KR20220119981A - Palladium-Reduced Graphene Oxide Composite and Preparing Method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
팔라듐-환원그래핀 복합체 및 그 제조 방법이 제공된다. Provided are a palladium-reduced graphene composite and a method for preparing the same.
고체 수소 저장 물질의 상용화를 위한 이론적 연구의 소재로 팔라듐 금속이 광범위하게 활용되고 있다. 팔라듐의 나노 스케일화, 합금화, 격자변형(lattice strain) 등을 통해, 팔라듐의 수소 저장 성능의 향상을 이끌어내는 연구가 진행되고 있다. 나노 입자의 격자변형은 수소의 흡수 및 방출의 열역학적 특성을 크게 변화시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 나노 입자를 제어하기 위해, 외부에서 임의로 나노 입자에 압축 응력을 가하여 격자변형을 유도한 후, 나노 입자의 수소 저장 특성의 변화를 관찰하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 이러한 연구들은 주로 필름 형태의 금속을 이용하기 때문에 나노 입자에 곧바로 적용될 수 없고, 압축이 특정한 방향에서만 발생하는 한계를 갖고 있다.Palladium metal is widely used as a material for theoretical research for the commercialization of solid hydrogen storage materials. Research on improving the hydrogen storage performance of palladium through nanoscale, alloying, and lattice strain of palladium is being conducted. It is known that the lattice transformation of nanoparticles significantly changes the thermodynamic properties of hydrogen absorption and emission. In order to control these nanoparticles, after inducing lattice deformation by arbitrarily applying a compressive stress to the nanoparticles from the outside, research is underway to observe the change in the hydrogen storage properties of the nanoparticles. However, since these studies mainly use metal in the form of a film, they cannot be directly applied to nanoparticles, and there is a limitation that compression occurs only in a specific direction.
종래 연구에 따르면, 30 nm 이상의 나노 입자를 합성하기 위해서, 작은 크기의 시드 나노 입자를 먼저 합성한 후 성장시키는 두 가지 단계가 필요하다. 이러한 단계에서 굉장히 많은 표면안정제가 요구되기 때문에, 불필요하게 많은 합성 및 정제 과정이 수반된다. 또한 종래의 연구에 따르면, 팔라듐 나노 입자와 환원그래핀의 복합체 합성 과정은 각각의 물질을 독립적으로 환원시킨 후 혼합하는 방법을 사용하기 때문에, 나노 입자가 환원그래핀 사이로 많이 들어가지 못하고, 환원그래핀의 표면에 약한 인력으로 흡착된다. 이러한 종래 연구에 따른 복합체는 반복되는 수소 저장의 순환에서 장기적인 안정성이 떨어지며, 적은 주기(cycle)에서도 수소 저장 용량 및 속도 성능이 낮아진다.According to prior research, in order to synthesize nanoparticles of 30 nm or larger, two steps are required to first synthesize and grow small-sized seed nanoparticles. Since a very large amount of surface stabilizer is required in this step, many synthesis and purification processes are unnecessarily involved. In addition, according to prior research, since the composite synthesis process of palladium nanoparticles and reduced graphene uses a method of independently reducing and mixing each material, the nanoparticles do not enter between the reduced graphene, and the reduced graphene It is adsorbed on the surface of the pin by weak attraction. The composite according to this prior study has poor long-term stability in repeated hydrogen storage cycles, and the hydrogen storage capacity and rate performance are lowered even in a small cycle.
종래에 발표된 팔라듐-환원그래핀 복합체 합성 관련 논문들에 따르면, 팔라듐과 환원그래핀 각각의 물질들을 독립적으로 합성 및 환원 후 혼합하는 공정을 거치기 때문에 환원그래핀의 표면에 흡착된 팔라듐 나노 입자가 불안정한 상태에 있다. 다만, 팔라듐과 그래핀의 원팟(one-pot) 공정의 합성법도 다수 소개되었으나, 이들 합성법에 따르면 10 nm 이하의 나노 입자만을 합성하기 때문에, 다양한 입자 크기에 따른 수소 저장 성능을 연구하는데 한계가 있다. 또한 종래에 발표된 팔라듐 금속이 받는 응력과 수소 저장 성능에 관한 연구는 주로 필름 형태 또는 합금 형태에 한하여 수행되었기 때문에 다양한 종류와 크기의 금속 나노 입자에 적용하기가 까다로웠다.According to the previously published papers on the synthesis of palladium-reduced graphene composites, palladium nanoparticles adsorbed on the surface of reduced graphene are absorbed through the process of independently synthesizing and reducing each material of palladium and reduced graphene and then mixing them. is in an unstable state. However, a number of syntheses of palladium and graphene one-pot processes have been introduced, but according to these synthesis methods, only nanoparticles of 10 nm or less are synthesized, so there is a limit to studying hydrogen storage performance according to various particle sizes. . In addition, the research on the stress and hydrogen storage performance of palladium metal, which was previously published, was mainly performed in the form of a film or an alloy, so it was difficult to apply it to metal nanoparticles of various types and sizes.
관련 선행문헌으로, 한국등록특허 10-1613437은 "팔라듐 나노덴드라이트―그래핀 나노하이브리드 기반 수소센서 및 그 제조 방법"을 개시하고, 한국등록특허 10-1617165는 "팔라듐 나노 큐브―그래핀 하이브리드 기반 수소센서 및 그 제조 방법"을 개시한다.As a related prior document, Korean Patent No. 10-1613437 discloses "palladium nanodendrite-graphene nanohybrid-based hydrogen sensor and method for manufacturing the same", and Korean Patent No. 10-1617165 discloses "palladium nanocube-graphene hybrid-based A hydrogen sensor and a method for manufacturing the same” are disclosed.
그러나, 이러한 선행특허들에서는, 30 nm 이상의 팔라듐 나노 입자와 환원그래핀의 복합체를 합성하기 위해, 나노 입자를 먼저 합성 후 산화그래핀과 혼합하여 산소 작용기를 제거하는 과정을 거친다. 이러한 합성은 팔라듐 나노 입자가 그래핀 층 사이에서 성장하는 것이 아니라 그래핀 표면에 흡착되기 때문에, 수소 흡수 및 방출 과정에서 복합체의 안정성이 떨어진다. 또한 이러한 합성에 따른 복합체의 구조는 팔라듐 나노 입자가 그래핀에 의해 완전히 감싸진 형태가 아니기 때문에, 그래핀 시트가 충분히 응력을 전달하지 못하여 압축 응력과 수소 저장 성능의 관계를 밝히는 데 한계가 있다. 또한 팔라듐 나노 입자 합성 단계에서 시드 매개 성장법을 사용하여 팔라듐 나노 입자의 크기를 성장시키는데, 이러한 성장법은 산화그래핀 용액과 혼합하는 단계와 함께 전체적인 공정을 복잡하게 만든다. 또한, 이러한 선행특허들에서의 팔라듐-환원그래핀 복합체는 각각의 물질의 합성을 독립적으로 진행하기 때문에 공정이 복잡하고, 팔라듐 나노 입자의 크기를 조절하기 어렵다. 이에 따라 이러한 합성법은 다른 금속 나노 입자 복합체 합성에 적용하는데 한계로 작용한다.However, in these prior patents, in order to synthesize a composite of 30 nm or more palladium nanoparticles and reduced graphene, the nanoparticles are first synthesized and then mixed with graphene oxide to remove oxygen functional groups. In this synthesis, since the palladium nanoparticles are adsorbed on the graphene surface rather than growing between the graphene layers, the stability of the composite is poor in the hydrogen absorption and release process. In addition, since the structure of the composite according to this synthesis is not in the form in which the palladium nanoparticles are completely surrounded by graphene, the graphene sheet does not sufficiently transmit the stress, so there is a limit in revealing the relationship between the compressive stress and the hydrogen storage performance. In addition, in the palladium nanoparticle synthesis step, a seed-mediated growth method is used to grow the size of the palladium nanoparticles, and this growth method complicates the overall process together with the step of mixing with the graphene oxide solution. In addition, since the palladium-reduced graphene composite in these prior patents independently proceeds the synthesis of each material, the process is complicated, and it is difficult to control the size of the palladium nanoparticles. Accordingly, this synthesis method acts as a limitation in applying it to the synthesis of other metal nanoparticle composites.
일 실시예는 팔라듐 나노 입자에 강한 압축 응력을 가할 수 있도록 환원그래핀으로 입자를 감싼 하이브리드 소재를 합성하기 위한 것이다.One embodiment is for synthesizing a hybrid material wrapped with reduced graphene so that a strong compressive stress can be applied to the palladium nanoparticles.
일 실시예는 팔라듐의 크기 만으로 압축 응력을 제어하기 위한 것이다.One embodiment is to control the compressive stress only by the size of palladium.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다. In addition to the above tasks, the embodiment according to the present invention may be used to achieve other tasks not specifically mentioned.
일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체는, 제1 팔라듐 나노 입자, 제1 팔라듐 나노 입자와 이격되어 있는 제2 팔라듐 나노 입자, 제1 팔라듐 나노 입자의 상부 및 제2 팔라듐 나노 입자의 상부를 둘러싸고 있는 제1 환원그래핀, 그리고 제1 팔라듐 나노 입자의 하부 및 제2 팔라듐 나노 입자의 하부를 둘러싸고 있는 제2 환원그래핀을 포함한다.The palladium-reduced graphene composite according to an embodiment includes the first palladium nanoparticles, the second palladium nanoparticles spaced apart from the first palladium nanoparticles, the upper portion of the first palladium nanoparticles, and the upper portion of the second palladium nanoparticles It includes a first reduced graphene surrounding, and a second reduced graphene surrounding the lower portion of the first palladium nanoparticles and the lower portion of the second palladium nanoparticles.
제1 환원그래핀 및 제2 환원그래핀은 각각 그물형 구조를 가질 수 있다.The first reduced graphene and the second reduced graphene may each have a reticulated structure.
제1 환원그래핀 및 제2 환원그래핀은 서로 이격되어 있을 수 있다. The first reduced graphene and the second reduced graphene may be spaced apart from each other.
제1 팔라듐 나노 입자는 제1 환원그래핀에 의해 하부 방향으로 클램핑 힘(clamping force)을 받을 수 있으며, 제2 환원그래핀에 의해 상부 방향으로 클램핑 힘을 받을 수 있다. The first palladium nanoparticles may receive a clamping force in the lower direction by the first reduced graphene, and may receive a clamping force in the upper direction by the second reduced graphene.
제1 팔라듐 나노 입자는 제1 환원그래핀에 의해 수평 방향으로 래터럴 힘(lateral force)을 받을 수 있으며, 제2 환원그래핀에 의해 수평 방향으로 래터럴 힘을 받을 수 있다. The first palladium nanoparticles may receive a lateral force in the horizontal direction by the first reduced graphene, and may receive a lateral force in the horizontal direction by the second reduced graphene.
제1 팔라듐 나노 입자 및 제2 팔라듐 나노 입자는 각각 정육면체형의 구조를 가질 수 있다. Each of the first palladium nanoparticles and the second palladium nanoparticles may have a cube-shaped structure.
제1 팔라듐 나노 입자 및 제2 팔라듐 나노 입자는 각각 구형의 구조를 가질 수 있다.Each of the first palladium nanoparticles and the second palladium nanoparticles may have a spherical structure.
일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체는, 정육면체형 구조를 가지며, 층상으로 배열되어 있는 복수의 팔라듐 나노 입자들, 그물형 구조를 가지며, 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부를 둘러싸고 있는 제1 환원그래핀, 그리고 그물형 구조를 가지며, 복수의 팔라듐 나노 입자들의 하부를 둘러싸고 있는 제2 환원그래핀을 포함한다. The palladium-reduced graphene composite according to an embodiment has a cube-shaped structure, has a plurality of palladium nanoparticles arranged in layers, and has a net-like structure, and the first reduction surrounding the upper portion of the plurality of palladium nanoparticles Graphene, and having a net-like structure, includes a second reduced graphene surrounding the lower portion of the plurality of palladium nanoparticles.
제1 환원그래핀은 복수의 팔라듐 나노 입자들의 정육면체형 형상을 따라 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부와 접촉하면서, 복수의 팔라듐 나노 입자들을 둘러싸고 있을 수 있다. The first reduced graphene may surround the plurality of palladium nanoparticles while in contact with the upper portion of the plurality of palladium nanoparticles along the cube-shaped shape of the plurality of palladium nanoparticles.
제2 환원그래핀은 복수의 팔라듐 나노 입자들의 정육면체형 형상을 따라 복수의 팔라듐 나노 입자들의 하부와 접촉하면서, 복수의 팔라듐 나노 입자들을 둘러싸고 있을 수 있다. The second reduced graphene may surround the plurality of palladium nanoparticles while in contact with the lower portion of the plurality of palladium nanoparticles along the cube-shaped shape of the plurality of palladium nanoparticles.
복수의 팔라듐 나노 입자들의 크기는 각각 약 25 nm 내지 약 80 nm 일 수 있다.Each of the plurality of palladium nanoparticles may have a size of about 25 nm to about 80 nm.
일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체는, 구형 구조를 가지며, 층상으로 배열되어 있는 복수의 팔라듐 나노 입자들, 그물형 구조를 가지며, 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부를 둘러싸고 있는 제1 환원그래핀, 그리고 그물형 구조를 가지며, 복수의 팔라듐 나노 입자들의 하부를 둘러싸고 있는 제2 환원그래핀을 포함한다. The palladium-reduced graphene composite according to an embodiment has a spherical structure, a plurality of palladium nanoparticles arranged in layers, a network-like structure, and a first reduced graph surrounding the upper portion of the plurality of palladium nanoparticles. It has a fin, and a net-like structure, and includes a second reduced graphene surrounding the lower portion of the plurality of palladium nanoparticles.
제1 환원그래핀은 복수의 팔라듐 나노 입자들의 구형 형상을 따라 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부와 접촉하면서, 복수의 팔라듐 나노 입자들을 둘러싸고 있을 수 있다. The first reduced graphene may surround the plurality of palladium nanoparticles while in contact with the upper portion of the plurality of palladium nanoparticles along the spherical shape of the plurality of palladium nanoparticles.
제2 환원그래핀은 복수의 팔라듐 나노 입자들의 구형 형상을 따라 복수의 팔라듐 나노 입자들의 하부와 접촉하면서, 복수의 팔라듐 나노 입자들을 둘러싸고 있을 수 있다. The second reduced graphene may surround the plurality of palladium nanoparticles while in contact with the lower portion of the plurality of palladium nanoparticles along the spherical shape of the plurality of palladium nanoparticles.
복수의 팔라듐 나노 입자들의 크기는 각각 약 2 nm 내지 약 4 nm일 수 있다.Each of the plurality of palladium nanoparticles may have a size of about 2 nm to about 4 nm.
일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체 제조 방법은, 산화그래핀 분말을 용매에 용해하여 산화그래핀 용액을 제조하는 단계, 팔라듐염을 용매에 용해하여 팔라듐 전구체 용액을 제조하는 단계, 산화그래핀 용액에 환원제 및 표면안정제를 첨가한 후 가열하고, 팔라듐 전구체 용액을 첨가하여, 팔라듐-환원그래핀 복합체를 수득하는 단계를 포함한다. Palladium-reduced graphene composite manufacturing method according to an embodiment, dissolving graphene oxide powder in a solvent to prepare a graphene oxide solution, dissolving a palladium salt in a solvent to prepare a palladium precursor solution, graphene oxide After adding a reducing agent and a surface stabilizer to the pin solution, heating, and adding a palladium precursor solution to obtain a palladium-reduced graphene composite.
팔라듐-환원그래핀 복합체는 원팟(one-pot) 공정으로 환원 반응이 일어나 제조될 수 있다. The palladium-reduced graphene composite may be prepared by a reduction reaction in a one-pot process.
환원제는 아스코르빈산이고, 표면안정제는 포타슘 브로마이드일 수 있다.The reducing agent may be ascorbic acid, and the surface stabilizer may be potassium bromide.
일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체 제조 방법은, 팔라듐염을 용매에 용해하여 팔라듐 전구체 용액을 제조하는 단계, 팔라듐 전구체 용액에 산화그래핀 분말을 첨가한 후 교반하여, 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체를 수득하는 단계, 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체를 건조하여 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체 분말을 수득하는 단계, 그리고 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체 분말을 가열하여 환원 반응시켜, 팔라듐-환원그래핀 복합체를 수득하는 단계를 포함한다. Palladium-reduced graphene composite manufacturing method according to an embodiment comprises the steps of preparing a palladium precursor solution by dissolving a palladium salt in a solvent, adding graphene oxide powder to the palladium precursor solution and stirring, palladium precursor-graphene oxide Obtaining a pin composite, drying the palladium precursor-graphene oxide composite to obtain a palladium precursor-graphene oxide composite powder, and heating the palladium precursor-graphene oxide composite powder to a reduction reaction, palladium-reduced graph and obtaining a pin composite.
원팟(one-pot) 공정으로 환원 반응이 일어날 수 있으며, 환원 반응은 섭씨 250 도 내지 섭씨 350 도에서 1 시간 내지 3 시간 동안 일어날 수 있다.The reduction reaction may occur in a one-pot process, and the reduction reaction may occur at 250 degrees Celsius to 350 degrees Celsius for 1 hour to 3 hours.
일 실시예에 따르면, 적은 양의 표면안정제를 사용하여 한번에 30 nm 이상 크기를 갖는 팔라듐 나노 입자를 합성할 수 있다.According to one embodiment, palladium nanoparticles having a size of 30 nm or more can be synthesized at a time by using a small amount of a surface stabilizer.
일 실시예에 따르면, 팔라늄 나노 입자는 산화그래핀과 함께 원팟(one-pot)으로 합성되므로 팔라듐 나노 입자가 그래핀 시트 사이에서 성장할 수 있다.According to an embodiment, since the palladium nanoparticles are synthesized in one-pot with graphene oxide, the palladium nanoparticles may grow between the graphene sheets.
일 실시예에 따르면, 표면안정제의 양 만을 조절하여, 약 24 nm 내지 약 80 nm 크기의 정육면체형 팔라듐 나노 입자를 합성할 수 있다.According to one embodiment, by controlling only the amount of the surface stabilizer, it is possible to synthesize the cube-shaped palladium nanoparticles having a size of about 24 nm to about 80 nm.
일 실시예에 따르면, 복합체의 합성은 수용액 기반이고 각 전구체를 동시에 환원하므로 복합체의 대량 생산에 유리하며 공정을 단순화할 수 있다. According to an embodiment, since the synthesis of the complex is based on an aqueous solution and each precursor is reduced at the same time, it is advantageous for mass production of the complex and the process can be simplified.
일 실시예에 따르면, 저장 손실 없는 빠른 흡수 속도와 높은 안정성을 갖는 복합체가 제조될 수 있으며, 이러한 복합체는 수소 에너지를 저장/운송하는 분야에 적용될 수 있다.According to one embodiment, a composite having a fast absorption rate and high stability without storage loss can be manufactured, and this composite can be applied to the field of storing/transporting hydrogen energy.
도 1은 일 실시예에 따른 팔라듐 나노 큐브-환원그래핀 복합체 모식도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 팔라듐 나노 구형-환원그래핀 복합체이다.
도 3 내지 도 5b는 일 실시예에 따른 팔라듐 나노 큐브-환원그래핀 복합체의 TEM 이미지이다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 팔라듐 나노 구형-환원그래핀 복합체의 TEM 이미지이다.
도 8은 일 실시예에 따른 팔라듐 나노 큐브-환원그래핀 복합체의 XRD 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 팔라듐 나노 구형-환원그래핀 복합체의 XRD 그래프이다.
도 10 및 도 11은 산화그래핀의 환원 유무를 확인하는 XPS 그래프이다.
도 12 내지 도 16은 일 실시예에 따른 정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체에 대해, PCT(Pressure-composition-temperature) 측정을 진행한 결과이다.
도 17 및 도 18은 일 실시예에 따른 구형 팔라듐-환원그래핀 복합체에 대해, 키네틱스(Kinetics) 및 PCT 측정을 진행한 결과이다.1 is a schematic diagram of a palladium nanocube-reduced graphene composite according to an embodiment.
2 is a palladium nano spherical-reduced graphene composite according to an embodiment.
3 to 5b are TEM images of a palladium nanocube-reduced graphene composite according to an embodiment.
6 and 7 are palladium nano-spherical-reduced graphene composites according to an embodiment, showing TEM images.
8 is an XRD graph of a palladium nanocube-reduced graphene composite according to an embodiment.
9 is an XRD graph of a palladium nano spherical-reduced graphene composite according to an embodiment.
10 and 11 are XPS graphs confirming the presence or absence of reduction of graphene oxide.
12 to 16 are results of PCT (Pressure-composition-temperature) measurement for the cube-shaped palladium-reduced graphene composite according to an embodiment.
17 and 18 are spherical palladium-reduced graphene composites according to an embodiment, showing results of kinetics and PCT measurement.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다. With reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In addition, in the case of a well-known known technology, a detailed description thereof will be omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
그러면 일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.Then, a palladium-reduced graphene composite according to an embodiment and a method for manufacturing the same will be described in detail.
도 1을 참고하면, 팔라듐-환원그래핀 복합체는 정육면체형 구조를 가지며, 층상으로 배열되어 있는 복수의 팔라듐 나노 입자들, 그리고 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부와 하부를 각각 둘러싸고 있는 그물형 구조의 복수의 환원그래핀들을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the palladium-reduced graphene composite has a cube-shaped structure, a plurality of palladium nanoparticles arranged in layers, and a plurality of network-type structures surrounding the upper and lower portions of the plurality of palladium nanoparticles, respectively. of reduced graphene.
정육면체형 복수의 팔라듐 나노 입자들은 서로 이격되어 있을 수 있다. 복수의 환원그래핀들은 각각 그물형 구조를 갖는 시트 형상일 수 있으며, 서로 수직 방향으로 이격되어 있을 수 있다.A plurality of cube-shaped palladium nanoparticles may be spaced apart from each other. A plurality of reduced graphene may be in the form of a sheet having a net-like structure, respectively, and may be spaced apart from each other in a vertical direction.
복수의 환원그래핀들은 복수의 팔라듐 나노 입자들의 정육면체형 형상을 따라 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부 표면 및 하부 표면과 접촉하면서, 복수의 팔라듐 나노 입자들을 둘러싸고 있을 수 있다.The plurality of reduced graphene may surround the plurality of palladium nanoparticles while in contact with the upper and lower surfaces of the plurality of palladium nanoparticles along the cube-shaped shape of the plurality of palladium nanoparticles.
정육면체형 복수의 팔라듐 나노 입자들의 크기는 각각 약 25 nm 내지 약 80 nm일 수 있다. 구체적으로 정육면체형 복수의 팔라듐 나노 입자들의 크기는 각각 약 30 nm 내지 약 65 nm일 수 있다.Each of the cube-shaped palladium nanoparticles may have a size of about 25 nm to about 80 nm. Specifically, each of the cube-shaped palladium nanoparticles may have a size of about 30 nm to about 65 nm.
정육면체형 복수의 팔라듐 나노 입자들은 복수의 환원그래핀들에 의해 상부 및 하부 방향으로 클램핑 힘(clamping force)을 받을 수 있다. 또한, 정육면체형 복수의 팔라듐 나노 입자들은 복수의 환원그래핀들에 의해 수평 방향으로 래터럴 힘(lateral force)을 받을 수 있다.The plurality of cube-shaped palladium nanoparticles may receive a clamping force in the upper and lower directions by the plurality of reduced graphenes. In addition, the plurality of cube-shaped palladium nanoparticles may receive a lateral force in the horizontal direction by the plurality of reduced graphenes.
도 2를 참고하면, 팔라듐-환원그래핀 복합체는 구형 구조를 가지며, 층상으로 배열되어 있는 복수의 팔라듐 나노 입자들, 그리고 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부와 하부를 각각 둘러싸고 있는 그물형 구조의 복수의 환원그래핀들을 포함한다.Referring to FIG. 2 , the palladium-reduced graphene composite has a spherical structure, a plurality of palladium nanoparticles arranged in layers, and a plurality of net-like structures surrounding the upper and lower portions of the plurality of palladium nanoparticles, respectively. reduced graphene.
구형 복수의 팔라듐 나노 입자들은 서로 이격되어 있을 수 있다. 복수의 환원그래핀들은 각각 그물형 구조를 갖는 시트 형상일 수 있으며, 서로 수직 방향으로 이격되어 있을 수 있다.The plurality of spherical palladium nanoparticles may be spaced apart from each other. A plurality of reduced graphene may be in the form of a sheet having a net-like structure, respectively, and may be spaced apart from each other in a vertical direction.
복수의 환원그래핀들은 복수의 팔라듐 나노 입자들의 구형 형상을 따라 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부 표면 및 하부 표면과 접촉하면서, 복수의 팔라듐 나노 입자들을 둘러싸고 있을 수 있다.The plurality of reduced graphene may surround the plurality of palladium nanoparticles while contacting the upper and lower surfaces of the plurality of palladium nanoparticles along the spherical shape of the plurality of palladium nanoparticles.
구형 복수의 팔라듐 나노 입자들의 크기는 각각 약 2 nm 내지 약 4 nm일 수 있다. Each of the plurality of spherical palladium nanoparticles may have a size of about 2 nm to about 4 nm.
구형 복수의 팔라듐 나노 입자들은 복수의 환원그래핀들에 의해 상부 및 하부 방향으로 클램핑 힘을 받을 수 있다. 또한, 구형 복수의 팔라듐 나노 입자들은 복수의 환원그래핀들에 의해 수평 방향으로 래터럴 힘을 받을 수 있다.The plurality of spherical palladium nanoparticles may receive a clamping force in the upper and lower directions by the plurality of reduced graphenes. In addition, the plurality of spherical palladium nanoparticles may receive a lateral force in the horizontal direction by the plurality of reduced graphenes.
일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체와 그 응력 효과로 인한 수소 저장 성능은, 고체 수소 저장 시스템의 소재를 디자인하는데 적용될 수 있다. 필름 또는 합금 형태가 아닌 정육면체형 또는 구형의 나노 입자가 활용되므로, 금속 벌크나 필름 대비 금속 나노 입자가 가지는 내재적 효과가 유지되며, 동시에 나노 입자 크기를 쉽게 조절하여 응력이 제어될 수 있다. 이를 활용하여 다양한 금속 나노 입자 기반 하이브리드 소재에 적용하여, 최적의 수소 저장 성능을 보이는 시스템을 구축하는데 기여할 수 있다.The palladium-reduced graphene composite according to an embodiment and the hydrogen storage performance due to its stress effect may be applied to designing a material for a solid hydrogen storage system. Since cube-shaped or spherical nanoparticles are used rather than films or alloys, the intrinsic effect of metal nanoparticles compared to metal bulk or film is maintained, and at the same time, stress can be controlled by easily adjusting the size of the nanoparticles. By using this, it can be applied to various metal nanoparticle-based hybrid materials, contributing to building a system showing optimal hydrogen storage performance.
나노 입자의 크기는 수소 저장 성능에 대한 응력 효과를 제어하는 필수적인 요소이다. 종래 기술에 따르면, 기존의 그래핀 유도체를 기반으로 하는 하이브리드 소재는 각 구성 요소를 독립적으로 합성하고 환원한 후 혼합하였기 때문에 나노 입자가 그래핀 시트 안에서 성장하지 못한다. 또한, 이로 인해 다양한 입자 크기에 대응하는 수소 저장에 대한 응력 효과를 연구하는데 한계가 있다. The size of the nanoparticles is an essential factor in controlling the effect of stress on hydrogen storage performance. According to the prior art, in the hybrid material based on the existing graphene derivative, the nanoparticles cannot grow in the graphene sheet because each component is independently synthesized, reduced, and then mixed. In addition, this limits the study of the stress effect on hydrogen storage corresponding to various particle sizes.
일 실시예에 따르면, 100 nm 이하의 다양한 크기의 나노 입자에 대한 응력 효과를 제어하여, 고체 수소 저장 소재에 활용되는 다양한 금속 나노 입자들의 최적화된 크기가 제시될 수 있다.According to an embodiment, the optimized size of various metal nanoparticles used in a solid hydrogen storage material may be presented by controlling the stress effect on nanoparticles of various sizes of 100 nm or less.
일 실시예에 따르면, 환원그래핀은 강한 압축 응력 효과를 모든 방향으로 팔라듐 나노 입자에 전달하여, 수소 흡수 및 방출의 열역학적 특성을 변화시키는 역할을 한다. According to one embodiment, reduced graphene serves to transfer a strong compressive stress effect to the palladium nanoparticles in all directions, thereby changing the thermodynamic properties of hydrogen absorption and release.
일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체가 정육면체 구조를 갖는 경우, 수소 흡수과정에서 평형 압력이 점진적으로 증가하며, 이는 열역학적 저장 성능의 손실 없는 빠른 상변화에 기여한다. 또한 수소 방출 과정에서 평형 압력이 감소하는데, 이는 (탈)수소화 과정의 엔탈피를 증가시키며, 불안정한 상으로 인해 상용화하기 힘들었던 알라네이트 계열의 금속착화합물에 적용 가능성을 높일 수 있다. When the palladium-reduced graphene composite according to an embodiment has a cubic structure, the equilibrium pressure gradually increases in the hydrogen absorption process, which contributes to a rapid phase change without loss of thermodynamic storage performance. In addition, the equilibrium pressure decreases during the hydrogen release process, which increases the enthalpy of the (de)hydrogenation process, and can increase the applicability to alanate-based metal complexes, which were difficult to commercialize due to an unstable phase.
일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체가 구형 구조를 갖는 경우, 전술한 압축 응력 효과가 약 3.3 % 내지 약 5.4 %의 인장 변형을 일으키고, 나노 스케일화 효과가 같이 작용하여 정육면체 구조의 복합체보다 더 빠른 수소 흡수 속도를 나타낸다. 섭씨 100 도 및 2.2 바의 수소 분위기 하에서 약 5 분 안에 팔라듐 원자당 약 0.57의 수소원자를 흡수함으로써, 종래의 팔라듐 나노 입자 대비 약 3배 빠른 초기 수소 흡수 속도를 나타낸다.When the palladium-reduced graphene composite according to an embodiment has a spherical structure, the above-described compressive stress effect causes a tensile strain of about 3.3% to about 5.4%, and the nanoscale effect works together, so that the It indicates a faster rate of hydrogen absorption. By absorbing about 0.57 hydrogen atoms per palladium atom in about 5 minutes under a hydrogen atmosphere of 100 degrees Celsius and 2.2 bar, the initial hydrogen absorption rate is about 3 times faster than that of conventional palladium nanoparticles.
일 실시예에 따르면, 정육면체 구조의 복합체의 합성법은 팔라듐 전구체와 산화그래핀 분산 용액을 함께 혼합하여 동시에 환원시키기 때문에 그 공정이 매우 간단하다. 표면안정제로, 긴 사슬 구조를 갖는 세틸트리메틸암모늄브롬화물(CTAB)이 아닌 작은 분자의 브롬화칼륨(KBr)을 사용하기 때문에, 원팟(one-pot) 합성임에도 불구하고 표면안정제의 양 만을 조절하여 나노 입자 크기가 제어할 수 있다. 나노 입자 크기에 따른 환원그래핀으로부터 받는 응력의 세기를 조절하여, 수소 저장 성능이 평가될 수 있고, 이는 다양한 금속 나노 입자에 적용하여 최적의 성능을 내는 고체 수소 저장 시스템을 구축하는데 기여할 수 있다.According to one embodiment, in the method of synthesizing the complex having a cube structure, the process is very simple because the palladium precursor and the graphene oxide dispersion solution are mixed together and reduced at the same time. As a surface stabilizer, small molecule potassium bromide (KBr) is used, not cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), which has a long chain structure. The particle size can be controlled. By controlling the intensity of the stress received from reduced graphene according to the size of the nanoparticles, the hydrogen storage performance can be evaluated, which can be applied to various metal nanoparticles and contribute to constructing a solid hydrogen storage system with optimal performance.
일 실시예에 따르면, 원팟 합성을 기반으로 팔라듐 전구체와 산화그래핀을 동시에 환원시키며, 예를 들어 정육면체 구조를 갖는 복합체의 경우 표면안정제의 양 만을 조절하여 약 24 nm 내지 약 80 nm 크기를 갖는 나노 입자가 합성될 수 있으며, 이러한 나노 입자는 환원그래핀에 의해 둘러 쌓인 형태를 갖는다. 나아가, 표면안정제의 양 만을 조절하여 약 30 nm 내지 약 65 nm 크기를 갖는 정육면체 구조의 나노 입자가 합성될 수 있다. 또한, 약 2 nm 내지 약 4 nm 구형 구조의 나노 입자도 하나의 공정으로 합성될 수 있으며, 이러한 나노 입자는 환원그래핀에 의해 둘러 쌓인 형태를 갖는다. 또한, 정육면체 구조 또는 구형 구조를 갖는 복합체들의 경우, 나노 입자 크기에 따른 응력 효과와 수소 저장 성능의 관계가 제시된다.According to an embodiment, the palladium precursor and graphene oxide are simultaneously reduced based on one-pot synthesis, and for example, in the case of a complex having a cube structure, only the amount of the surface stabilizer is adjusted to have a size of about 24 nm to about 80 nm. Particles can be synthesized, and these nanoparticles have a shape surrounded by reduced graphene. Furthermore, nanoparticles having a cubic structure having a size of about 30 nm to about 65 nm can be synthesized by controlling only the amount of the surface stabilizer. In addition, nanoparticles having a spherical structure of about 2 nm to about 4 nm can be synthesized by one process, and these nanoparticles have a form surrounded by reduced graphene. In addition, in the case of composites having a cubic structure or a spherical structure, the relationship between the stress effect and hydrogen storage performance according to the nanoparticle size is presented.
일 실시예에 따르면, 복합체를 동시에 합성하고, 둘러 쌓인 나노 입자의 크기를 쉽게 조절할 수 있으므로, 대량 생산을 위한 공정의 간소화 측면에서 유리하다. 구형 구조의 팔라듐 나노 입자 또는 정육면체 구조의 팔라듐 나노 입자 모두 환원그래핀에 의해 둘러 쌓여 있으며, 이로 인한 압축 응력과 나노 입자 크기의 상관 관계가 최초로 제시된다. 특히 구형 구조의 복합체의 인장 변형을 고해상도 투과전자현미경으로 관찰하는 경우, 수소 흡수 속도 및 열역학적 특성의 변화가 명확히 나타난다.According to one embodiment, since the composite can be synthesized at the same time and the size of the surrounded nanoparticles can be easily adjusted, it is advantageous in terms of simplification of the process for mass production. Both the spherical palladium nanoparticles or the cubic palladium nanoparticles are surrounded by reduced graphene, and the correlation between the compressive stress and the nanoparticle size is presented for the first time. In particular, when the tensile strain of the composite having a spherical structure is observed with a high-resolution transmission electron microscope, changes in the hydrogen absorption rate and thermodynamic properties are clearly shown.
일 실시예에 따르면, 약 30 nm 이상의 크기를 갖는 팔라듐 나노 입자와 환원그래핀의 복합체를 동시에 합성하여 나노 입자가 둘러 쌓인 형태를 가질 수 있으며, 이러한 실시예는 아직 보고되지 않았다. According to an embodiment, a composite of palladium nanoparticles having a size of about 30 nm or more and reduced graphene may be synthesized at the same time to have a form surrounded by nanoparticles, and this embodiment has not yet been reported.
일 실시예에 따르면, 팔라듐 나노 큐브-환원그래핀 복합체 (31, 45, 65 nm)가 제조될 수 있다.According to an embodiment, a palladium nanocube-reduced graphene composite (31, 45, 65 nm) may be prepared.
종래 기술에 따르면, 10~15 nm 팔라듐 나노 큐브와 환원그래핀 복합체 합성이 보고되었다. According to the prior art, the synthesis of a 10-15 nm palladium nanocube and reduced graphene composite has been reported.
그러나, 일 실시예에 따르면, 1) 30 nm 이상의 나노 큐브를 환원그래핀으로 감쌀 수 있도록 복합체 합성이 가능하고, 2) 표면안정제 또는 캡핑제(capping agent)의 양 만을 조절하여 큐브 사이즈가 제어될 수 있으며, 3) 팔라듐 나노 입자가 그래핀 위에 단순히 달라붙은 것이 아니라, 완전히 둘러 쌓여 있기 때문에, 팔라듐 나노 입자가 충분한 응력을 받을 수 있으며, 그리고 4) 여러 사이클(cycle)의 수소 방출 및 흡수 과정 동안 계속해서 팔라듐 나노 입자의 형태가 유지될 수 있다.However, according to one embodiment, 1) a composite can be synthesized so that a nanocube of 30 nm or more can be wrapped with reduced graphene, and 2) the cube size can be controlled by adjusting only the amount of a surface stabilizer or capping agent. 3) because the palladium nanoparticles are not simply attached to graphene, but are completely surrounded, the palladium nanoparticles can be subjected to sufficient stress, and 4) during the hydrogen release and absorption process of several cycles. The shape of the palladium nanoparticles may be continuously maintained.
종래 기술에 따르면, 응력-수소 저장 특성 관계는 기존에 보고되었으나, 주로 필름 형태 위주의 연구이다. 최근 나노스케일화를 통한 수소 저장 특성의 향상을 이끌어내고 있는데, 필름 형태의 연구는 직접적으로 나노 입자에 적용하는 것이 어렵다.According to the prior art, the stress-hydrogen storage characteristic relationship has been previously reported, but the study mainly focuses on the film form. Recently, the improvement of hydrogen storage properties through nanoscaling has been led, but it is difficult to directly apply the study in the form of films to nanoparticles.
그러나, 일 실시예에 따르면, 정육면체형 팔라듐 나노 입자를 활용하는 방법으로 다른 나노 금속 수소화물에 적용할 수 있는 기반이 제시될 수 있다.However, according to an embodiment, a basis applicable to other nano-metal hydrides may be presented as a method of utilizing cube-shaped palladium nanoparticles.
일 실시예에 따른 정육면체형의 팔라듐-환원그래핀 복합체의 경우, TEM 이미지를 통해 정육면체형 팔라듐 나노 입자가 환원그래핀에 의해 잘 둘러 쌓여 있음이 확인되고, XRD 분석을 통해 팔라듐 금속임이 확인되며, 그리고 XPS 분석을 통해 산화그래핀이 제대로 환원그래핀으로 환원되었음이 확인된다. In the case of the cube-shaped palladium-reduced graphene composite according to an embodiment, it is confirmed through the TEM image that the cube-shaped palladium nanoparticles are well surrounded by the reduced graphene, and it is confirmed that it is a palladium metal through XRD analysis, And it is confirmed that graphene oxide is properly reduced to reduced graphene through XPS analysis.
일 실시예에 따른 정육면체형의 팔라듐-환원그래핀 복합체의 경우, PCT 분석을 통해 수소 흡수 및 방출 현상이 관찰된다.In the case of a cube-shaped palladium-reduced graphene composite according to an embodiment, hydrogen absorption and release phenomena are observed through PCT analysis.
압력 히스테리시스의 너비가 종래의 팔라듐 금속보다 증가하고 기울기가 커지며, 이는 압력을 충분히 받고 있다는 것을 의미한다.The width of the pressure hysteresis increases and the slope becomes larger than that of the conventional palladium metal, which means that it is under sufficient pressure.
히스테리시스 너비가 사이즈에 따른 일정한 경향을 가지며, 이는 간단한 사이즈 조절로 수소 저장 특성 변화를 일으킨다는 것을 의미한다.The hysteresis width has a constant trend according to the size, which means that a simple size adjustment causes a change in the hydrogen storage characteristics.
엔탈피 계산을 통해 종래의 팔라듐 금속보다 엔탈피가 증가함이 확인될 수 있으며, 이는 금속 수소화물 상(phase)이 더 안정화한다는 것을 의미한다. 또한, 종래의 매우 불안정한 상으로 수소 저장 연구에 한계를 갖고 있었던 알라네이트 계열(LiAlH3)에 일 실시예에 따른 복합체가 적용될 가능성이 있다는 것을 나타낸다.Through enthalpy calculation, it can be confirmed that the enthalpy is increased compared to the conventional palladium metal, which means that the metal hydride phase is more stable. In addition, it indicates that there is a possibility that the composite according to an embodiment may be applied to the alanate series (LiAlH 3 ), which had limitations in hydrogen storage research as a very unstable phase in the prior art.
일 실시예에 따르면, 팔라듐 나노 구형(sphere)-환원그래핀 복합체 (3~4 nm)가 제조될 수 있다.According to an embodiment, a palladium nanosphere (sphere)-reduced graphene composite (3 to 4 nm) may be prepared.
일 실시예에 따르면, 1) 약 3~4 nm의 팔라듐 나노 구형을 환원그래핀으로 감쌀 수 있도록 복합체 합성이 가능하고, 2) 팔라듐 나노 입자가 그래핀 위에 단순히 달라붙은 것이 아니라, 그래핀에 의해 완전히 둘러 쌓여 있기 때문에, 팔라듐 나노 입자가 충분한 응력을 받을 수 있으며, 그리고 4) 여러 사이클의 수소 방출 및 흡수 과정 동안 계속해서 팔라듐 나노 입자의 형태가 유지될 수 있다.According to one embodiment, 1) a composite can be synthesized so that about 3 to 4 nm palladium nanospheres can be wrapped with reduced graphene, and 2) palladium nanoparticles are not simply attached to graphene, but are formed by graphene. Because it is completely enclosed, the palladium nanoparticles can be subjected to sufficient stress, and 4) the shape of the palladium nanoparticles can be maintained continuously during the hydrogen release and absorption process of several cycles.
일 실시예에 따르면, 구형의 팔라듐 나노 입자를 활용하는 방법으로 다른 나노 금속 수소화물에 적용할 수 있는 기반이 제시될 수 있다.According to an embodiment, a method using spherical palladium nanoparticles may provide a basis for application to other nano-metal hydrides.
HRTEM 분석과 시뮬레이션을 통해 구체적으로 팔라듐에 가해지는 스트레인(strain) 분석이 이루어진다. PCT 분석을 통한 실제 수소 흡수 및 방출 실험과 연관시켜 팔라듐이 받는 스트레인과 수소 저장 특성을 연결(link)시킨다. Strain analysis applied to palladium is specifically performed through HRTEM analysis and simulation. Linking the strains subjected to palladium to hydrogen storage properties by correlating with actual hydrogen absorption and release experiments through PCT analysis.
일 실시예에 따른 구형의 팔라듐-환원그래핀 복합체의 경우, 키네틱스(Kinetics) 분석 결과, 종래의 팔라듐 금속에 비해 약 2 배에 가까운 수소 저장 능력이 향상되고, 수소 흡수 속도가 증대된다.In the case of the spherical palladium-reduced graphene composite according to an embodiment, as a result of kinetics analysis, the hydrogen storage capacity is improved to about 2 times that of the conventional palladium metal, and the hydrogen absorption rate is increased.
일 실시예에 따른 구형의 팔라듐-환원그래핀 복합체의 경우, TEM 이미지를 통해 구형 팔라듐 나노 입자가 환원그래핀에 의해 잘 둘러 쌓여 있음이 확인되고, XRD 분석을 통해 팔라듐 금속임이 확인되며, 그리고 XPS 분석을 통해 산화그래핀이 제대로 환원그래핀으로 환원되었음이 확인된다. In the case of the spherical palladium-reduced graphene composite according to an embodiment, it is confirmed that the spherical palladium nanoparticles are well surrounded by the reduced graphene through the TEM image, and it is confirmed that it is a palladium metal through XRD analysis, and XPS Through analysis, it is confirmed that graphene oxide is properly reduced to reduced graphene.
일 실시예에 따른 구형의 팔라듐-환원그래핀 복합체의 경우, HRTEM로 결정 파라미터(lattice parameter) 분석을 통해 팔라듐 나노 입자가 인장 변형(tensile strain)을 받고 있음을 확인한다.In the case of a spherical palladium-reduced graphene composite according to an embodiment, it is confirmed that the palladium nanoparticles are subjected to tensile strain through lattice parameter analysis by HRTEM.
일 실시예에 따른 구형의 팔라듐-환원그래핀 복합체의 경우, 키네틱스 분석을 통해 수소 흡수 현상이 관찰된다. 예를 들어, 향상된 저장 능력과 향상된 흡수속도가 관찰된다.In the case of a spherical palladium-reduced graphene composite according to an embodiment, a hydrogen absorption phenomenon is observed through kinetic analysis. For example, improved storage capacity and improved absorption rates are observed.
일 실시예에 따른 구형의 팔라듐-환원그래핀 복합체의 경우, PCT 분석을 통해 수소 흡수 및 방출 현상이 관찰된다.In the case of a spherical palladium-reduced graphene composite according to an embodiment, hydrogen absorption and release phenomena are observed through PCT analysis.
일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체 제조 방법은, 산화그래핀 분말을 용매에 용해하여 산화그래핀 용액을 제조하는 단계, 팔라듐염을 용매에 용해하여 팔라듐 전구체 용액을 제조하는 단계, 산화그래핀 용액에 환원제 및 표면안정제를 첨가한 후 가열하고 팔라듐 전구체 용액을 첨가하여, 팔라듐-환원그래핀 복합체를 수득하는 단계를 포함한다.Palladium-reduced graphene composite manufacturing method according to an embodiment, dissolving graphene oxide powder in a solvent to prepare a graphene oxide solution, dissolving a palladium salt in a solvent to prepare a palladium precursor solution, graphene oxide After adding a reducing agent and a surface stabilizer to the pin solution, heating and adding a palladium precursor solution to obtain a palladium-reduced graphene composite.
여기서 팔라듐-환원그래핀 복합체는 원팟(one-pot) 공정으로 환원 반응이 일어나 제조된다.Here, the palladium-reduced graphene composite is prepared by a reduction reaction in a one-pot process.
예를 들어, 환원제는 아스코르빈산일 수 있고, 표면안정제는 포타슘 브로마이드일 수 있다.For example, the reducing agent may be ascorbic acid, and the surface stabilizer may be potassium bromide.
표면안정제는 적은 양이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 복합체 총 중량을 기준으로 하여 약 45 wt% 내지 약 71 wt% 사용될 수 있다. 하한 값보다 적은 양 사용되는 경우 입자의 각 면(facet)이 구분되지 않아 구형에 가까운 형태로 합성될 수 있으며, 상한 값보다 많은 양이 사용되는 경우 정육면체가 아닌 정사면체 등의 형태로 합성되거나 입자들이 뭉칠 수 있다.A small amount of the surface stabilizer may be used, for example, about 45 wt% to about 71 wt% based on the total weight of the composite. When used in an amount less than the lower limit, each facet of the particle is not distinguished, so it can be synthesized in a shape close to a spherical shape. can clump together
산화그래핀 용액에 환원제 및 표면안정제를 첨가한 후 섭씨 약 70 도 내지 섭씨 약 90도로 가열하고, 팔라듐 전구체 용액을 첨가한 후 섭씨 약 70 도 내지 섭씨 약 90도로 가열하여 약 2 시간 내지 약 4 시간 동안 반응시킬 수 있다.After adding a reducing agent and a surface stabilizer to the graphene oxide solution, it is heated to about 70 degrees Celsius to about 90 degrees Celsius, and after adding the palladium precursor solution, it is heated to about 70 degrees Celsius to about 90 degrees Celsius for about 2 hours to about 4 hours can be reacted during
일 실시예에 따른 팔라듐-환원그래핀 복합체 제조 방법은, 팔라듐염을 용매에 용해하여 팔라듐 전구체 용액을 제조하는 단계, 팔라듐 전구체 용액에 산화그래핀 분말을 첨가한 후 교반하여, 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체를 수득하는 단계, 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체를 건조하여 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체 분말을 수득하는 단계, 그리고 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체 분말을 수소 분위기에서 가열하여 환원 반응시켜, 팔라듐-환원그래핀 복합체를 수득하는 단계를 포함한다.Palladium-reduced graphene composite manufacturing method according to an embodiment comprises the steps of preparing a palladium precursor solution by dissolving a palladium salt in a solvent, adding graphene oxide powder to the palladium precursor solution and stirring, palladium precursor-graphene oxide Obtaining a pin composite, drying the palladium precursor-graphene oxide composite to obtain a palladium precursor-graphene oxide composite powder, and heating the palladium precursor-graphene oxide composite powder in a hydrogen atmosphere for a reduction reaction, palladium -Contains the step of obtaining a reduced graphene composite.
여기서 팔라듐 전구체-환원그래핀 복합체는 원팟 공정으로 환원 반응이 일어나 제조된다.Here, the palladium precursor-reduced graphene composite is prepared by a reduction reaction in a one-pot process.
환원 반응은 섭씨 약 250 도 내지 섭씨 약 350 도에서 약 1 시간 내지 약 3 시간 동안 일어날 수 있다.The reduction reaction may occur at about 250 degrees Celsius to about 350 degrees Celsius for about 1 hour to about 3 hours.
팔라듐 전구체 용액에 산화그래핀 분말을 첨가한 후 상온에서 약 2 시간 내지 약 4 시간 동안 그래핀의 박리 및 혼합물을 교반시킬 수 있다.After adding the graphene oxide powder to the palladium precursor solution, the graphene exfoliation and the mixture may be stirred at room temperature for about 2 hours to about 4 hours.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the following examples are only examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
실시예Example
팔라듐 나노 큐브-환원그래핀 복합체의 제조Preparation of Palladium Nanocube-Reduced Graphene Composite
포타슘 클로라이드(Potassium chloride, KCl), 팔라듐 클로라이드(palladium chloride, PdCl2), 아스코르빈산(ascorbic acid), 포타슘 브로마이드(potassium bromide, KBr)은 Sigma-Aldrich 제품이고, 그래핀 옥사이드 파우더(Graphene oxide powder, GO)는 Standard Graphene Inc 제품이다.Potassium chloride (KCl), palladium chloride (PdCl 2 ), ascorbic acid, potassium bromide (KBr) are Sigma-Aldrich products, graphene oxide powder (Graphene oxide powder) , GO) is a product of Standard Graphene Inc.
1.2mg/mL GO 파우더를 DI 워터(water)에 초음파 분산시켜 GO 용액 32 mL를 제조한다. 32 mL of GO solution was prepared by ultrasonically dispersing 1.2 mg/mL GO powder in DI water.
팔라듐 전구체 수용액을 합성한다. 12.6 mL DI 워터에 182 mg PdCl2와 153 mg KCl을 넣고 상온에서 약 2시간 동안 초음파 교반으로 반응시켜 팔라듐 전구체인 K2PdCl4(aq)을 합성한다.A palladium precursor aqueous solution is synthesized. Add 182 mg PdCl 2 and 153 mg KCl to 12.6 mL DI water and react with ultrasonic stirring at room temperature for about 2 hours to synthesize K 2 PdCl 4 (aq), a palladium precursor.
GO(aq) 32 mL에 환원제인 아스코르빈산 240 mg과 캡핑제인 KBr 500 mg를 넣고 마그네틱 바로 교반하면서, 약 섭씨 80도까지 가열하여, 약 10분동안 유지하여 수용액을 제조한다.In 32 mL of GO(aq), 240 mg of ascorbic acid as a reducing agent and 500 mg of KBr as a capping agent are added, heated to about 80 degrees Celsius while stirring with a magnetic bar, and maintained for about 10 minutes to prepare an aqueous solution.
원팟 공정으로, 제조된 수용액에 팔라듐 전구체 용액인 K2PdCl4 (aq) 12.5 mL를 니들(needle)로 투입시킨 후, 약 섭씨 80도에서 약 3시간 동안 반응시킨다.In the one-pot process, 12.5 mL of K 2 PdCl 4 (aq), a palladium precursor solution, was added to the prepared aqueous solution through a needle, and then reacted at about 80 degrees Celsius for about 3 hours.
DI 워터와 에탄올로 워싱(washing) 후 약 섭씨 60도 진공 오븐에서 하루동안 건조한다.After washing with DI water and ethanol, it is dried in a vacuum oven at about 60 degrees Celsius for one day.
정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체 분말(rGO-Pd powder)이 제조되며, 복합체는 약 31 nm 에지 사이즈(edge size)를 갖는다. 도 3을 참고하면, 약 31 nm 크기의 정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체의 TEM 이미지와 나노 입자들의 크기 분포가 확인된다. 또한, 도 8을 참고하면, 정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체의XRD 분석을 통해 팔라듐 나노 입자의 결정 구조가 확인된다.A cube-shaped palladium-reduced graphene composite powder (rGO-Pd powder) is prepared, and the composite has an edge size of about 31 nm. Referring to FIG. 3 , a TEM image of a cube-shaped palladium-reduced graphene composite having a size of about 31 nm and a size distribution of nanoparticles are confirmed. In addition, referring to FIG. 8 , the crystal structure of the palladium nanoparticles is confirmed through XRD analysis of the cube-shaped palladium-reduced graphene composite.
투입하는 KBr 양을 1000 mg으로 하는 것을 제외하고, 나머지는 동일한 방법으로 정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체 분말을 제조하며, 이 때 복합체는 약 45 nm이다. 도 4를 참고하면, 약 45 nm 크기의 정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체의 TEM 이미지와 나노 입자들의 크기 분포가 확인된다.A cube-shaped palladium-reduced graphene composite powder is prepared in the same manner as for the rest, except that the amount of KBr to be input is 1000 mg, and at this time, the composite is about 45 nm. Referring to FIG. 4 , a TEM image of a cube-shaped palladium-reduced graphene composite having a size of about 45 nm and a size distribution of nanoparticles are confirmed.
투입하는 KBr 양을 1500 mg으로 하는 것을 제외하고, 나머지는 동일한 방법으로 정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체 분말을 제조하며, 이 때 복합체는 약 65 nm이다. 도 5a를 참고하면, 약 65 nm 크기의 정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체의 TEM 이미지와 나노 입자들의 크기 분포가 확인된다.A cube-shaped palladium-reduced graphene composite powder is prepared in the same manner as for the rest, except that the amount of KBr to be input is 1500 mg, in which case the composite is about 65 nm. Referring to FIG. 5a , a TEM image of a cube-shaped palladium-reduced graphene composite having a size of about 65 nm and a size distribution of nanoparticles are confirmed.
이에 따라, 캡핑제 양을 조절함으로써, 팔라듐 나노 입자 사이즈의 조절이 가능하다.Accordingly, by adjusting the amount of the capping agent, it is possible to control the size of the palladium nanoparticles.
또한, 도 5b를 참고하면, 정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체의 경우, 원팟 공정으로 팔라듐 전구체 용액과 산화 그래핀 용액을 혼합하여 환원시키므로, 팔라듐-환원그래핀 복합체를 다양한 결정띠축(zone axis)로 틸트를 하는 경우에도, 팔라듐 나노 입자가 환원그래핀에 의해 잘 둘러싸여 있다. 예를 들어, 팔라듐 나노 입자는 (112) 결정띠축, (013) 결정띠축, 그리고 (001) 결정띠축에서 환원그래핀에 의해 둘러싸여 있다. 이에 따라, 모든 방향에서 환원그래핀에 의해 팔라듐 나노 입자가 충분한 응력을 받을 수 있으며, 수소의 흡수 및 방출 과정에서 여러 사이클동안 팔라듐 나노 입자들간의 뭉침(aggregation)이 감소할 수 있다.In addition, referring to FIG. 5b , in the case of a cube-shaped palladium-reduced graphene composite, since the palladium precursor solution and the graphene oxide solution are mixed and reduced in a one-pot process, the palladium-reduced graphene composite is formed with various crystalline zone axes. Even in the case of tilting, the palladium nanoparticles are well surrounded by reduced graphene. For example, palladium nanoparticles are surrounded by reduced graphene at (112) crystal band axes, (013) crystal band axes, and (001) crystal band axes. Accordingly, the palladium nanoparticles can be sufficiently stressed by the reduced graphene in all directions, and aggregation between the palladium nanoparticles can be reduced for several cycles in the hydrogen absorption and release process.
이에 반하여, 종래의 팔라듐-그래핀 복합체의 경우, 팔라듐 전구체 용액을 환원시켜 팔라듐 나노 입자를 합성하고, 합성된 팔라듐 나노 입자를 다시 산화 그래핀 용액에 담지한 후 환원시켜, 팔라듐-환원그래핀 복합체가 생성된다. 이와 같은 종래의 제조 방법으로 인하여, 환원그래핀 표면에 팔라듐 나노 입자들이 부착되어 있을 뿐, 여러 방향에서 환원그래핀이 팔라듐 나노 입자를 둘러싸고 있지 않다. 뿐만 아니라, 종래의 팔라듐-환원그래핀 복합체의 경우, 수소의 흡수 및 방출 과정에서, 팔라듐 나노 입자들간의 뭉침이 증대된다. In contrast, in the case of a conventional palladium-graphene composite, palladium nanoparticles are synthesized by reducing the palladium precursor solution, and the synthesized palladium nanoparticles are supported again in a graphene oxide solution and then reduced, palladium-reduced graphene composites is created Due to such a conventional manufacturing method, the palladium nanoparticles are attached to the surface of the reduced graphene, and the reduced graphene does not surround the palladium nanoparticles in various directions. In addition, in the case of the conventional palladium-reduced graphene composite, aggregation between the palladium nanoparticles is increased during the hydrogen absorption and release process.
팔라듐 나노 구형-환원그래핀 복합체의 제조Preparation of Palladium Nanospherical-Reduced Graphene Composite
팔라듐 클로라이드, 염산(hydrochloric acid, HCl, 36.5-38.0%은 Sigma-Aldrich 제품이고, 그래핀 옥사이드 파우더는 Standard Graphene Inc 제품이다.Palladium chloride, hydrochloric acid (hydrochloric acid, HCl, 36.5-38.0% is a product of Sigma-Aldrich, and graphene oxide powder is a product of Standard Graphene Inc.)
300 mL DI 워터에 302.8 mg PdCl2와 277.6 μL HCl를 넣고 상온에서 약 2시간 동안 초음파 교반으로 반응시켜 팔라듐 전구체인 H2PdCl4 (aq)을 합성한다.Add 302.8 mg PdCl 2 and 277.6 μL HCl to 300 mL DI water and react with ultrasonic stirring at room temperature for about 2 hours to synthesize H 2 PdCl 4 (aq), a palladium precursor.
원팟 공정으로 H2PdCl4 (aq) 300 mL에 GO 파우더 240 mg 넣고, 상온에서 약 3시간 동안 초음파 교반한다.In a one-pot process, 240 mg of GO powder is added to 300 mL of H 2 PdCl 4 (aq), and ultrasonically stirred at room temperature for about 3 hours.
DI 워터로 워싱 후 약 섭씨 60도 진공 오븐에서 하루동안 건조한다.After washing with DI water, it is dried in a vacuum oven at about 60 degrees Celsius for one day.
건조된 분말을 튜브 퍼네스(tube furnace)에서 약 섭씨300도에서 약 2시간 동안 환원 반응(4% H2 /96% N2 gas 조건)시킨다.The dried powder is subjected to a reduction reaction (4% H 2 /96% N 2 gas condition) at about 300 degrees Celsius in a tube furnace for about 2 hours.
도 6을 참고하면, 약 3 nm 크기의 구형 팔라듐-환원그래핀 복합체의 TEM 이미지와 나노 입자들의 크기 분포가 확인된다. 도 7을 참고하면 구형 팔라듐 나노 입자가 환원그래핀 층에 의해 둘러 쌓여 있는 모습이 확인된다. 또한, 도 9를 참고하면, 구형 팔라듐-환원그래핀 복합체의XRD 분석을 통해 팔라듐 나노 입자의 결정 구조가 확인된다.Referring to FIG. 6 , a TEM image of a spherical palladium-reduced graphene composite having a size of about 3 nm and a size distribution of nanoparticles are confirmed. Referring to FIG. 7 , it is confirmed that the spherical palladium nanoparticles are surrounded by the reduced graphene layer. In addition, referring to FIG. 9 , the crystal structure of the palladium nanoparticles is confirmed through XRD analysis of the spherical palladium-reduced graphene composite.
도 10 및 도 11을 참고하면, 일 실시예에 따른 복합체에서, 산화그래핀의 환원 유무가 확인된다.10 and 11 , in the composite according to an embodiment, the presence or absence of reduction of graphene oxide is confirmed.
수소 저장 특성Hydrogen storage properties
전술한 실시예에서 제조된 정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체에 대해, PCT(Pressure-composition-temperature) 측정을 HyEnergy Sieverts PCT Pro-2000을 이용하여 진행한 결과를 도 12 내지 도 16에 나타낸다.For the cube-shaped palladium-reduced graphene composite prepared in the above-described embodiment, the results of PCT (Pressure-composition-temperature) measurement using HyEnergy Sieverts PCT Pro-2000 are shown in FIGS. 12 to 16 .
도 12 내지 도 14는 각각 섭씨 98도, 섭씨 112도, 섭씨 128도에서 수소의 흡수 및 방출을 실험한 결과를 나타낸다. 일정한 압력 단계(step)의 수소 가스를 샘플에 흘려주어 평형상태가 되었을 때의 수소농도가 기록된다 (Sievert’s equation). 실험 전, 샘플을 활성화(activation)시키기 위한 과정이 필요하며, 섭씨 98도에서 1시간 이상 배출(evacuation) 과정이 진행되고, 1 MPa의 수소압력에서 금속이 수소화된다.12 to 14 show the results of experiments on the absorption and release of hydrogen at 98 degrees Celsius, 112 degrees Celsius, and 128 degrees Celsius, respectively. The hydrogen concentration when equilibrium is achieved by flowing hydrogen gas of a constant pressure step through the sample is recorded (Sievert's equation). Before the experiment, a process for activating the sample is required, and the evacuation process is performed at 98 degrees Celsius for 1 hour or more, and the metal is hydrogenated at a hydrogen pressure of 1 MPa.
도 15를 참고하면, 복합체의 크기가 감소할수록 압축 응력이 증가하여 히스테리시스 너비가 증가하는 것이 확인된다. 이에 따라 복합체의 사이즈 조절을 통하여 간단한 압축 응력 제어가 가능하다. 이와 같은 경향은 환원그래핀 사용으로 인한 것이다. 일 실시예에 따른 복합체에서의 그래핀은 환원될수록 층(layer) 간격이 줄어들어서 층 간에 규칙도(regularity)가 변한다. 예를 들어, 복합체 안에 갇힌 나노 입자의 사이즈가 커질수록 그래핀이 충분히 감싸지 못하여 층 간 규칙도가 감소하고, 이에 따라 가할 수 있는 압력도 감소한다. 이에 따라 히스테리시스 현상 감소가 일어난다. 일 실시예에 따르면, 팔라듐 외의 다른 금속 수소화물-2D 복합체에 적용할 수 있는 플랫폼이 제시될 수 있다.Referring to FIG. 15 , it is confirmed that as the size of the composite decreases, the compressive stress increases and the hysteresis width increases. Accordingly, simple compressive stress control is possible by adjusting the size of the composite. This trend is due to the use of reduced graphene. As the graphene in the composite according to an embodiment is reduced, the layer spacing is reduced, so that the regularity between the layers is changed. For example, as the size of nanoparticles trapped in the composite increases, graphene does not sufficiently wrap it, so that the interlayer regularity decreases, and accordingly, the pressure that can be applied decreases. Accordingly, the hysteresis phenomenon is reduced. According to an embodiment, a platform applicable to metal hydride-2D composites other than palladium may be presented.
도 16을 참고하면, PCT 분석에서 얻은 평형 압력과 온도를 반트 호프 방정식(vant Hoff equation)에 적용하여, 금속 및 금속 수소화물 간 엔탈피를 계산한 결과가 나타난다. 순수 팔라듐 나노 입자와 일 실시예에 따른 복합체를 비교시, 엔탈피 증가가 확인된다. 이는 금속 수소화물의 상(phase)이 안정화되었음을 의미한다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 복합체는, 종래에 너무 불안정한 상으로 실제적 응용에 한계를 갖고 있던 알라네이트 계열의 금속착화합물에 대해 상용화 가능성을 제시할 수 있다.Referring to FIG. 16 , the result of calculating the enthalpy between the metal and the metal hydride is shown by applying the equilibrium pressure and temperature obtained from the PCT analysis to the vant Hoff equation. When the pure palladium nanoparticles and the composite according to an embodiment are compared, an increase in enthalpy is confirmed. This means that the phase of the metal hydride is stabilized. Accordingly, the composite according to an embodiment may present the possibility of compatibility with respect to the alanate-based metal complex, which has been limited in practical application as a conventionally too unstable phase.
전술한 실시예에서 제조된 약 3 nm 크기의 구형 팔라듐-환원그래핀 복합체에 대해, 키네틱스(Kinetics) 및 PCT측정을 HyEnergy Sieverts PCT Pro-2000을 이용하여 진행한 결과를 도 17 및 도 18에 나타낸다. 키네틱스 실험시, 샘플을 섭씨 100도에서 2.2 bar의 수소압력 가스를 흘려주면서, 수소 흡수 현상이 시간에 따른 저장 능력으로 관찰된다. PCT 실험 조건은 전술한 정육면체형 팔라듐-환원그래핀 복합체에 대한 것과 동일하다.For the spherical palladium-reduced graphene composite having a size of about 3 nm prepared in the above-mentioned Example, the results of kinetics and PCT measurement using HyEnergy Sieverts PCT Pro-2000 are shown in FIGS. 17 and 18. indicates. In the kinetics experiment, while flowing the sample with a hydrogen pressure gas of 2.2 bar at 100 degrees Celsius, the hydrogen absorption phenomenon is observed as the storage capacity over time. The PCT experimental conditions are the same as for the above-described cube-shaped palladium-reduced graphene composite.
도 17 및 도 18을 참고하면, 구형 복합체의 키테틱스 분석을 통해 빠른 수소 흡수 속도가 확인된다. 압축 응력 중 인장 변형(tensile strain)으로 인한 수소 흡수가 촉진화된다. 팔라듐과 환원그래핀 사이의 상호작용으로 팔라듐의 전자가 그래핀으로 이동함으로써, 수소와 더 많이 결합할 수 있게 되며, 이에 따라 수소 저장 능력이 향상된다. 또한, 일 실시예에 따른 복합체는, 엔탈피 증가로 인해, 알라네이트 계열의 금속착화합물에 대한 상용화 가능성을 제시할 수 있다.Referring to FIGS. 17 and 18 , a fast hydrogen absorption rate is confirmed through chitetics analysis of the spherical complex. Hydrogen absorption due to tensile strain during compressive stress is promoted. The interaction between palladium and reduced graphene allows electrons of palladium to move to graphene, allowing more hydrogen to bind, thereby improving hydrogen storage capacity. In addition, the composite according to one embodiment, due to an increase in enthalpy, may suggest the possibility of compatibility for alanate-based metal complex compounds.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the
Claims (21)
상기 제1 팔라듐 나노 입자와 이격되어 있는 제2 팔라듐 나노 입자,
상기 제1 팔라듐 나노 입자의 상부 및 상기 제2 팔라듐 나노 입자의 상부를 둘러싸고 있는 제1 환원그래핀, 그리고
상기 제1 팔라듐 나노 입자의 하부 및 상기 제2 팔라듐 나노 입자의 하부를 둘러싸고 있는 제2 환원그래핀
을 포함하는 팔라듐-환원그래핀 복합체.
first palladium nanoparticles,
The second palladium nanoparticles spaced apart from the first palladium nanoparticles,
The first reduced graphene surrounding the upper portion of the first palladium nanoparticles and the upper portion of the second palladium nanoparticles, and
The second reduced graphene surrounding the lower portion of the first palladium nanoparticles and the lower portion of the second palladium nanoparticles
A palladium-reduced graphene composite comprising a.
상기 제1 환원그래핀 및 상기 제2 환원그래핀은 각각 그물형 구조를 갖는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 1,
The first reduced graphene and the second reduced graphene each have a palladium-reduced graphene composite having a net-like structure.
상기 제1 환원그래핀 및 상기 제2 환원그래핀은 서로 이격되어 있는 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 2,
The first reduced graphene and the second reduced graphene are palladium-reduced graphene composites that are spaced apart from each other.
상기 제1 팔라듐 나노 입자는 상기 제1 환원그래핀에 의해 하부 방향으로 클램핑 힘(clamping force)을 받으며, 상기 제2 환원그래핀에 의해 상부 방향으로 클램핑 힘을 받는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 2,
The first palladium nanoparticles receive a clamping force in the lower direction by the first reduced graphene, and receive a clamping force in the upper direction by the second reduced graphene palladium-reduced graphene composite .
상기 제1 팔라듐 나노 입자는 상기 제1 환원그래핀에 의해 수평 방향으로 래터럴 힘(lateral force)을 받으며, 상기 제2 환원그래핀에 의해 수평 방향으로 래터럴 힘을 받는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 4,
The first palladium nanoparticles receive a lateral force in the horizontal direction by the first reduced graphene, and receive a lateral force in the horizontal direction by the second reduced graphene palladium-reduced graphene composite .
상기 제1 팔라듐 나노 입자 및 상기 제2 팔라듐 나노 입자는 각각 정육면체형의 구조를 갖는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 5,
The palladium-reduced graphene composite of the first palladium nanoparticles and the second palladium nanoparticles each having a cube-shaped structure.
상기 제1 팔라듐 나노 입자 및 상기 제2 팔라듐 나노 입자는 각각 구형의 구조를 갖는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 5,
The first palladium nanoparticles and the second palladium nanoparticles each have a spherical structure palladium-reduced graphene composite.
그물형 구조를 가지며, 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부를 둘러싸고 있는 제1 환원그래핀, 그리고
그물형 구조를 가지며, 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 하부를 둘러싸고 있는 제2 환원그래핀
을 포함하는 팔라듐-환원그래핀 복합체.
A plurality of palladium nanoparticles having a cube-shaped structure and arranged in layers,
A first reduced graphene having a net-like structure and surrounding the upper portion of the plurality of palladium nanoparticles, and
Second reduced graphene having a network structure and surrounding the lower portion of the plurality of palladium nanoparticles
A palladium-reduced graphene composite comprising a.
상기 제1 환원그래핀은 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 정육면체형 형상을 따라 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부와 접촉하면서, 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들을 둘러싸고 있는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 8,
The first reduced graphene is a palladium-reduced graphene composite that surrounds the plurality of palladium nanoparticles while in contact with the upper portions of the plurality of palladium nanoparticles along the cube-shaped shape of the plurality of palladium nanoparticles.
상기 제2 환원그래핀은 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 정육면체형 형상을 따라 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 하부와 접촉하면서, 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들을 둘러싸고 있는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 9,
The second reduced graphene is a palladium-reduced graphene composite that surrounds the plurality of palladium nanoparticles while in contact with the lower portions of the plurality of palladium nanoparticles along the cube-shaped shape of the plurality of palladium nanoparticles.
상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 크기는 각각 25 nm 내지 80 nm 인 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 10,
The size of each of the plurality of palladium nanoparticles is 25 nm to 80 nm palladium-reduced graphene composite.
그물형 구조를 가지며, 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부를 둘러싸고 있는 제1 환원그래핀, 그리고
그물형 구조를 가지며, 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 하부를 둘러싸고 있는 제2 환원그래핀
을 포함하는 팔라듐-환원그래핀 복합체.
A plurality of palladium nanoparticles having a spherical structure and arranged in layers,
A first reduced graphene having a net-like structure and surrounding the upper portion of the plurality of palladium nanoparticles, and
Second reduced graphene having a network structure and surrounding the lower portion of the plurality of palladium nanoparticles
A palladium-reduced graphene composite comprising a.
상기 제1 환원그래핀은 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 구형 형상을 따라 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 상부와 접촉하면서, 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들을 둘러싸고 있는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 12,
The first reduced graphene is a palladium-reduced graphene composite that surrounds the plurality of palladium nanoparticles while in contact with the upper portions of the plurality of palladium nanoparticles along the spherical shape of the plurality of palladium nanoparticles.
상기 제2 환원그래핀은 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 구형 형상을 따라 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 하부와 접촉하면서, 상기 복수의 팔라듐 나노 입자들을 둘러싸고 있는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
In claim 13,
The second reduced graphene is a palladium-reduced graphene composite that surrounds the plurality of palladium nanoparticles while in contact with the lower portions of the plurality of palladium nanoparticles along the spherical shape of the plurality of palladium nanoparticles.
상기 복수의 팔라듐 나노 입자들의 크기는 각각 2 nm 내지 4 nm 인 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체.
15. In claim 14,
The size of each of the plurality of palladium nanoparticles is 2 nm to 4 nm palladium-reduced graphene composite.
팔라듐염을 용매에 용해하여 팔라듐 전구체 용액을 제조하는 단계,
상기 산화그래핀 용액에 환원제 및 표면안정제를 첨가한 후 가열하고, 상기 팔라듐 전구체 용액을 첨가하여, 팔라듐-환원그래핀 복합체를 수득하는 단계
를 포함하는 팔라듐-환원그래핀 복합체 제조 방법.
Dissolving the graphene oxide powder in a solvent to prepare a graphene oxide solution,
Dissolving a palladium salt in a solvent to prepare a palladium precursor solution,
After adding a reducing agent and a surface stabilizer to the graphene oxide solution, heating, and adding the palladium precursor solution to obtain a palladium-reduced graphene composite
A palladium-reduced graphene composite manufacturing method comprising a.
상기 팔라듐-환원그래핀 복합체는 원팟(one-pot) 공정으로 환원 반응이 일어나 제조되는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체 제조 방법.
17. In claim 16,
The palladium-reduced graphene composite is a palladium-reduced graphene composite manufacturing method that is produced by a reduction reaction in a one-pot process.
상기 환원제는 아스코르빈산이고, 상기 표면안정제는 포타슘 브로마이드인 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체 제조 방법.
In claim 17,
The reducing agent is ascorbic acid, and the surface stabilizer is potassium bromide. Palladium-reduced graphene composite manufacturing method.
상기 팔라듐 전구체 용액에 산화그래핀 분말을 첨가한 후 교반하여, 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체를 수득하는 단계,
상기 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체를 건조하여 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체 분말을 수득하는 단계, 그리고
상기 팔라듐 전구체-산화그래핀 복합체 분말을 가열하여 환원 반응시켜, 팔라듐-환원그래핀 복합체를 수득하는 단계
를 포함하는 팔라듐-환원그래핀 복합체 제조 방법.
Dissolving a palladium salt in a solvent to prepare a palladium precursor solution,
After adding graphene oxide powder to the palladium precursor solution and stirring, obtaining a palladium precursor-graphene oxide composite;
Drying the palladium precursor-graphene oxide composite to obtain a palladium precursor-graphene oxide composite powder, and
Heating the palladium precursor-graphene oxide composite powder for a reduction reaction to obtain a palladium-reduced graphene composite
A palladium-reduced graphene composite manufacturing method comprising a.
상기 팔라듐-환원그래핀 복합체는 원팟(one-pot) 공정으로 환원 반응이 일어나 제조되는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체 제조 방법.
In paragraph 19,
The palladium-reduced graphene composite is a palladium-reduced graphene composite manufacturing method that is produced by a reduction reaction in a one-pot process.
상기 환원 반응은 섭씨 250 도 내지 섭씨 350 도에서 1 시간 내지 3 시간 동안 일어나는 것인 팔라듐-환원그래핀 복합체 제조 방법.
21. In claim 20,
The reduction reaction is palladium-reduced graphene composite manufacturing method that occurs at 250 degrees Celsius to 350 degrees Celsius for 1 hour to 3 hours.
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2021
- 2021-02-22 KR KR1020210023536A patent/KR102510803B1/en active IP Right Grant
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102510803B1 (en) | 2023-03-16 |
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