CV 프로파일에 대한 음극 및 양극 전류가 스캔 속도의 제곱근에 비례한다는 점을 감안할 때, D/A-CON 샘플의 전하 저장 메커니즘은 주로 물질 전달 공정에 의해 좌우된다고 볼 수 있다.The detailed charge storage mechanism was investigated by CV cycling of coin cells containing each synthesized CON at various scan rates (0.10 to 0.80 mV/s). CV profiles (Figs. 16 and 17) were recorded after 10 consecutive scans with a sweep rate of 0.1 mV/s to eliminate the effect of capacity fading in the early stages of cycling. And power law relationships were used to determine the charge storage mechanism (eg, the contribution of diffusion control to the Faraday and capacitive processes of the anode). The power law relationship is expressed as i = aν b , where I is the current, ν is the scan rate, and a and b are variables related to the charge storage operation. In particular, b is related to the charge storage mechanism of the anode, and the log(i) vs. log(i) vs. It can be derived from the slope of the log(v) plot ( FIGS. 18 and 19 ). In general, b = 0.5 indicates a diffusion-controlled Faraday mechanism, and b = 1 means that charge storage is controlled by a capacitive process. In the case of D/A-CON-10 (Fig. 18), b values of 0.71 and 0.63 were obtained at 0.6 (peak B in Fig. 16) and 2V (peak A in Fig. 16), respectively. For D/A-CON-16 (Fig. 19), b values of 0.79 and 0.66 were obtained at 0.6 (peak B in Fig. 17) and 2V (peak A in Fig. 17), respectively. D/A-CON has a much larger b-value than a conventional battery-type electrode having a b-value of 0.5. This high contribution of the capacitive process can be attributed to the weak interaction between sodium ions and the polarizable surface of D/A-CON. These results indicate that the sodium storage mechanism in D/A-CON is mainly dominated by the surface reaction, suggesting that the sodium storage reaction is related to the non-covalent interaction between sodium ions and the highly polarizable D/A-CON surface. do. In addition, given that the cathode and anode currents for all CV profiles are proportional to the square root of the scan rate, it can be seen that the charge storage mechanism of the D/A-CON sample is mainly governed by the mass transfer process.

CON 단량체의 결합에 따른 밴드갭, 전도도, 형태 및 다공성 제어가 궁극적으로 소듐 저장 성능을 비정상적으로 향상시켰으므로, 100, 300, 500, 700, 900 및 1000 mA h/g의 전류 밀도에서 소듐이온 배터리의 애노드로써 합성된 공유결합 유기 나노시트에 대해 충방전 측정이 수행되었다. 여기서 각 전류 밀도는 5회 연속 사이클 동안 적용되었다. 또한 1000 mAh/g에서 여러 번 사이클 한 후 전류 밀도는 도 20 및 21과 같이 특정 전위 창(vs. Na+/Na)내에서 100 mAh/g로 되돌아갔다. 모든 샘플에서, 첫 번째 방전 주기는 SEI층의 형성과 관련하여 0.5(±0.25) V에서 잘 발달된 안정기를 나타냈다. SEI층 형성으로 인한 D/A-CON-10(도 20) 및 D/A-CON-16 (도 21)의 첫 번째 방전 용량은 각각 860 및 880 mAh/g이었며, CON-10의 방전용량 1,030 mAh/g)보다 낮았다. 이는 D/A-CON이 비교예의 CON보다 외부 표면적이 낮기 때문에 SEI층 형성이 더 낮고 D/A-CON의 가역성이 훨씬 높다는 것을 의미한다. 위에서 언급한 바와 같이, D/A-CON 샘플은 비교예의 CON 샘플보다 밴드갭이 더 작으므로 CON-10의 경우에서 발생하는 것과 비교하여 비가역적인 충전/방전 반응을 상당히 억제하였다. CON-16(850 mAh/g)의 첫 번째 사이클 방전 용량은 저대역갭 D/A-CON의 방전 용량과 비슷하지만, 후자의 샘플의 방전 용량은 각 연속 사이클에서 n-CON의 방전 용량을 초과했다. 저대역갭 D/A-CON 샘플은 비가역적인 방전/충전과정을 보다 효과적으로 억제했다. 그러나 1000 mAh/g의 스캔 속도에서 모든 CON 샘플은 유사한 방전 용량을 보여주었다. 즉, 이러한 높은 스캔 속도에서 D/A-CON조차도 많은 양의 저장된 소듐 이온에 대해 백본을 통해 효과적으로 분극될 수 없었다.Sodium-ion batteries at current densities of 100, 300, 500, 700, 900 and 1000 mA h/g, as bandgap, conductivity, morphology and porosity control by incorporation of CON monomers ultimately abnormally improved sodium storage performance. Charge-discharge measurements were performed on the covalently bonded organic nanosheets synthesized as anodes of Here each current density was applied for 5 consecutive cycles. Also, after several cycles at 1000 mAh/g, the current density returned to 100 mAh/g within a specific potential window (vs. Na + /Na) as shown in FIGS. 20 and 21 . In all samples, the first discharge cycle showed a well-developed plateau at 0.5 (±0.25) V with respect to the formation of the SEI layer. The first discharge capacities of D/A-CON-10 (FIG. 20) and D/A-CON-16 (FIG. 21) due to the SEI layer formation were 860 and 880 mAh/g, respectively, and the discharge capacity of CON-10 1,030 mAh/g). This means that the SEI layer formation is lower and the reversibility of D/A-CON is much higher because D/A-CON has a lower external surface area than CON of Comparative Example. As mentioned above, since the D/A-CON sample has a smaller bandgap than the CON sample of Comparative Example, the irreversible charge/discharge reaction was significantly suppressed compared to that occurring in the case of CON-10. The first cycle discharge capacity of CON-16 (850 mAh/g) is comparable to that of the low-bandgap D/A-CON, but the discharge capacity of the latter sample exceeds that of n-CON in each successive cycle. did. The low-gap D/A-CON sample suppressed the irreversible discharge/charge process more effectively. However, at a scan rate of 1000 mAh/g, all CON samples showed similar discharge capacities. That is, even D/A-CON at such a high scan rate could not be effectively polarized through the backbone for a large amount of stored sodium ions.

CON 전기 전도도 및 질량 확산도는 전기 화학적 임피던스 분광법 (EIS)을 사용하여 결정되었으며 RGO와 비교되었다(도 22). EIS 플롯에서 고주파수 영역의 반원 반경은 일반적으로 전하 캐리어 전도도 지수인 반면, 저주파 범위의 Warburg 계수 값은 이온 이동도를 나타낸다. 고주파수에서 D/A-CON은 비교예의 CON보다 작은 반원 반경을 보였으며 RGO는 더 높은 전하 캐리어 전도성을 나타냈다. 또한, D/A-CON-16의 전도도는 다른 샘플의 전도도보다 높았지만 CON-16의 전도도에 필적했다.CON electrical conductivity and mass diffusivity were determined using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and compared to RGO (Fig. 22). In the EIS plot, the radius of the semicircle in the high frequency region is usually the charge carrier conductivity index, whereas the Warburg coefficient value in the low frequency range indicates the ion mobility. At high frequency, D/A-CON showed smaller semicircular radius than CON of comparative example, and RGO showed higher charge carrier conductivity. Also, the conductivity of D/A-CON-16 was higher than that of the other samples, but comparable to that of CON-16.

따라서, 분자 패킹 구조의 X-선 회절, SEM 및 TEM 조사에 따르면, 초유량 구조화된 CON 샘플의 느슨하게 패킹된 형태는 보다 우수한 전하 캐리어 전도성을 보장하고 p-오비탈 중첩을 통해 백본을 통한 π-π* 전이를 통한 분자 간 전하 운반체 호핑을 통해 전하 캐리어 수송이보다 유리하다는 것을 암시한다. 또한, SEI층의 형성은 제1사이클에서 큰 방전 용량의 주요 요인이 SEI의 형성에 기인하기 때문에 제1 충전/방전 사이클에서 쿨롱 효율의 비교에 의해 검증되었다. 따라서 첫 번째 주기에서 D/A-CON-16 및 D/A-CON-10의 쿨롱 효율(각각 68.5% 및 58.0%)이 CON-16 및 CON- 10(각각 39.2% 및 33.4%)보다 훨씬 높았다. 이러한 결과는 밴드갭 감소로 인한 증가된 전기 전도성이 SEI 층의 형성을 방해한다는 것을 지지한다. 비교예의 CON과 비교할 때 D/A-CON의 이러한 향상된 전기 전도도는 DFT 계산에 의해 명확하게 지원된다. 여기서 D/A-CON은 비교예의 CON보다 훨씬 더 평면적인 구조를 갖는다. 전하 운반체 전도도의 경향과 달리, RGO는 가장 낮은 Warburg 계수를 나타내고, 비교예의 CON 샘플은 D/A-CON 샘플보다 낮은 Warburg 계수를 나타냈다. 즉, D/A-CON-10 및 D/A-CON-16은 열악한 이온 전달 특성을 나타냈다(도 22의 (b)). 이 동작은 주로 (i) RGO 프레임 워크에서 이종 원자의 농도가 임의의 CON 샘플에서보다 훨씬 낮으며 (ii) 소듐 이온이 쉽게 이온화 될 수 있기 때문에 소듐 이온에 대한 이종 원자의 강한 친화성에 기인한다. 따라서 RGO 프레임워크 전체의 소듐 이온 플럭스 저항은 비교예의 CON 샘플의 경우보다 낮았으며, CON-10 및 CON-16의 Warburg 계수는 RGO의 계수보다 컸다. 이 이론적 근거에 따르면, CON-10과 비교하여 CON-16의 낮은 Warburg 계수는 이전의 경우 더 넓은 표면적 (300 vs. 200 ㎡/g, 문헌에 보고된 바와 같이 CON-16의 느슨하게 포장된 형태). D/A-CON-10 및 D/A-CON-16을 제공하기 위해 CON-10 및 CON-16의 유사한 구조에 BT 단위의 포함은 S 및 N과 같은보다 정전기적으로 유리한 헤테로 원자의 수를 증가시켰다. D/A-CON의 헤테로 원자의 밀도는 n-CON의 것보다 훨씬 크며, D/ A-CON은 n-CON보다 소듐 이온 저장에 대한 더 큰 분극성을 가지므로 D/A-CON의 에너지 밀도가 향상된다.Therefore, according to X-ray diffraction, SEM, and TEM investigation of molecular packing structures, the loosely packed morphology of the superflow structured CON sample ensures better charge carrier conductivity and π-π through the backbone through p-orbital superposition. * imply that charge carrier transport is more favorable through intermolecular charge carrier hopping through transitions. In addition, the formation of the SEI layer was verified by comparison of the coulombic efficiency in the first charge/discharge cycle because the main factor of the large discharge capacity in the first cycle is due to the formation of the SEI. Therefore, in the first cycle, the coulombic efficiencies of D/A-CON-16 and D/A-CON-10 (68.5% and 58.0%, respectively) were significantly higher than that of CON-16 and CON-10 (39.2% and 33.4%, respectively). . These results support that the increased electrical conductivity due to the bandgap reduction prevents the formation of the SEI layer. This improved electrical conductivity of D/A-CON compared to the CON of the comparative example is clearly supported by the DFT calculation. Here, the D/A-CON has a much more planar structure than the CON of the comparative example. Contrary to the trend of charge carrier conductivity, RGO exhibited the lowest Warburg coefficient, and the CON sample of the comparative example exhibited a lower Warburg coefficient than the D/A-CON sample. That is, D/A-CON-10 and D/A-CON-16 showed poor ion transport properties (FIG. 22 (b)). This behavior is mainly due to the strong affinity of heteroatoms for sodium ions because (i) the concentration of heteroatoms in the RGO framework is much lower than in any CON sample and (ii) sodium ions can be easily ionized. Therefore, the sodium ion flux resistance of the entire RGO framework was lower than that of the CON sample of Comparative Example, and the Warburg coefficients of CON-10 and CON-16 were larger than those of RGO. According to this rationale, the lower Warburg modulus of CON-16 compared to CON-10 resulted in a larger surface area (300 vs. 200 m/g, loosely packed form of CON-16 as reported in the literature) in the previous case. . The inclusion of BT units in the similar structures of CON-10 and CON-16 to give D/A-CON-10 and D/A-CON-16 allows for the number of more electrostatically favorable heteroatoms such as S and N. increased. The density of heteroatoms in D/A-CON is much larger than that of n-CON, and D/A-CON has a greater polarizability for sodium ion storage than n-CON, so the energy density of D/A-CON is is improved

결과적으로 비교예의 CON과 비교하여 D/A-CON은 소듐 이온 저장에 더 유리한 구조를 가진다. 비록 이러한 강한 분극성은 그들의 백본을 통한 이온 이동도를 감소시켰지만, 더 높은 용량을 가졌다. 도 16 내지 19에 대한 상기 연구에서 언급된 바와 같이, D/A-CON의 소듐 저장 메커니즘은 유사 용량성 공정 및 확산제어된 패러데이 메커니즘에 의해 적절히 설명될 수 있음이 밝혀졌다. 따라서 CV 프로파일을 추가로 분석하여 도 23 내지 25와 같이 이 두 메커니즘의 세부 기여 비율을 명확하게 알 수 있다. 스캔 속도가 0.1에서 0.8 mV/s로 증가함에 따라 D/A-CON-10의 의사 용량성 기여는 56.1에서 78.3%로 변화되었다. 흥미롭게도, D/A-CON-16은 각각의 스캔 속도에서 61.5 내지 81.2%로 변하는 D/A-CON-10보다 의사 용량의 상당히 큰 기여를 나타냈다. D/A-CON-16은 도 7에서 입증된 D/A-CON-10보다 접근성이 높은 표면적을 가지기 때문에 D/A-CON-16에 대한 의사 용량의 높은 기여는 소듐 이온 간의 비특이적 표면 상호 작용에 기인할 수 있다. 따라서 이러한 결과는 소듐 저장이 D/A-CON에서의 메카니즘은 주로 표면 반응에 의해 지배되었고, 소듐 저장 반응은 소듐 이온과 D/A-CON의 고도로 편광된 표면 사이의 비공유 상호 작용과 관련이 있다.As a result, compared to the CON of the comparative example, D/A-CON has a more advantageous structure for sodium ion storage. Although this strong polarizability reduced ion mobility through their backbone, they had a higher capacity. 16-19, it has been found that the sodium storage mechanism of D/A-CON can be adequately explained by a quasi-capacitive process and diffusion-controlled Faraday mechanism. Therefore, by further analyzing the CV profile, the detailed contribution ratio of these two mechanisms can be clearly identified as shown in FIGS. 23 to 25 . As the scan rate increased from 0.1 to 0.8 mV/s, the pseudocapacitive contribution of D/A-CON-10 changed from 56.1 to 78.3%. Interestingly, D/A-CON-16 showed a significantly greater contribution of pseudo-dose than D/A-CON-10, varying from 61.5 to 81.2% at each scan rate. Because D/A-CON-16 has a more accessible surface area than D/A-CON-10 demonstrated in Fig. 7, the high contribution of the pseudo-dose to D/A-CON-16 is due to the non-specific surface interactions between sodium ions. can be attributed to Therefore, these results suggest that the mechanism of sodium storage in D/A-CON was mainly dominated by surface reactions, and the sodium storage reaction is related to non-covalent interactions between sodium ions and the highly polarized surface of D/A-CON. .

BT 단위 포함의 영향을 보다 잘 이해하기 위해 D/A-CON 및 비교예의 CON 샘플의 사이클링 성능 및 속도 기능을 5 단계마다 정전류 밀도 변화에 따른 방전 용량을 측정하였으며, 초기 30 사이클(첫 주기) 후 두 번째 주기에서 정전류 밀도 100 mAh/g에서의 D/A-CON-10의 가역 방전 용량은 450 mAh/g이었으며, CON-10의 가역 방전 용량은 340 mAh/g이었다. 아울러, 300, 500, 700, 900 및 1000 mAh/g 각각에서의 D/A-CON-10의 평균 방전 용량은 각각 434, 373, 350, 273 및 133 mAh/g인 반면 CON-10의 경우 236, 173, 146, 101 및 97 mAh/g이었다(도 26).In order to better understand the effect of BT unit inclusion, the cycling performance and rate function of D/A-CON and CON samples of comparative examples were measured for discharge capacity according to constant current density change every 5 steps, and after the initial 30 cycles (first cycle) In the second cycle, the reversible discharge capacity of D/A-CON-10 at a constant current density of 100 mAh/g was 450 mAh/g, and that of CON-10 was 340 mAh/g. In addition, the average discharge capacity of D/A-CON-10 at 300, 500, 700, 900 and 1000 mAh/g, respectively, was 434, 373, 350, 273 and 133 mAh/g, respectively, whereas that of CON-10 was 236 , 173, 146, 101 and 97 mAh/g ( FIG. 26 ).

또한, 초기 30 사이클(첫 주기) 후 두 번째 주기에서 정전류 밀도 100 mAh/g에서의 D/A-CON-16의 가역 방전 용량은 534 mAh/g이었으며, CON-16의 가역 방전 용량은 320 mAh/g이었다. 아울러, 300, 500, 700, 900 및 1000 mAh/g 각각에서의 D/A-CON-16의 평균 방전 용량은 각각 485, 402, 392, 353 및 245 mAh/g인 반면, CON-16의 경우 253, 191, 164, 147 및 123 mAh/g이었다(도 27).In addition, in the second cycle after the initial 30 cycles (first cycle), the reversible discharge capacity of D/A-CON-16 at a constant current density of 100 mAh/g was 534 mAh/g, and the reversible discharge capacity of CON-16 was 320 mAh /g. In addition, the average discharge capacity of D/A-CON-16 at 300, 500, 700, 900 and 1000 mAh/g, respectively, is 485, 402, 392, 353 and 245 mAh/g, respectively, whereas in the case of CON-16 253, 191, 164, 147 and 123 mAh/g (FIG. 27).

다시 100 mAh/g로 복귀한 후, 즉 세 번째 주기에서 정전류 밀도 100 mAh/g에서의 D/A-CON-16의 평균 방전 용량은 453 mAh/g으로, 두 번째 주기 값의 85%이었으며, D/A-CON-10은 430 mAh/g으로 두 번째 주기 값의 95%로 회복되었다.After returning to 100 mAh/g again, that is, in the third cycle, the average discharge capacity of D/A-CON-16 at a constant current density of 100 mAh/g was 453 mAh/g, which was 85% of the value of the second cycle, D/A-CON-10 recovered to 95% of the second cycle value at 430 mAh/g.

30 번째 사이클 후의 D/A-CON-10의 방전 용량은 D/A-CON-16의 방전 용량보다 더 큰 변화를 나타냈다. 따라서 평균값이 두 번째 주기 값의 최대 85%로 복원되었다. 게다가, D/A-CON은 동일한 경로 및 RGO를 통해 합성된 비교예의 CON보다 높은 방전 용량 및 속도 성능을 나타냈다. 또한, D/A-CON-16의 값은 D/A-CON-10의 값보다 지속적으로 높았다. 특히, D/A-CON-10 및 D/A-CON-16의 방전 용량은 CON-10 및 CON-16의 방전 용량보다 각각 약 2 배 및 1.8 배 높았습니다. BT 단위를 포함하는 저대역갭 공유결합 유기 나노시트는 다른 CON 및 RGO보다 높은 전하 캐리어 전도도를 나타냈으며, 매 사이클마다 높은 방전 용량 증가는 주로 이온 플럭스의 결과보다는 강한 전자-결함(이 경우, BT) 단위의 도입을 통한 밴드 갭임을 밝혔다. D/A-CON-10과 D/A-CON-16의 방전 용량을 비교하면 전극 성능 향상을 위해 소듐 이온과 BT 단위 사이의 표면적을 증가시키는 것이 중요하다는 것을 확인했다. D/A-CON-10 및 D/A-CON-16의 장기 사이클링 성능도 30 사이클 후 최대 150 사이클까지 전류 밀도를 100 mA/g로 유지하면서 조사되었다(도 28). 결과는 D/A-CON-16이 우수한 가역적이며 안정적인 충전/방전 특성을 보였으며, 이는 보다 빠른 충전 수송 및 장기 사이클링을 위한 용이한 질량 플럭스 특성을 나타낸다.The discharge capacity of D/A-CON-10 after the 30th cycle showed a larger change than that of D/A-CON-16. Therefore, the average value was restored to a maximum of 85% of the value of the second period. Moreover, D/A-CON showed higher discharge capacity and rate performance than CON of comparative example synthesized through the same route and RGO. In addition, the value of D/A-CON-16 was consistently higher than that of D/A-CON-10. In particular, the discharge capacities of D/A-CON-10 and D/A-CON-16 were approximately 2 times and 1.8 times higher than those of CON-10 and CON-16, respectively. Low-bandgap covalent organic nanosheets containing BT units exhibited higher charge carrier conductivities than other CON and RGO, and the high discharge capacity increase with every cycle was mainly a result of strong electron-defects (in this case, BT ) revealed that it is a band gap through the introduction of units. Comparing the discharge capacities of D/A-CON-10 and D/A-CON-16 confirmed that it is important to increase the surface area between sodium ions and BT units for improving electrode performance. The long-term cycling performance of D/A-CON-10 and D/A-CON-16 was also investigated while maintaining the current density at 100 mA/g up to 150 cycles after 30 cycles ( FIG. 28 ). The results showed that D/A-CON-16 showed excellent reversible and stable charge/discharge properties, indicating faster charge transport and easy mass flux properties for long-term cycling.

상기 전술한 내용을 하기 표 1에 정리하였다.The above-mentioned contents are summarized in Table 1 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 D/A-CON-10D/A-CON-10 D/A-CON-16D/A-CON-16 CON-10CON-10 CON-16CON-16 메소 기공 직경 (㎚)Mesopore diameter (nm) 4.14.1 4.14.1 2.82.8 2.82.8 밴드갭 (eV)Bandgap (eV) 1.651.65 1.601.60 1.911.91 1.911.91 BET 표면적 (㎡/g)BET surface area (m2/g) 8989 160160 202202 300300 1 주기 쿨롱 효율 (%)1 Cycle Coulomb Efficiency (%) 58.058.0 68.568.5 33.433.4 39.239.2 2 주기2 cycles
방전 용량 (mAh/g)Discharge capacity (mAh/g)
정전류밀도 100 mAh/gConstant current density 100 mAh/g 450450 534534 340340 320320
정전류밀도 300 mAh/gConstant current density 300 mAh/g 434434 485485 236236 253253 정전류밀도 500 mAh/gConstant current density 500 mAh/g 373373 402402 173173 191191 정전류밀도 700 mAh/gConstant current density 700 mAh/g 350350 392392 146146 164164 정전류밀도 900 mAh/gConstant current density 900 mAh/g 273273 353353 101101 147147 정전류밀도 1000 mAh/gConstant current density 1000 mAh/g 133133 245245 9797 123123

이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described with reference to specific matters and limited examples as described above, these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and the present invention belongs to Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (8)

하기 화학식 1을 만족하는 공유결합 기반 반복 단위체를 포함하는 것을 특징으로 하는 공유결합 유기 나노시트.
[화학식 1]
Figure pat00008

(상기 화학식 1에서,
X는 하기 화학식 1-1로 표시되는 3가의 연결기이며,
Y는 하기 화학식 1-2로 표시되는 2가의 연결기이고,
n은 10 내지 200의 정수이며,
*는 결합부위이다.
[화학식 1-1]
Figure pat00009

[화학식 1-2]
Figure pat00010
)
A covalently bonded organic nanosheet comprising a covalent bond-based repeating unit satisfying the following formula (1).
[Formula 1]
Figure pat00008

(In Formula 1,
X is a trivalent linking group represented by the following formula 1-1,
Y is a divalent linking group represented by the following formula 1-2,
n is an integer from 10 to 200,
* is a binding site.
[Formula 1-1]
Figure pat00009

[Formula 1-2]
Figure pat00010
)
제 1항에 있어서,
상기 공유결합 유기 나노시트는 3.5 내지 4.5 ㎚ 크기의 메소 기공을 가지는 것인, 공유결합 유기 나노시트.
The method of claim 1,
The covalently bonded organic nanosheet will have a mesopore size of 3.5 to 4.5 nm, the covalently bonded organic nanosheet.
제 1항에 있어서,
상기 공유결합 유기 나노시트는 1.85 eV 이하의 밴드갭을 가지는 것인, 공유결합 유기 나노시트.
The method of claim 1,
The covalently bonded organic nanosheet will have a band gap of 1.85 eV or less, the covalently bonded organic nanosheet.
제 1항 내지 제 3항에서 선택되는 어느 한 항의 공유결합 유기 나노시트를 제조하기 위한 방법으로,
(트리메틸스타닐티오펜-2-일)벤조[c][1,2,5]티아디아졸 및 2,4,6-트리스(5-브로모티오펜-2-일)-1,3,5-트리아진을 공유 결합 반응시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공유결합 유기 나노시트의 제조 방법.
A method for preparing the covalently bonded organic nanosheet of any one of claims 1 to 3,
(trimethylstannylthiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole and 2,4,6-tris(5-bromothiophen-2-yl)-1,3,5- Covalently reacting the triazine;
제 4항에 있어서,
상기 공유 결합 반응은 환류 반응 또는 용매열 반응을 통해 수행되는 것인, 공유결합 유기 나노시트의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The covalent bonding reaction will be carried out through a reflux reaction or a solvothermal reaction, a method for producing a covalently bonded organic nanosheet.
제 1항 내지 제 3항에서 선택되는 어느 한 항의 공유결합 유기 나노시트를 포함하는 박막.
A thin film comprising the covalently bonded organic nanosheet of any one of claims 1 to 3.
제 1항 내지 제 3항에서 선택되는 어느 한 항의 공유결합 유기 나노시트를 포함하는 이차전지.
A secondary battery comprising the covalently bonded organic nanosheet of any one of claims 1 to 3.
제 7항에 있어서,
상기 이차전지는 소듐이온 배터리인, 이차전지.
8. The method of claim 7,
The secondary battery is a sodium ion battery, a secondary battery.
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