KR20230077549A - Menufacturing method of porous carbon structure derived from organic-inorganic nanoporous material and porous carbon structure menufactured thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 1종 이상의 불포화 디카르복실산을 물에 용해시켜서 제1용액을 형성하는 단계; 알루미늄 전구체를 물에 용해시켜서 제2용액을 형성하는 단계; 알루민산염을 물에 용해시켜서 제3용액을 형성하는 단계; 상기 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 혼합하고 결정화 반응시켜서 유무기나노세공체를 제조하는 단계; 상기 유무기나노세공체를 탄화 반응시켜서 다공성 탄소 구조체 전구체를 제조하는 단계;및 상기 다공성 탄소 구조체 전구체를 염기성 수용액에 투입하여 세척하는 단계를 포함할 수 있다. One embodiment of the present invention comprises the steps of dissolving at least one unsaturated dicarboxylic acid in water to form a first solution; dissolving an aluminum precursor in water to form a second solution; dissolving the aluminate in water to form a third solution; preparing an organic/inorganic nanoporous body by mixing and crystallizing the first solution, the second solution, and the third solution; Carbonizing the organic/inorganic nanoporous body to prepare a porous carbon structure precursor; and washing the porous carbon structure precursor by putting it into a basic aqueous solution.
Description
본 발명은 다공성 탄소 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous carbon structure, and more particularly, to a method for manufacturing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body.
다공성 물질이란 기공이 형성된 물질로 정의되며, 다공성 물질에 존재하는 포어(pore)는 크기에 따라, 2nm 미만인 마이크로포어, 2 내지 60nm인 메조포어, 60nm를 초과하는 마크로포어로 분류될 수 있다. 일반적으로 다공성 물질은 촉매의 담체, 분리 시스템, 저유전상수 물질, 수소 저장 물질, 포토닉스 크리스탈 등 많은 분야에 이용될 수 있다.A porous material is defined as a material in which pores are formed, and the pores present in the porous material may be classified into micropores of less than 2 nm, mesopores of 2 to 60 nm, and macropores of more than 60 nm, depending on their size. In general, porous materials can be used in many fields, such as carriers of catalysts, separation systems, low dielectric constant materials, hydrogen storage materials, and photonics crystals.
상기 다공성 물질로는 무기물질, 금속, 폴리머, 및 탄소계 물질 등이 있으며, 이 중 탄소계 물질은 화학적, 기계적, 열적 안정성이 우수하여, 다양한 분야에 적용될 수 있는 유용한 물질이다.Examples of the porous material include inorganic materials, metals, polymers, and carbon-based materials, among which carbon-based materials have excellent chemical, mechanical, and thermal stability, and are useful materials that can be applied to various fields.
특히, 다공성 탄소 물질은 연료 전지 분야에서 널리 사용될 수 있다. 이는 표면 특성, 이온 전도성, 내부식성 및 비용적인 우수함 때문이다. 따라서, 다양한 종류의 다공성 탄소 물질이 현재 연료 전지 분야에 이용되고 있으며, 그 대표적인 예로는 촉매 담체로 사용되는 활성 탄소 및 카본 블랙을 들 수 있다.In particular, porous carbon materials can be widely used in the field of fuel cells. This is because of excellent surface properties, ionic conductivity, corrosion resistance and cost. Accordingly, various types of porous carbon materials are currently being used in the field of fuel cells, and representative examples thereof include activated carbon and carbon black used as catalyst carriers.
최근에는 다른 여러 종류의 탄소 물질, 예를 들면 메조 구조의 탄소(meso structured carbon), 그라파이트성 탄소 나노파이버(graphitic carbon nanofiber), 및 메조탄소 마이크로비드(mesocarbon microbead) 등이 금속 촉매의 활성을 높이기 위한 촉매 지지체로 널리 사용되고 있다.Recently, various other types of carbon materials, such as meso structured carbon, graphitic carbon nanofiber, and mesocarbon microbeads, have been developed to increase the activity of metal catalysts. It is widely used as a catalyst support for
그러나, 여전히 비표면적이 넓고, 상호 연결된 구조를 갖는 다공성 탄소 물질을 합성하는 것은 매우 어려운 작업이다.However, it is still a very difficult task to synthesize a porous carbon material having a large specific surface area and an interconnected structure.
또한, 최근에는, 제올라이트, 메조다공성 물질, 및 콜로이달 크리스탈을 이용하는 템플릿 복제법으로, 규칙적으로 정렬된 다공성 탄소 물질을 합성하고 있다. 이 합성 방법은 고형의 다공성 실리카 몰드에 탄소 전구체를 주입하고, 비산화 조건하에서, 탄소 전구체를 탄화시킨 후, HF 또는 NaOH 용액중에서 상기 실리카 몰드를 용해시켜 다공성 탄소 물질을 제조하는 것이다. In recent years, a regularly ordered porous carbon material has been synthesized by a template replication method using zeolite, mesoporous material, and colloidal crystal. In this synthetic method, a porous carbon material is prepared by injecting a carbon precursor into a solid porous silica mold, carbonizing the carbon precursor under non-oxidizing conditions, and then dissolving the silica mold in a HF or NaOH solution.
그러나, 이는 단일 사이즈의 기공을 갖는 탄소 물질이므로 비표면적의 증대에 한계가 있다. 따라서, 이보다 넓은 비표면적을 가지며, 상호 연결된 구조의 다공성 탄소 물질에 관한 연구가 지속적으로 요구되고 있다.However, since this is a carbon material having pores of a single size, there is a limit to increasing the specific surface area. Therefore, research on a porous carbon material having a larger specific surface area than this and having an interconnected structure is continuously required.
한편, 다공성 구조체인 실리카겔 또는 제올라이트를 대체할 수 있는 물질로 유무기나노세공체가 주목 받고 있다. 통상 금속은 비공유전자쌍을 갖는 유기 리간드와 상온에서 배위화합물을 용이하게 생성하는데, 물이나 유기 용매 하에서 이러한 배위화합물들이 고분자화되어 3차원 골격구조를 형성한다. 이와 같은 화합물을 일반적으로 "금속-유기골격체(Metal-Organic Frameworks, MOF)"라고 하며, 일부 화합물들의 경우, 3차원 골격구조를 형성하면서 나노크기의 세공을 갖기 때문에 “유무기나노세공체”라고도 한다.On the other hand, organic/inorganic nanoporous materials are attracting attention as materials that can replace silica gel or zeolite, which are porous structures. In general, metals easily form coordination compounds with organic ligands having unshared electron pairs at room temperature. These coordination compounds are polymerized in water or an organic solvent to form a three-dimensional skeletal structure. Such compounds are generally referred to as "Metal-Organic Frameworks (MOFs)", and in the case of some compounds, "organic/inorganic nanoporous materials" because they have nano-sized pores while forming a three-dimensional framework structure. Also called
유무기나노세공체는 금속이온의 배위수와 유기 리간드 화합물의 종류에 따라 구조를 다양하게 변형하여, 다양한 분야에 응용할 수 있으며, 제올라이트 대비 표면적이 최대 3배 내지 15배 이상 큰 것으로 보고되고 있다. 또한, 무기금속으로 이루어진 제올라이트에는 존재하지 않는 불포화 금속이온 자리가 존재하여 반응성과 흡착 선택성을 부여하는 것이 용이하다는 이점이 있다.Organic-inorganic nanoporous materials can be applied to various fields by modifying their structure in various ways according to the coordination number of metal ions and the type of organic ligand compound, and are reported to have a surface area up to 3 to 15 times larger than zeolite. In addition, there is an advantage in that it is easy to impart reactivity and adsorption selectivity due to the presence of unsaturated metal ion sites that do not exist in zeolites made of inorganic metals.
그러나, 종래에는 유무기나노세공체를 제조할 때 주로 DMF와 같은 유기 용매를 사용하였는데, 유기 용매는 일반적으로 독성이 강하고 환경과 인체에 유해한 경우가 많으므로 상기 유무기나노세공체를 이용하여 흡착 능력이 우수하면서도 친환경적으로 제조되는 유무기나노세공체 및 상기 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체의 개발이 필요하다. However, conventionally, organic solvents such as DMF were mainly used when manufacturing organic/inorganic nanoporous materials. Organic solvents are generally highly toxic and harmful to the environment and human body in many cases. It is necessary to develop an organic/inorganic nanoporous body having excellent ability and environmentally friendly production and a porous carbon structure derived from the organic/inorganic nanoporous body.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 친환경적으로 제조되는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 탄소 구조체를 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for manufacturing a porous carbon structure derived from an organic-inorganic nanoporous material produced in an environmentally friendly manner and a porous carbon structure manufactured thereby.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body.
본 발명의 실시예에 있어서, 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법은, 1종 이상의 불포화 디카르복실산을 물에 용해시켜서 제1용액을 형성하는 단계; 알루미늄 전구체를 물에 용해시켜서 제2용액을 형성하는 단계; 알루민산염을 물에 용해시켜서 제3용액을 형성하는 단계; 상기 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 혼합하고 결정화 반응시켜서 유무기나노세공체를 제조하는 단계; 상기 유무기나노세공체를 탄화 반응시켜서 다공성 탄소 구조체 전구체를 제조하는 단계;및 상기 다공성 탄소 구조체 전구체를 염기성 수용액에 투입하여 세척하는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, a method for preparing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous material includes dissolving at least one unsaturated dicarboxylic acid in water to form a first solution; dissolving an aluminum precursor in water to form a second solution; dissolving the aluminate in water to form a third solution; preparing an organic/inorganic nanoporous body by mixing and crystallizing the first solution, the second solution, and the third solution; Carbonizing the organic/inorganic nanoporous body to prepare a porous carbon structure precursor; and washing the porous carbon structure precursor by putting it into a basic aqueous solution.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1용액을 형성하는 단계에서, 상기 1종 이상의 불포화 디카르복실산은 이소프탈산 또는 메틸이소프탈산을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of forming the first solution, the at least one unsaturated dicarboxylic acid may include isophthalic acid or methyl isophthalic acid.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2용액을 형성하는 단계에서, 상기 알루미늄 전구체는 질산알루미늄(Al(NO3)3), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of forming the second solution, the aluminum precursor is aluminum nitrate (Al(NO 3 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ) and at least one selected from the group consisting of hydrates thereof.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제3용액을 형성하는 단계에서, 상기 알루민산염은 알루민산나트륨 또는 알루민산칼륨을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of forming the third solution, the aluminate may include sodium aluminate or potassium aluminate.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이소프탈산 및 메틸이소프탈산의 몰비는 1:0.025 내지 1:0.25로 제공될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the molar ratio of isophthalic acid and methyl isophthalic acid may be provided as 1:0.025 to 1:0.25.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유무기나노세공체를 제조하는 단계에서,In an embodiment of the present invention, in the step of manufacturing the organic-inorganic nanoporous body,
상기 결정화 반응은 100℃ 내지 200 ℃ 의 온도에서 30분 내지 30시간 동안 수행될 수 있다. The crystallization reaction may be performed at a temperature of 100 °C to 200 °C for 30 minutes to 30 hours.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유무기나노세공체를 탄화반응시키는 단계에서, 상기 탄화반응은 질소분위기 하에서 700°C 내지 900°C로 가열할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of carbonizing the organic-inorganic nanoporous body, the carbonization reaction may be heated at 700 ° C to 900 ° C under a nitrogen atmosphere.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 염기성 수용액에 투입하여 세척하는 단계에서, 상기 염기성 수용액은 NaOH, KOH, Ca(OH)2 또는 Ba(OH)2를 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of washing by putting into the basic aqueous solution, the basic aqueous solution may include NaOH, KOH, Ca(OH) 2 or Ba(OH) 2 .
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 염기성 수용액에 투입하여 세척하는 단계에서, 상기 수용액이 pH가 7에 도달하는 경우 세척을 중단할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of washing by adding the basic aqueous solution, the washing may be stopped when the pH of the aqueous solution reaches 7.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1용액을 형성하는 단계에서, 상기 1종 이상의 불포화 디카르복실산을 제1용매에 용해시킨 이후, 알코올을 더 첨가할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of forming the first solution, after dissolving the at least one unsaturated dicarboxylic acid in the first solvent, alcohol may be further added.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유무기나노세공체를 제조하는 단계에서, 상기 제1용액에 제2용액을 먼저 혼합하고, 이후에 제3용액을 혼합할 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of preparing the organic/inorganic nanoporous body, the first solution may be mixed with the second solution, and then the third solution may be mixed.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유무기나노세공체를 제조하는 단계에서, 상기 제1용액에 포함되는 불포화 디카르복실산, 상기 제2용액에 포함되는 알루미늄전구체 및 상기 제3용액에 포함되는 알루민산염의 몰비는 5 내지 15 : 1.8 내지 5.6 : 1.2 내지 3.7 일 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of preparing the organic-inorganic nanoporous body, the unsaturated dicarboxylic acid contained in the first solution, the aluminum precursor contained in the second solution, and the third solution The molar ratio of aluminate may be 5 to 15: 1.8 to 5.6: 1.2 to 3.7.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 다공성 탄소 구조체를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a porous carbon structure.
상기 다공성 탄소 구조체는 상기 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법에 의해 제조된 다공성 탄소 구조체일 수 있다. The porous carbon structure may be a porous carbon structure manufactured by a method for manufacturing a porous carbon structure derived from the organic/inorganic nanoporous body.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 슈퍼커패시터를 제공한다. In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a supercapacitor.
상기 슈퍼커패시터는 상기 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법에 의해 제조된 다공성 탄소 구조체를 포함할 수 있다. The supercapacitor may include a porous carbon structure manufactured by a method for manufacturing a porous carbon structure derived from the organic/inorganic nanoporous body.
본 발명의 실시예에 따르면, 친환경적인 용매를 사용하면서도, 수분 흡착량이 우수하며, 반응 시간이 감소되고 반응 조건이 완화되어 경제적으로 제조 가능한 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body that can be economically manufactured by using an eco-friendly solvent, excellent in moisture absorption, reduced reaction time, and relaxed reaction conditions. there is.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법의 순서도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 유무기나노세공체의 (a)질소 흡착 성능 그래프 및 (b) XRD 그래프이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 유무기나노세공체의 (a) TGA 그래프 및 (b) SEM 이미지이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 유무기나노세공체의 가열 온도에 따른 다공성 탄소 구조체를 나타낸 SEM이미지이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 700°C 로 가열되어 탄화된 다공성 탄소 구조체의 표면특성을 확인할 수 있는 SEM이미지 및 EDS분석 결과이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른, 800°C 로 가열되어 탄화된 다공성 탄소 구조체의 표면특성을 확인할 수 있는 SEM이미지 및 EDS 분석 결과이다.
도7는 본 발명의 일 실시예에 따른, 900°C 로 가열되어 탄화된 다공성 탄소 구조체의 표면특성을 확인할 수 있는 SEM이미지 및 EDS분석 결과이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른, (a) 다공성 탄소 구조체의 77K에서의 질소등온흡착 그래프, (b) BET비표면적 값을 나타내는 표이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 탄소 구조체의 기공 크기분포를 나타내는 그래프이다.
도10은 본 발명의 일 실시예2에 따른 유무기나노세공체 및 다공성 탄소 구조체의 (a)분말X-선회절분석결과 및 (b)라만분광분석결과를 나타내는 그래프이다.
도11은 본 발명의 소자실시예에 따른 다공성 탄소 구조체, graphite 및 activated carbon 의 CV(순환 전압계) 그래프이다.
도12는 본 발명의 소자실시예에 따른 다공성 탄소 구조체, graphite 및 activated carbon 의 GCD(정전류 충방전) 그래프이다. 1 is a flow chart of a method for manufacturing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous material according to an embodiment of the present invention.
2 is (a) a nitrogen adsorption performance graph and (b) an XRD graph of an organic-inorganic nanoporous material according to an embodiment of the present invention.
3 is (a) a TGA graph and (b) a SEM image of an organic/inorganic nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
4 is a SEM image showing a porous carbon structure according to a heating temperature of an organic/inorganic nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
5 is an SEM image and EDS analysis results for confirming the surface characteristics of a carbonized porous carbon structure heated to 700 ° C according to an embodiment of the present invention.
6 is an SEM image and EDS analysis results for confirming the surface characteristics of a carbonized porous carbon structure heated to 800 ° C according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is an SEM image and EDS analysis results for confirming the surface characteristics of a carbonized porous carbon structure heated to 900 ° C according to an embodiment of the present invention.
8 is (a) a nitrogen isothermal adsorption graph at 77K of a porous carbon structure, and (b) a table showing BET specific surface area values, according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the pore size distribution of the porous carbon structure according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing (a) powder X-ray diffraction analysis results and (b) Raman spectroscopy analysis results of organic/inorganic nanoporous bodies and porous carbon structures according to Example 2 of the present invention.
11 is a CV (cyclic voltmeter) graph of a porous carbon structure, graphite, and activated carbon according to a device embodiment of the present invention.
12 is a GCD (constant current charge/discharge) graph of a porous carbon structure, graphite, and activated carbon according to a device embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법을 설명한다.A method for manufacturing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body according to an embodiment of the present invention will be described.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법의 순서도이다.1 is a flow chart of a method for manufacturing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous material according to an embodiment of the present invention.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법은, 1종 이상의 불포화 디카르복실산을 물에 용해시켜서 제1용액을 형성하는 단계(S100); 알루미늄 전구체를 물에 용해시켜서 제2용액을 형성하는 단계(S200); 알루민산염을 물에 용해시켜서 제3용액을 형성하는 단계(S300); 상기 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 혼합하고 결정화 반응시켜서 유무기나노세공체를 제조하는 단계(S400); 상기 유무기나노세공체를 탄화반응시키는 단계(S500);및 상기 탄화된 유무기나노세공체를 염기성 수용액에 투입하여 세척하는 단계(S600)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method for manufacturing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body according to an embodiment of the present invention includes the steps of dissolving one or more unsaturated dicarboxylic acids in water to form a first solution ( S100); Dissolving the aluminum precursor in water to form a second solution (S200); dissolving aluminate in water to form a third solution (S300); preparing an organic/inorganic nanoporous body by mixing and crystallizing the first solution, the second solution, and the third solution (S400); Carbonizing the organic/inorganic nanoporous material (S500); and washing the carbonized organic/inorganic nanoporous material by introducing it into a basic aqueous solution (S600).
첫째 단계에서, 1종 이상의 불포화 디카르복실산을 물에 용해시켜서 제1용액을 형성하는 단계를 형성한다(S100).In the first step, a step of forming a first solution by dissolving one or more unsaturated dicarboxylic acids in water is formed (S100).
상기 1종 이상의 불포화 디카르복실산은 이소프탈산(isophthalic acid)을 포함할 수 있다.The at least one unsaturated dicarboxylic acid may include isophthalic acid.
또한, 상기 1종 이상의 불포화 디카르복실산은 메틸이소프탈산(methyl isophthalic acid)을 더 포함할 수 있다.In addition, the at least one unsaturated dicarboxylic acid may further include methyl isophthalic acid.
따라서, 상기 제1용액에는 이소프탈산만 포함될 수도 있고, 이소프탈산 및 메틸이소프탈산이 함께 포함될 수도 있다.Therefore, the first solution may contain only isophthalic acid or both isophthalic acid and methyl isophthalic acid.
상기 메틸이소프탈산은 이소프탈산에 비해 소수성인 메틸기가 더 포함되어 있으므로, 유무기나노세공체의 리간드로 작용 시 MOF 세공 내 수분에 대한 소수성이 증가할 수 있다.Since the methyl isophthalic acid further contains a hydrophobic methyl group compared to isophthalic acid, hydrophobicity to moisture in the pores of the MOF may increase when it acts as a ligand for the organic/inorganic nanoporous body.
예를 들어, 상기 메틸이소프탈산은 5-메틸이소프탈산일 수 있다.For example, the methyl isophthalic acid may be 5-methyl isophthalic acid.
상기 제1용액에 이소프탈산 및 메틸이소프탈산이 함께 포함되는 경우, 이소프탈산 및 메틸이소프탈산의 몰비는 1:0.025 내지 1:0.25로 제공될 수 있다.When isophthalic acid and methyl isophthalic acid are included together in the first solution, a molar ratio of isophthalic acid and methyl isophthalic acid may be 1:0.025 to 1:0.25.
즉, 상기 메틸이소프탈산의 함량은 상기 이소프탈산의 몰수 대비 2.5 내지 25몰%로 포함될 수 있다.That is, the content of the methyl isophthalic acid may be included as 2.5 to 25 mol% compared to the number of moles of the isophthalic acid.
따라서, 상기 제1용액 내에 이소프탈산 및 메틸이소프탈산이 모두 포함되는 경우, 제조된 유무기나노세공체에는 이소프탈산 리간드 및 메틸이소프탈산 리간드의 몰비가 1:0.025 내지 1:0.25로 포함될 수 있다.Accordingly, when both isophthalic acid and methyl isophthalic acid are included in the first solution, the prepared organic/inorganic nanoporous body may include the isophthalic acid ligand and the methyl isophthalic acid ligand in a molar ratio of 1:0.025 to 1:0.25.
상기 이소프탈산 리간드 및 메틸이소프탈산 리간드의 몰비가 1:0.025 미만인 경우에는 등온 수분흡착 구간이 상대습도가 높은 방향으로 충분히 shift되지 않을 수 있으며, 이소프탈산 리간드 및 메틸이소프탈산 리간드의 몰비가 1:0.25 초과인 경우에는 상대습도 변화에 따라 수분흡착 정도가 급격한 영향을 받으므로 그 이상의 함유량 증가는 바람직하지 않다.When the molar ratio of the isophthalic acid ligand and the methylisophthalic acid ligand is less than 1:0.025, the isothermal moisture adsorption section may not be sufficiently shifted in the direction of high relative humidity, and the molar ratio of the isophthalic acid ligand and the methylisophthalic acid ligand is 1:0.25. In the case of excess, it is not desirable to increase the content more than that because the degree of moisture adsorption is rapidly affected by changes in relative humidity.
더 바람직하게는 상기 이소프탈산 및 메틸이소프탈산의 몰비는1:0.025 내지 1:0.125일 수 있다.More preferably, the molar ratio of isophthalic acid and methyl isophthalic acid may be 1:0.025 to 1:0.125.
상기 이소프탈산 리간드 및 메틸이소프탈산 리간드의 몰비가 1:0.025 내지 1:0.125인 구간에서는 기존 흡착제와 비교했을때, 수분흡착량의 저하 없이 수분흡탈착이 발생하는 구동압력만 평행이동(shift)되므로 수분흡착 능력이 우수해진다.In the section where the molar ratio of the isophthalic acid ligand and the methylisophthalic acid ligand is 1: 0.025 to 1: 0.125, compared to conventional adsorbents, only the driving pressure at which water adsorption and desorption occurs without a decrease in water adsorption amount is shifted. Excellent moisture absorption ability.
또한, 상기 제1용매는 염기성 수용액을 포함할 수 있다.In addition, the first solvent may include a basic aqueous solution.
예를 들어, 상기 염기성 수용액은 NaOH(수산화 나트륨), KOH(수산화 칼륨), Ca(OH)2(수산화 칼슘) 또는 Ba(OH)2(수산화 바륨)를 포함할 수 있다.For example, the basic aqueous solution may include NaOH (sodium hydroxide), KOH (potassium hydroxide), Ca(OH) 2 (calcium hydroxide) or Ba(OH) 2 (barium hydroxide).
종래의 불포화 디카르복실산은 물에 용해되지 않아서 유기 용매를 사용하였다. 예를 들어, 불포화 디카르복실산의 용매 DMF를 단순히 물로만 대체하는 경우 상기 불포화 디카르복실산은 물에 용해되지 않고, 이후에 결정화 반응이 잘 일어나지 않아서 유무기나노세공체가 제조되지 않을 수 있다.Conventional unsaturated dicarboxylic acids do not dissolve in water, so organic solvents are used. For example, when the solvent DMF of the unsaturated dicarboxylic acid is simply replaced with water, the unsaturated dicarboxylic acid does not dissolve in water and the crystallization reaction does not occur thereafter, so that the organic/inorganic nanoporous material may not be produced.
그러나, 본 발명에서는 염기성 물질을 증류수에 녹인 염기성 수용액에 불포화 디카르복실산을 용해시킴으로써 유기 용매를 대체하여 친환경적으로 유무기나노세공체의 제조가 가능해졌다.However, in the present invention, by dissolving an unsaturated dicarboxylic acid in a basic aqueous solution in which a basic material is dissolved in distilled water, organic solvents are substituted, thereby enabling environmentally friendly production of organic/inorganic nanoporous materials.
상기 1종 이상의 불포화 디카르복실산은 상기 염기성 수용액에 용해되어 알칼리금속 프탈레이트 또는 알칼리토금속 프탈레이트를 형성할 수 있다.The at least one unsaturated dicarboxylic acid may be dissolved in the basic aqueous solution to form an alkali metal phthalate or an alkaline earth metal phthalate.
상기 알칼리금속 프탈레이트 또는 알칼리토금속 프탈레이트는 disodium phthalate, dipotassium phthalate, calcium phthalate, barium phthalate, disodium isophthalate, dipotassium isophthalate, calcium isophthalate 또는 barium isophthalate를 포함할 수 있다.The alkali metal phthalate or alkaline earth metal phthalate may include disodium phthalate, dipotassium phthalate, calcium phthalate, barium phthalate, disodium isophthalate, dipotassium isophthalate, calcium isophthalate or barium isophthalate.
예를 들어, NaOH를 증류수에 용해시켜서 NaOH 수용액을 형성한 후 이소프탈산을 용해시켜서 제1용액을 제조할 수 있다.For example, the first solution may be prepared by dissolving NaOH in distilled water to form an aqueous solution of NaOH, and then dissolving isophthalic acid.
제1용액을 형성하는 단계에서, 상기 1종 이상의 불포화 디카르복실산을 제1용매에 용해시킨 이후에, 알코올을 더 첨가할 수 있다.In the step of forming the first solution, after dissolving the at least one unsaturated dicarboxylic acid in the first solvent, alcohol may be further added.
상기 알코올은 첨가제(반응조절제, moderator)로서 소량 첨가될 수 있는데, 최종 결과물 합성 시 부산물 생성을 억제하거나 결정형성속도를 조절해주어 수율을 향상 시키는데 도움을 줄 수 있다.The alcohol may be added in a small amount as an additive (reaction regulator, moderator), and it may help to improve the yield by suppressing by-product production or controlling the crystal formation rate during synthesis of the final product.
상기 제1용액은 유기 용매를 사용하지 않으므로 친환경적으로 제조할 수 있다.Since the first solution does not use an organic solvent, it can be prepared in an environmentally friendly manner.
둘째 단계에서, 알루미늄 전구체를 물에 용해시켜서 제2용액을 형성한다. (S200) In the second step, the aluminum precursor is dissolved in water to form a second solution. (S200)
상기 알루미늄 전구체는 질산알루미늄(Al(NO3)3), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The aluminum precursor may include at least one selected from the group consisting of aluminum nitrate (Al(NO 3 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), and hydrates thereof. there is.
이때, 황산 알루미늄 수화물을 증류수에 교반하여 제1용액을 제조할 수 있다.At this time, the first solution may be prepared by stirring aluminum sulfate hydrate in distilled water.
상기 제2용액은 유기 용매를 사용하지 않으므로 친환경적으로 제조할 수 있다.Since the second solution does not use an organic solvent, it can be prepared in an environmentally friendly manner.
셋째 단계에서, 1종 이상의 알루민산염을 제3용매에 용해시켜서 제3용액을 형성한다(S300).In the third step, at least one aluminate is dissolved in a third solvent to form a third solution (S300).
상기 알루민산염은 알루민산나트륨(Sodium Aluminate) 또는 알루민산칼륨(Potassium Aluminate)을 포함할 수 있다.The aluminate may include sodium aluminate or potassium aluminate.
예를 들어, 알루민산나트륨을 증류수에 용해시켜서 제2용액을 제조할 수 있다.For example, the second solution may be prepared by dissolving sodium aluminate in distilled water.
상기 제3용액은 유기 용매를 사용하지 않으므로 친환경적으로 제조할 수 있다.Since the third solution does not use an organic solvent, it can be prepared in an environmentally friendly manner.
상기 제1 용액은 물에, 상기 제2 용액은 물에 각각 용해시키는데, 그 이유는 상기 제1용액 및 상기 제2용액을 서로 섞어 줄 경우 순간적으로 응고가 일어나서 이후의 단계에서 제3용액과의 혼합 후 열처리 반응을 통한 결과물에 정제가 어려운 부산물이 생성되어 유무기나노세공체의 순도에 영향을 주기 때문이다.The first solution is dissolved in water and the second solution is dissolved in water, respectively, because when the first solution and the second solution are mixed together, coagulation occurs instantaneously, so that the third solution is dissolved in a subsequent step. This is because by-products that are difficult to purify are generated in the resultant through the heat treatment reaction after mixing, which affects the purity of the organic-inorganic nanoporous body.
넷째 단계에서, 상기 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 혼합하고 결정화 반응시켜서 유무기나노세공체를 제조한다(S400).In the fourth step, the first solution, the second solution, and the third solution are mixed and crystallized to prepare an organic/inorganic nanoporous body (S400).
본 발명에서, 유무기나노세공체는 중심금속이 유기 리간드와 결합하여 형성된 다공성 유무기 고분자 화합물로, 골격구조 내에 유기물 및 무기물을 모두 포함하고 분자크기 또는 나노크기의 세공구조를 갖는 결정성 화합물이다.In the present invention, the organic/inorganic nanoporous material is a porous organic/inorganic polymeric compound formed by combining a central metal with an organic ligand, and is a crystalline compound containing both organic and inorganic materials in a framework structure and having a molecular or nanosized pore structure. .
먼저, 상기 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 혼합한다.First, the first solution, the second solution and the third solution are mixed.
이때, 혼합 순서는 상기 제1용액에 제2용액을 먼저 혼합하고, 이후에 제3용액을 혼합할 수 있다.At this time, the mixing order may be to mix the second solution with the first solution first, and then mix the third solution.
상기 제2용액 및 상기 제3용액을 서로 섞어 줄 경우 순간적으로 응고가 일어나서 상기 제1용액과의 혼합 후 열처리 반응을 통한 결과물에 sodium alunite(NaAl3(SO4)2(OH)6, #ICSD=44626)와 같은 정제가 어려운 부산물이 생성되어 유무기나노세공체의 순도를 감소시킬 수 있기 때문이다. 따라서 상기 부산물 생성을 억제하기 위해 투입하는 순서를 조절하는 것이 중요하다.When the second solution and the third solution are mixed with each other, solidification occurs instantaneously, and after mixing with the first solution, sodium alunite (NaAl 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6 , #ICSD = 44626), which is difficult to purify, and may reduce the purity of the organic/inorganic nanoporous body. Therefore, it is important to control the order of introducing the by-products in order to suppress them.
유무기나노세공체 합성 시 투입반응물의 종류, 농도 및 알코올 등의 첨가제(반응조절제, moderator)등에 따라 합성 결과가 달라지는데 용액 2, 3 순서대로 투입하여 이를 조절하여 최적의 결과물을 얻을 수 있다.When synthesizing organic/inorganic nanoporous materials, synthesis results vary depending on the type and concentration of input reactants and additives (reaction regulator, moderator) such as alcohol. Optimal results can be obtained by adding
상기 2용액에 포함된 알루미늄 전구체, 상기 3용액에 포함된 알루민산 나트륨 및 상기 1용액에 포함된 1종 이상의 불포화 디카르복실산의 몰비는 5 내지 15 : 1.8 내지 5.6 : 1.2 내지 3.7 일 수 있다.The molar ratio of the aluminum precursor contained in the second solution, the sodium aluminate contained in the third solution, and the one or more unsaturated dicarboxylic acids contained in the first solution may be 5 to 15: 1.8 to 5.6: 1.2 to 3.7. .
상기 몰비 범위를 벗어나는 경우 최종 생성물인 유무기나노세공체와의 분리가 불가능한 고형의 부산물이 다량 생성되어 수율을 떨어뜨리고, 수분흡착 성능도 감소하는 문제점이 있을 수 있다.If the molar ratio is out of the range, a large amount of solid by-products that cannot be separated from the final product, the organic-inorganic nanoporous body, may be generated, resulting in a decrease in yield and reduced water adsorption performance.
상기 제1용액, 제2용액 및 제3용액은 유기 용매를 첨가하지 않아서 친환경적으로 제조된 것일 수 있다.The first solution, the second solution, and the third solution may be prepared in an environmentally friendly manner by not adding an organic solvent.
다음으로, 상기 제1용액, 제2용액 및 제3용액의 혼합 용액을 열처리하여 결정화 반응시킨다.Next, the mixed solution of the first solution, the second solution, and the third solution is heat-treated to cause a crystallization reaction.
상기 결정화 반응에서 알루미늄 전구체와 알루민산염이 반응과정에서 알루미늄클러스터로 제공되고, 알칼리 금속 프탈레이트 또는 알칼리 토금속 프탈레이트가 유기리간드로서 제공되어 결정화될 수 있다. 이때 이온화 된 알칼리 금속 또는 토금속은 알루미늄 전구체의 이온(황산이온)과 만나 염 부산물로 용액에 잔류하며 향후 수세(washing) 과정에서 제거 될 수 있다.In the crystallization reaction, the aluminum precursor and the aluminate are provided as aluminum clusters in the reaction process, and alkali metal phthalate or alkaline earth metal phthalate is provided as an organic ligand to be crystallized. At this time, the ionized alkali metal or earth metal meets the ion (sulfuric acid ion) of the aluminum precursor and remains in the solution as a salt by-product and can be removed in a future washing process.
상기 결정화 반응은 100℃ 내지 200 ℃ 의 온도에서 30분 내지 30시간 동안 수행될 수 있다.The crystallization reaction may be performed at a temperature of 100 °C to 200 °C for 30 minutes to 30 hours.
상기 온도가 100℃ 미만일 경우에는 반응속도가 느려 반응시간이 길어지면서 공정 효율이 저하될 수 있으며, 200℃를 초과하는 경우에는 목적하는 조건의 유무기나노세공체를 형성하기에 곤란할 수 있고, 반응속도가 빨라 불순물의 혼입이 쉬워지면서 순도가 저하되는 문제점을 야기할 수 있다.When the temperature is less than 100 ° C., the reaction rate is slow, and the reaction time is prolonged, resulting in a decrease in process efficiency. As the speed is high, mixing of impurities becomes easy, which may cause a problem of deterioration in purity.
또한 상기 결정화는 상기 온도 범위에서, 30분 내지 30시간 동안 수행될 수 있다.In addition, the crystallization may be performed for 30 minutes to 30 hours in the above temperature range.
상기 결정화 반응시간은 기존보다 감소된 것으로, 종래 DMF를 사용하는 동일 반응기 설비 대비 Space-Time Yield (kg/m3/day)기준으로 2배 이상 생산량 증대 효과를 나타낼 수 있다.The crystallization reaction time is reduced than before, and can exhibit an effect of increasing production by more than two times based on Space-Time Yield (kg/m 3 /day) compared to the same reactor facility using conventional DMF.
상기 결정화 반응은 상압에서 수행될 수 있다.The crystallization reaction may be performed under normal pressure.
따라서, 기존에 사용하던 고압의 압력반응기(오토클레이브)가 필요 없어 공정 비용을 현저하게 감소시킬 수 있다.Therefore, the process cost can be remarkably reduced because there is no need for a high-pressure reactor (autoclave) used in the past.
예를 들어, 상기 제1용액, 제2용액 및 제3용액의 혼합물을 교반하여 충분히 혼합시킨 후, 환류(reflux)하면서 가열하여130℃ 에서 8시간 동안 상압에서 결정화 반응시킬 수 있다.For example, after sufficiently mixing the mixture of the first solution, the second solution, and the third solution by stirring, the crystallization reaction may be performed at 130° C. for 8 hours at normal pressure by heating with reflux.
상기 결정화 반응에 의해, Al금속이온에 유기분자 리간드인 이소프탈산이 배위하여 만들어진 물질인 유무기나노세공체가 제조될 수 있다.Through the crystallization reaction, an organic/inorganic nanoporous body, which is a material made by coordinating Al metal ions with isophthalic acid, which is an organic molecular ligand, can be prepared.
또는, 상기 결정화 반응에 의해, Al금속이온이 이소프탈산과 메틸이소프탈산이 함께 배위하여 만들어진 물질인 유무기나노세공체가 제조될 수 있다.Alternatively, organic/inorganic nanoporous materials, which are materials made by coordinating Al metal ions with isophthalic acid and methyl isophthalic acid, may be prepared by the crystallization reaction.
상기 결정화 반응시킨 이후에 여과, 정제 또는 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the crystallization reaction, a step of filtering, purifying, or drying may be further included.
예를 들어, 상기 여과 및 정제는 물을 사용하여 불순물을 제거할 수 있다.For example, the filtration and purification may use water to remove impurities.
상기 건조는 100 ℃ 내지 200 ℃ 의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 건조 온도가 100 ℃ 미만일 경우에는 용매의 증발이 불충분 할 수 있고, 200 ℃를 초과하는 경우에는 필요 이상의 에너지를 사용하는 문제점이 있어 바람직하지 않을 수 있다.The drying may be performed at a temperature of 100 °C to 200 °C. If the drying temperature is less than 100 ° C., solvent evaporation may be insufficient, and if it exceeds 200 ° C., it may be undesirable because there is a problem of using more energy than necessary.
예를 들어, 건조 오븐에서80 ℃에서 4시간 동안 건조시켜서 수분을 완전히 제거할 수 있다.For example, the moisture may be completely removed by drying in a drying oven at 80° C. for 4 hours.
또한, 추가적으로 상기 건조된 생성물을 분쇄할 수도 있다.In addition, the dried product may be additionally pulverized.
다섯째 단계에서, 상기 유무기나노세공체를 탄화 반응시켜서 다공성 탄소 구조체 전구체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. (S500)In the fifth step, a step of carbonizing the organic/inorganic nanoporous body to prepare a porous carbon structure precursor may be included. (S500)
상기 탄화 반응은 먼저, 유무기나노세공체 분말을 알루미늄 틀에 옮겨 담은 후 상기 알루미늄 틀을 퍼니스(furnace)에 투입한다. In the carbonization reaction, first, the organic/inorganic nanoporous body powder is transferred to an aluminum mold and then the aluminum mold is put into a furnace.
다음으로, 상기 퍼니스의 내부는 질소 분위기이고 승온 속도 5°C/min 으로 700°C 내지 900°C 에 도달하도록 3시간 동안 가열한다.Next, the inside of the furnace is heated for 3 hours to reach 700 °C to 900 °C at a heating rate of 5 °C / min in a nitrogen atmosphere.
이때, 상기 퍼니스의 내부에 질소 기체를 투입하는 이유는 탄화과정에서 유기물의 연소를 막고 세공체에서 배출되는 물질을 효과적으로 제거할 수 있기 때문이다. At this time, the reason why nitrogen gas is injected into the furnace is that it is possible to prevent combustion of organic matter during the carbonization process and to effectively remove substances discharged from the porous body.
또한, 상기 700°C 이하에서 가열 하는 경우 유무기나노세공체가 충분히 탄화되지 못하는 문제가 있을 수 있고, 900°C 이상에서 가열하는 경우 탄화과정에서 탄소체구조가 붕괴되어 비표면적이 감소하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 가열을 700°C 내지 900°C로 할 수 있다. In addition, when heating at 700 ° C or lower, there may be a problem that the organic-inorganic nanoporous material is not sufficiently carbonized, and when heated at 900 ° C or higher, the carbon body structure collapses during the carbonization process and the specific surface area decreases. Since there may be, the heating may be 700 ° C to 900 ° C.
다음으로, 상기 퍼니스의 내부온도를 상온(25°C)으로 냉각시켜 다공성 탄소 구조체 전구제를 제조한다. Next, the inside temperature of the furnace is cooled to room temperature (25 ° C) to prepare a porous carbon structure precursor.
상기 700°C 내지 900°C로 가열 한 후 상온(25°C)으로 냉각시키는 이유는 너무 급격히 냉각을 시킬 경우 충격으로 탄소체 구조가 붕괴되어 비표면적이 감소할 수 있기 때문이다. The reason for heating to 700 ° C to 900 ° C and then cooling to room temperature (25 ° C) is that if the cooling is too rapid, the carbon body structure may collapse due to impact and the specific surface area may decrease.
여섯째 단계에서, 상기 다공성 탄소 구조체 전구체를 염기성 수용액에 투입하여 세척하는 단계를 포함할 수 있다. In the sixth step, a step of washing the porous carbon structure precursor by putting it into a basic aqueous solution may be included.
먼저, 상기 다공성 탄소 구조체 전구체를 염기성 수용액에 투입한다. First, the porous carbon structure precursor is put into a basic aqueous solution.
이때, 상기 염기성 수용액은 NaOH, KOH, Ca(OH)2 또는 Ba(OH)2를 포함할 수 있다.In this case, the basic aqueous solution may include NaOH, KOH, Ca(OH) 2 or Ba(OH) 2 .
상기 염기성 수용액은 금속성분을 용해할 수 있는 특성이 있는 염기성 수용액이며 상기 다공성 탄소 구조체 전구체 내에 잔류하는 금속성분을 제거하는 역할을 할 수 있다. The basic aqueous solution is a basic aqueous solution having a property of dissolving metal components, and may serve to remove metal components remaining in the porous carbon structure precursor.
예를 들어, 플라스크에 상기 8M 농도의 수산화 나트륨(NaOH)을 투입한 후 상기 다공성 탄소 구조체 전구체를 투입한다. For example, sodium hydroxide (NaOH) having a concentration of 8M is added to the flask, and then the porous carbon structure precursor is added.
다음으로, 상기 플라스크를 85℃ 내지 95℃ 온도로 가열하여 30분 내지 1시간 동안 400rpm 내지 1500rpm 으로 교반시킨다. Next, the flask is heated to a temperature of 85° C. to 95° C. and stirred at 400 rpm to 1500 rpm for 30 minutes to 1 hour.
다음으로, 상기 다공성 탄소 구조체 전구체가 함유된 플라스크를 상온(25°C)으로 냉각시킨다.Next, the flask containing the porous carbon structure precursor is cooled to room temperature (25°C).
이때, 실온에 30분 내지 2시간 방치하여 냉각할 수 있다. At this time, it can be cooled by leaving it at room temperature for 30 minutes to 2 hours.
다음으로, 냉각된 다공성 탄소 구조체 전구체를 증류수로 세척하여 다공성 탄소 구조체를 제조한다.Next, the cooled porous carbon structure precursor is washed with distilled water to prepare a porous carbon structure.
이때, 상기 세척은 상기 수용액이 pH가 7에 도달하는 경우 세척을 중단한다. At this time, the washing is stopped when the pH of the aqueous solution reaches 7.
다음으로, 상기 제조된 다공성 탄소 구조체를 건조 오븐에 투입한 후 70°C 에서 4시간 동안 건조한다. Next, the prepared porous carbon structure is put into a drying oven and dried at 70 ° C for 4 hours.
따라서, 비표면적이 크고 세공의 크기가 작은 유무기나노세공체를 이용하여 제조된 다공성 탄소 구조체는 유기 용매를 사용하지 않고, 이를 대신하여 친환경 용매를 사용하였으므로 종래 기술에 비해 인체 및 환경친화적인 물질일 수 있다.Therefore, the porous carbon structure manufactured using organic/inorganic nanoporous materials having a large specific surface area and small pore size does not use an organic solvent, but uses an eco-friendly solvent instead, so it is a human-friendly and environmentally friendly material compared to the prior art. can be
본 발명의 다른 실시예에 따른 유무기나노세공체 제조방법에 의해 제조된 다공성 탄소 구조체를 설명한다.A porous carbon structure manufactured by the organic/inorganic nanoporous body manufacturing method according to another embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 탄소 구조체는 상술한 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법에 의해 제조된 것일 수 있다.The porous carbon structure according to an embodiment of the present invention may be manufactured by the method for manufacturing a porous carbon structure derived from the organic/inorganic nanoporous material described above.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체는, 알루미늄 전구체와 알루민산염과 불포화 디카르복실산을 각각 친환경 용매에 용해시킨 후 혼합하여 결정화 반응시켜 제조된 것일 수 있다.For example, the organic/inorganic nanoporous body according to an embodiment of the present invention may be prepared by dissolving an aluminum precursor, an aluminate, and an unsaturated dicarboxylic acid in an eco-friendly solvent, and then mixing and crystallizing them.
상술한 방법에 의해 제조된 유무기나노세공체는 Al금속이온에 유기분자 리간드인 이소프탈산이 배위하여 만들어진 물질(예를 들어, 실시예1) 일 수 있다.The organic/inorganic nanoporous material prepared by the above-described method may be a material (for example, Example 1) made by coordinating Al metal ions with isophthalic acid, which is an organic molecular ligand.
상기 유무기나노세공체가 이소프탈산 리간드 만을 갖는 경우, 수분 흡착 능력이 극대화 될 수 있다. 예를 들어, 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 0.3의 범위에서 최대 수분 흡착량이 300mg/g 이상일 수 있다.When the organic/inorganic nanoporous material has only isophthalic acid ligands, the ability to adsorb moisture can be maximized. For example, the maximum moisture adsorption amount may be 300 mg/g or more in the range of driving pressure P/P 0 =0.1 to 0.3.
또는, 상술한 방법에 의해 제조된 유무기나노세공체는 Al금속이온에 이소프탈산과 메틸이소프탈산이 함께 배위하여 만들어진 물질일 수 있다.Alternatively, the organic/inorganic nanoporous material prepared by the above method may be a material made by coordinating Al metal ions with isophthalic acid and methyl isophthalic acid.
상기 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체는 균일한 1차원 채널(channel) 형태의 기공을 가진 상기 유무기나노세공체로부터 제조되는 특성이 있으므로 탄소 구조체 기공크기의 균일도를 극대화 될 수 있다. Since the porous carbon structure derived from the organic/inorganic nanoporous body has a characteristic of being manufactured from the organic/inorganic nanoporous body having uniform one-dimensional channel-shaped pores, the uniformity of the pore size of the carbon structure can be maximized.
본 발명의 일 실시예에 따른 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체는, 제조과정에서 유기 용매를 사용하지 않고, 이를 대신하여 친환경 용매를 사용하였으므로 종래 기술에 비해 인체 및 환경친화적인 물질일 수 있다.The porous carbon structure derived from the organic/inorganic nanoporous body according to an embodiment of the present invention does not use an organic solvent in the manufacturing process, but uses an eco-friendly solvent instead, so it is a human and environmentally friendly material compared to the prior art. can
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법에 의해 제조된 다공성 탄소 구조체를 포함하는 슈퍼커패시터를 설명한다.A supercapacitor including a porous carbon structure manufactured by the method for manufacturing a porous carbon structure derived from the organic/inorganic nanoporous body according to an embodiment of the present invention will be described.
상기 슈퍼커패시터는 축전용량이 대단히 큰 커패시터로 울트라 커패시터(Ultra Capacitor) 또는 초고용량 커패시터라고 부른다. 화학반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용한다. 이에 따라 급속 방충전이 가능하고 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명 특성으로 보조배터리나 배터리 대체용으로 사용된다The supercapacitor is a capacitor with a very large capacitance and is called an ultra capacitor or a supercapacitor. Unlike batteries that use chemical reactions, simple movement of ions to the interface between electrodes and electrolytes or charging phenomena by surface chemical reactions are used. As a result, rapid discharge/charge is possible, high charge/discharge efficiency, and semi-permanent cycle life characteristics, so it is used as an auxiliary battery or battery replacement.
이때, 상기 슈퍼커패시터를 다공성 소재로 제조 시 충·방전 과정 중 발생할 수 있는 수축·팽창 현상을 일부 완화시켜줄 뿐만 아니라, 기공 구조로 인해 표면적도 넓어지고 물질 및 전하의 전달이 원활해져 고성능 구현이 가능하다.At this time, when the supercapacitor is made of a porous material, contraction and expansion that may occur during the charging and discharging process are partially alleviated, and the pore structure widens the surface area and facilitates the transfer of materials and charges, so that high performance can be realized. .
상기 슈퍼커패시터는 나노 크기의 기공으로 구성되어 비표면적이 매우 크고 균일한 기공을 가진 유무기나노세공체로부터 제조되어 균일한 기공을 갖는 특성이 있으므로 충.방전 효율이 우수한 슈퍼커패시터 일 수 있다. The supercapacitor is composed of nano-sized pores and is manufactured from an organic/inorganic nanoporous body having a very large specific surface area and uniform pores, so it can be a supercapacitor with excellent charge/discharge efficiency.
이하에서는 실시예, 비교예 및 실험예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples, Comparative Examples and Experimental Examples. However, the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.
실시예1Example 1
300ml 비커에 증류수(DI water) 90ml, 수산화나트륨(NaOH) 3.6g을 넣고 15분간 용해시켜 수산화나트륨 수용액을 준비하였다. 그리고, 300ml 비커에 증류수(DI water) 33.75ml, 황산알루미늄(Aluminum sulfate 14-18 H2O) 11.263g을 넣고 용해시켜. 황산알루미늄 수용액을 준비하였다. 300ml 비커에 증류수(DI water) 22.5ml, 알루민산나트륨(NaAlO2) 0.922g을 넣고 용해시켜 알루민산나트륨 수용액을 준비하였다. 그리고 상기 수산화나트륨수용액에 이소프탈산(Isophthalic acid) 7.476g을 넣고 35°C 에서 3시간동안 용해하여 이소프탈산 수용액을 준비하였다. 다음으로, 오일배스에서 250ml 3구 플라스크를 넣고, 이소프탈산수용액을 넣어준 후 에탄올 7.5 ml를 넣고 10분간 혼합시켰다. 다음으로 상기 황산알루미늄 수용액과 알루민산나트륨 수용액을 3구 플라스크에 동시에 넣고 역류시킨다(reflux). 이때, 온도는 100°C 에서 진행하고, 오일배스는 160도 1250rpm에서 교반하면서 20시간 반응시킨다. 다음으로, 상기 반응 후, 용액을 상온(25°C) 온도까지 식힌 뒤, 증류수와 에탄올로 2번의 필터를 진행하여 여과시킨다. 다음으로, 페트리디쉬에 옮겨담은 후 진공오븐에 투입한다. 다음으로, 오븐의 온도를 80°C 로 유지하여 건조시켜 유무기나노세공체(KITECH-A200)를 제조하였다. A sodium hydroxide aqueous solution was prepared by putting 90ml of distilled water (DI water) and 3.6g of sodium hydroxide (NaOH) in a 300ml beaker and dissolving for 15 minutes. Then, add 33.75ml of distilled water (DI water) and 11.263g of aluminum sulfate (14-18 H 2 O) to a 300ml beaker and dissolve them. An aqueous solution of aluminum sulfate was prepared. An aqueous solution of sodium aluminate was prepared by dissolving 22.5 ml of distilled water (DI water) and 0.922 g of sodium aluminate (NaAlO 2 ) in a 300 ml beaker. In addition, 7.476 g of isophthalic acid was added to the aqueous sodium hydroxide solution and dissolved at 35 ° C for 3 hours to prepare an isophthalic acid aqueous solution. Next, a 250ml three-necked flask was put in an oil bath, an aqueous solution of isophthalic acid was added, and then 7.5 ml of ethanol was added and mixed for 10 minutes. Next, the aluminum sulfate aqueous solution and the sodium aluminate aqueous solution are simultaneously put into a three-necked flask and refluxed. At this time, the temperature proceeds at 100 ° C, and the oil bath reacts for 20 hours while stirring at 160 degrees and 1250 rpm. Next, after the above reaction, the solution is cooled to room temperature (25 ° C), and then filtered through two filters with distilled water and ethanol. Next, it is transferred to a petri dish and put into a vacuum oven. Next, an organic/inorganic nanoporous body (KITECH-A200) was prepared by drying by maintaining the temperature of the oven at 80°C.
다음으로, 상기 유무기나노세공체(KITECH-A200) 분말을 알루미늄 보트에 1g 옮겨 담는다. 다음으로, 유무기나노세공체(KITECH-A200) 분말 1g이 담긴 알루미늄 보트를 퍼니스에 투입하였다.Next, 1 g of the organic-inorganic nanoporous material (KITECH-A200) powder is transferred to an aluminum boat. Next, an aluminum boat containing 1 g of organic/inorganic nanoporous body (KITECH-A200) powder was put into the furnace.
다음으로, 상기 퍼니스의 질소분위기하에 700°C도까지 승온속도 5°C /min로 셋팅하여 온도를 올린뒤, 700°C 에서 3시간 동안 가열시킨후 상온(25°C)까지 온도가 떨어질 때까지 대기하였다.Next, after raising the temperature by setting the heating rate at 5 ° C / min to 700 ° C under the nitrogen atmosphere of the furnace, heating at 700 ° C for 3 hours, and then when the temperature drops to room temperature (25 ° C) waited until
다음으로, 상기 퍼니스에 위치된 알루미늄 보트에서 생성된 다공성 탄소 구조체(MOF-derived carbon(MDC(700))) 전구체를 꺼냈다.Next, the porous carbon structure (MOF-derived carbon (MDC (700))) precursor produced in the aluminum boat located in the furnace was taken out.
다음으로, 상기 다공성 탄소 구조체(MOF-derived carbon(MDC(700))) 전구체를 8M 수산화 나트륨(NaOH) 수용액이 포함된 플라스크에 투입하였다. Next, the porous carbon structure (MOF-derived carbon (MDC (700))) precursor was put into a flask containing an 8M sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution.
다음으로, 상기 플라스크를 85°C 로 가열하여 약 30분간 400rpm로 교반시켰다.Next, the flask was heated to 85°C and stirred at 400 rpm for about 30 minutes.
다음으로, 플라스크에 포함된 수용액이 온도가 상온이 되도록 냉각시킨다. Next, the aqueous solution contained in the flask is cooled to room temperature.
다음으로, 생각된 플라스크에 포함된 수용액을 여과장비에 통과시키고, pH가 7이 되도록 증류수로 세척하였다. Next, the aqueous solution contained in the flask was passed through a filtration device, and washed with distilled water to a pH of 7.
다음으로, 상기 세척한 MDC(700)를 건조 오븐에 넣고 70°C 온도에서 4시간동안 건조시켜 건조된 다공성 탄소 구조체(MDC(700))를 제조하였다. Next, the washed MDC (700) was placed in a drying oven and dried at 70 ° C for 4 hours to prepare a dried porous carbon structure (MDC (700)).
실시예2Example 2
상기 퍼니스를 800°C로 가열시키는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 다공성 탄소 구조체(MDC(800))을 제조하였다.A porous carbon structure (MDC (800)) was prepared under the same conditions as in Example 1, except that the furnace was heated to 800 °C.
실시예3Example 3
상기 퍼니스를 900°C로 가열시키는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 다공성 탄소 구조체(MDC(900))을 제조하였다.A porous carbon structure (MDC (900)) was prepared under the same conditions as in Example 1, except that the furnace was heated to 900 ° C.
소자실시예1Device Example 1
먼저, 상기 실시예1에서 제조한 0.7g MDC(700) 과 0.15g 그래파이트(graphite) 및 0.15g 테프론(PTFE)을 2ml DMF 에 넣고 교반시켰다. First, 0.7 g MDC (700), 0.15 g graphite, and 0.15 g Teflon (PTFE) prepared in Example 1 were put into 2 ml DMF and stirred.
다음으로, 1cmX1cm크기의 니켈 폼에 상기 교반된 물질을 양면에 발라준 뒤 컨벡션 오븐에 투입하여 80°C 에서 12시간 동안 건조시켜 SC(700)을 제조하였고, CV(Cyclic voltammetry) 및 GCD(Galvanostatic charge-discharge) 분석하였다.Next, the stirred material was applied to both sides of a nickel foam having a size of 1 cmX1 cm, put into a convection oven and dried at 80 ° C for 12 hours to prepare SC (700), CV (Cyclic voltammetry) and GCD (Galvanostatic charge-discharge) was analyzed.
소자실시예2Device Example 2
상기 MDC(700) 대신에 MDC(800)를 투입한 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 SC(700)을 제조하였고 CV(Cyclic voltammetry) 및 GCD(Galvanostatic charge-discharge) 분석을 진행하였다.An SC (700) was prepared in the same manner as in Device Example 1, except that MDC (800) was added instead of the MDC (700), and CV (Cyclic voltammetry) and GCD (Galvanostatic charge-discharge) analyzes were performed. .
소자실시예3Device Example 3
상기 MDC(700) 대신에 MDC(900)를 투입한 것을 제외하고는 소자실시예 1과 동일한 방법으로 SC(700)을 제조하였고 CV(Cyclic voltammetry) 및 GCD(Galvanostatic charge-discharge) 분석을 진행하였다.An SC (700) was prepared in the same manner as in Device Example 1, except that MDC (900) was added instead of the MDC (700), and CV (Cyclic voltammetry) and GCD (Galvanostatic charge-discharge) analyzes were performed. .
소자비교예1Device comparison example 1
먼저, 0.85g 그래파이트(graphite) 과 0.15g 테프론(PTFE)을 2ml DMF 에 넣고 교반시켰다. First, 0.85g graphite and 0.15g Teflon (PTFE) were put into 2ml DMF and stirred.
다음으로, 1cmX1cm크기의 니켈 폼에 상기 교반된 물질을 양면에 발라준 뒤 컨벡션 오븐에 투입하여 80°C 에서 12시간 동안 건조시켜 SC(Graphite)을 제조하였고, CV(Cyclic voltammetry)와 GCD(Galvanostatic charge-discharge) 분석하였다.Next, the agitated material was applied to both sides of a nickel foam having a size of 1 cmX1 cm, put into a convection oven, and dried at 80 ° C for 12 hours to prepare SC (Graphite), CV (Cyclic voltammetry) and GCD (Galvanostatic charge-discharge) was analyzed.
소자비교예2Device comparison example 2
먼저, 0.7g 활성 탄소(Activated carbon), 0.15g 그래파이트(graphite) 와 0.15g 테프론(PTFE)을 2ml DMF 에 넣고 교반시켰다. First, 0.7g activated carbon, 0.15g graphite and 0.15g Teflon (PTFE) were added to 2ml DMF and stirred.
다음으로, 1cmX1cm크기의 니켈 폼에 상기 교반된 물질을 양면에 발라준 뒤 컨벡션 오븐에 투입하여 80°C 에서 12시간 동안 건조시켜 SC(Activated Carbon)을 제조하였고, CV(Cyclic voltammetry)와 GCD(Galvanostatic charge-discharge) 분석을 진행하였다.Next, the stirred material was applied to both sides of a nickel foam having a size of 1 cmX1 cm, put into a convection oven, and dried at 80 ° C for 12 hours to prepare SC (Activated Carbon), CV (Cyclic voltammetry) and GCD ( Galvanostatic charge-discharge) analysis was performed.
실험예Experimental example
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 유무기나노세공체의 (a)질소 흡착 성능 그래프 및 (b) XRD 그래프이다. 2 is (a) a nitrogen adsorption performance graph and (b) an XRD graph of an organic-inorganic nanoporous material according to an embodiment of the present invention.
도2(a)를 참조하면, 상기 유무기나노세공체(KITECH-A200)의 질소 흡착 성능을 확인 할 수 있는데, 상기 도 2(a)는 구동압력 P/P0 = 0.1 내지 1의 범위에서 최대 수분 흡착량이 200 cm3(STP)/g 인 것으로 보아 높은 다공성을 갖고 있는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 2(a), it is possible to confirm the nitrogen adsorption performance of the organic/inorganic nanoporous material (KITECH-A200). From the fact that the maximum water adsorption amount is 200 cm 3 (STP)/g, it can be confirmed that it has high porosity.
또한, 상기 도2(b)를 참조하면, 상기 유무기나노세공체(KITECH-A200)의 XRD 그래프를 확인 할 수 있는데, 상기 도 2(b)는 2theta 8도 및 15도에서 주요 peak가 관찰되는 것으로 보아 결정이 잘 형성이 된 것을 확인 할 수 있다.In addition, referring to FIG. 2(b), an XRD graph of the organic/inorganic nanoporous body (KITECH-A200) can be confirmed. In FIG. 2(b), main peaks are observed at
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 유무기나노세공체의 (a) TGA 그래프 및 (b) SEM 이미지이다. 3 is (a) a TGA graph and (b) a SEM image of an organic/inorganic nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
상기 도 3(a)의 TGA 분석은 온도-무게 변화량 곡선으로서 열분석 중에서 온도변화에 따른 고분자를 포함한 유무기나노세공체(KITECH-A200)의 무게변화를 측정하여 분석하는 방법이다. The TGA analysis of FIG. 3 (a) is a temperature-weight change curve, which is a method of measuring and analyzing the weight change of the organic/inorganic nanoporous body (KITECH-A200) including the polymer according to the temperature change in thermal analysis.
상기 도3(a)를 참조하면, 400°C 부근에서 일부 중량감소가 시작되는 것을 확인할 수 있으며 상기 유무기나노세공체(KITECH-A200)는 약 400°C까지 열적 안정성이 있는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 3 (a), it can be seen that some weight loss starts around 400 ° C, and it can be confirmed that the organic-inorganic nano-porous body (KITECH-A200) has thermal stability up to about 400 ° C. there is.
또한, 상기 도3(b)는 상기 유무기나노세공체의 SEM 이미지이다. 3(b) is a SEM image of the organic/inorganic nanoporous body.
상기 도3(b)를 참조하면, 합성된 유무기나노세공체는 한 변이 약 5μm 내지 10 μm 크기를 가지는 육면체구조인 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 3(b), it can be confirmed that the synthesized organic/inorganic nanoporous body has a hexahedral structure having a size of about 5 μm to 10 μm on one side.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 유무기나노세공체의 가열 온도에 따른 다공성 탄소 구조체를 나타낸 SEM이미지이다. 4 is a SEM image showing a porous carbon structure according to a heating temperature of an organic/inorganic nanoporous body according to an embodiment of the present invention.
상기 도 4를 참조하면, 700°C 로 가열되어 탄화된 다공성 탄소 구조체(실시예1), 800°C 로 가열되어 탄화된 다공성 탄소 구조체(실시예2) 및 900°C 로 가열되어 탄화된 다공성 탄소 구조체(실시예3)의 구조 형태가 잘 유지되는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 4, a porous carbon structure heated to 700 ° C and carbonized (Example 1), a porous carbon structure heated to 800 ° C and carbonized (Example 2), and a porous carbon structure heated to 900 ° C and carbonized It can be confirmed that the structural form of the carbon structure (Example 3) is well maintained.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 700°C 로 가열되어 탄화된 다공성 탄소 구조체의 표면특성을 확인할 수 있는 SEM이미지 및 EDS분석 결과이다. 5 is an SEM image and EDS analysis results for confirming the surface characteristics of a carbonized porous carbon structure heated to 700 ° C according to an embodiment of the present invention.
상기 도5를 참조하면, 다공성 탄소 구조체가 700°C 로 가열되어 탄화된 경우(실시예1) 도5의 상부에 위치된 MDC(700)전구체를 염기성수용액으로 처리하여 금속성분을 제거하면 도5의 하부에 위치된 MDC(700)이 될 수 있는데, EDS 분석 결과로 탄소(C)의 중량%가 41.75% 에서 77.12 %로 증가하고, 원자%가 53.52% 에서 82.73%로 증가하여 탄소의 함량비율이 증가하는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 5, when the porous carbon structure is heated to 700 ° C and carbonized (Example 1), the MDC (700) precursor located at the top of FIG. 5 is treated with a basic aqueous solution to remove the metal component. It can be the MDC (700) located at the bottom of the EDS analysis, the weight % of carbon (C) increases from 41.75% to 77.12%, and the atomic % increases from 53.52% to 82.73%, resulting in a carbon content ratio It can be seen that this increases
또한, 산소(O)의 중량%가 33.79% 에서 19.35%로 증가하고, 원자%가 35.52% 에서 15.58%로 감소하여 산소의 함량비율이 감소하는 것을 확인 할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the weight percent of oxygen (O) increases from 33.79% to 19.35%, and the atomic percent decreases from 35.52% to 15.58%, thereby reducing the oxygen content ratio.
또한, 알루미늄(O)의 중량%가 22.44% 에서 3.52%로 증가하고, 원자%가 13.95% 에서 1.68%로 감소하여 산소의 함량비율이 감소하는 것을 확인 할 수 있다.In addition, it can be seen that the weight % of aluminum (O) increases from 22.44% to 3.52%, and the atomic % decreases from 13.95% to 1.68%, thereby reducing the oxygen content ratio.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른, 800°C 로 가열되어 탄화된 다공성 탄소 구조체의 표면특성을 확인할 수 있는 SEM이미지 및 EDS분석 결과이다.Figure 6 is an SEM image and EDS analysis results for confirming the surface characteristics of a carbonized porous carbon structure heated to 800 ° C according to an embodiment of the present invention.
상기 도6를 참조하면, 다공성 탄소 구조체가 800°C 로 가열되어 탄화된 경우(실시예2) 도6의 상부에 위치된 MDC(800)전구체를 염기성수용액으로 처리하여 금속성분을 제거하면 도6의 하부에 위치된 MDC(800)이 될 수 있는데, EDS 분석 결과로 탄소(C)의 중량%가 41.64% 에서 52.86%로 증가하고, 원자%가 85.26% 에서 88.61%로 증가하여 탄소의 함량비율이 증가하는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 6, when the porous carbon structure is heated to 800 ° C and carbonized (Example 2), the MDC (800) precursor located at the top of FIG. 6 is treated with a basic aqueous solution to remove the metal component. It can be the MDC (800) located at the bottom of the EDS analysis, the weight percent of carbon (C) increases from 41.64% to 52.86%, and the atomic percent increases from 85.26% to 88.61%, resulting in a carbon content ratio It can be seen that this increases
본 명세서에서, MDC전구체는 다공성 탄소 나노 구조체 전구체를 의미한다. In the present specification, the MDC precursor refers to a porous carbon nanostructure precursor.
또한, 산소(O)의 중량%가 33.94% 에서 14.40%로 감소하고, 원자%가 32.34% 에서 11.23%로 감소하여 산소의 함량비율이 감소하는 것을 확인 할 수 있다.In addition, it can be seen that the weight percent of oxygen (O) decreases from 33.94% to 14.40%, and the atomic percent decreases from 32.34% to 11.23%, thereby reducing the oxygen content ratio.
또한, 알루미늄(O)의 중량%가 24.40% 에서 0.33%로 감소하고, 원자%가 13.79% 에서 0.15%로 감소하여 산소의 함량비율이 감소하는 것을 확인 할 수 있다.In addition, it can be seen that the weight % of aluminum (O) decreases from 24.40% to 0.33%, and the atomic % decreases from 13.79% to 0.15%, thereby reducing the oxygen content ratio.
도7는 본 발명의 일 실시예에 따른, 900°C 로 가열되어 탄화된 다공성 탄소 구조체의 표면특성을 확인할 수 있는 SEM이미지 및 EDS분석 결과이다.Figure 7 is an SEM image and EDS analysis results for confirming the surface characteristics of a carbonized porous carbon structure heated to 900 ° C according to an embodiment of the present invention.
상기 도7를 참조하면, 다공성 탄소 구조체가 900°C 로 가열되어 탄화된 경우(실시예3) 도7의 상부에 위치된 MDC(900)전구체를 염기성수용액으로 처리하여 금속성분을 제거하면 도7의 하부에 위치된 MDC(800)이 될 수 있는데, EDS 분석 결과로 탄소(C)의 중량%가 41.28% 에서 85.84%로 증가하고, 원자%가 53.26% 에서 89.26%로 증가하여 탄소의 함량비율이 증가하는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 7, when the porous carbon structure is heated to 900 ° C and carbonized (Example 3), the MDC (900) precursor located at the top of FIG. 7 is treated with a basic aqueous solution to remove the metal component. It can be the MDC (800) located at the lower part of the EDS analysis. As a result of the EDS analysis, the weight % of carbon (C) increases from 41.28% to 85.84%, and the atomic % increases from 53.26% to 89.26%, indicating that the carbon content ratio It can be seen that this increases
또한, 산소(O)의 중량%가 33.02% 에서 13.08%로 감소하고, 원자%가 31.98% 에서 10.21%로 감소하여 산소의 함량비율이 감소하는 것을 확인 할 수 있다.In addition, it can be seen that the weight percent of oxygen (O) decreases from 33.02% to 13.08%, and the atomic percent decreases from 31.98% to 10.21%, thereby reducing the oxygen content ratio.
또한, 알루미늄(Al)의 중량%가 25.69% 에서 1.06%로 감소하고, 원자%가 14.75% 에서 0.49%로 감소하여 산소의 함량비율이 감소하는 것을 확인 할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the weight % of aluminum (Al) decreases from 25.69% to 1.06%, and the atomic % decreases from 14.75% to 0.49%, so that the oxygen content ratio decreases.
이로써, 상기 도 5내지 도7을 참조하면, 염기성수용액으로 MDC전구체내에 잔류하는 금속성분을 제거하는 경우 탄소의 함량비율이 증가하는 것을 확인 할 수 있다. Accordingly, referring to FIGS. 5 to 7 , it can be confirmed that the carbon content ratio increases when the metal component remaining in the MDC precursor is removed with the basic aqueous solution.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른, (a) 다공성 탄소 구조체의 77K에서의 질소등온흡착 그래프, (b) BET비표면적 값을 나타내는 표이다.8 is (a) a nitrogen isothermal adsorption graph at 77K of a porous carbon structure, and (b) a table showing BET specific surface area values, according to an embodiment of the present invention.
도8(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실시예1, 실시예2 및 실시예3인 다공성 탄소 구조체가 탄화 및 금속 성분 제거 후 다공성이 현저히 증가하는 것을 확인 할 수 있고, 도8(b)를 참조하면, 염기성수용액으로 MDC전구체 내에 잔류하는 금속성분을 제거하면 BET비표면적이 증가하는 것을 확인 할 수 있다. Referring to Figure 8 (a), it can be seen that the porous carbon structures of Examples 1, 2 and 3 according to an embodiment of the present invention significantly increase in porosity after carbonization and removal of metal components, Referring to Figure 8 (b), it can be confirmed that the BET specific surface area increases when the metal component remaining in the MDC precursor is removed with a basic aqueous solution.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 탄소 구조체의 기공 크기분포를 나타내는 그래프이다. 9 is a graph showing the pore size distribution of the porous carbon structure according to an embodiment of the present invention.
상기 도 9를 참조하면, MDC(700)전구체, MDC(800)전구체, MDC(900)전구체 보다 MDC(700), MDC(800) 및 MDC(900)가 비표면적이 더 크고 모두 2nm이하의 비교적 균일한 크기의 기공을 갖는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, MDC (700) precursor , MDC (800) precursor, MDC (900) precursor It can be seen that the MDC (700), MDC (800), and MDC (900) have a larger specific surface area and all have pores of a relatively uniform size of 2 nm or less.
도10은 본 발명의 실시예2에 따른 유무기나노세공체 및 다공성 탄소 구조체의 (a) X선회절분석 및 (b) 라만분광분석 결과를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing the results of (a) X-ray diffraction analysis and (b) Raman spectroscopy analysis of the organic-inorganic nanoporous body and porous carbon structure according to Example 2 of the present invention.
도10(a) 를 참조하면, 상기 유무기나노세공체(KITECH-A200)는 결정이 잘 형성된 것을 확인 할 수 있고, 상기 유무기나노세공체를 탄화시켜 MDC(800) 전구체가 되는 경우 및 상기 유무기나노세공체를 활성화 시켜 MDC(800)이 되는 경우 세공체의 결정구조 및 금속결정은 나타나지 않는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 10(a), it can be confirmed that the organic/inorganic nanoporous body (KITECH-A200) has well formed crystals, and when the organic/inorganic nanoporous body is carbonized to become an MDC (800) precursor and the above When the organic/inorganic nanoporous body is activated to form the MDC (800), it can be confirmed that the crystal structure and metal crystal of the porous body do not appear.
도10(b) 를 참조하면, 유무기나노세공체(KITECH-A200)는 결정이 잘 형성된 것을 확인 할 수 있고, 상기 유무기나노세공체를 탄화시켜 MDC(800) 전구체가 되는 경우 및 상기 유무기나노세공체를 활성화 시켜 MDC(800)이 되는 경우 탄소체 특성인 D/G band 형태가 잘 나타남는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 10(b), it can be confirmed that the organic/inorganic nanoporous body (KITECH-A200) has well formed crystals, and the case where the organic/inorganic nanoporous body is carbonized to become the MDC (800) precursor and the presence or absence of the organic/inorganic nanoporous body When the nanoporous body is activated to become MDC (800), it can be confirmed that the D / G band shape, which is a characteristic of the carbon body, appears well.
도11은 본 발명의 일 소자실시예에 따른 다공성 탄소 구조체, graphite 및 activated carbon 의 CV(순환 전압계) 그래프이다. 11 is a CV (cyclic voltmeter) graph of a porous carbon structure, graphite, and activated carbon according to a device embodiment of the present invention.
도11(a)는 소자실시예1의 CV 그래프, 도11(b)는 소자실시예2의 CV 그래프, 도11(c)는 소자실시예3의 CV 그래프, 도11(d)는 소자비교예1의 CV 그래프, 도11(e)는 소자비교예2의 CV 그래프 이다. Fig. 11 (a) is a CV graph of
상기 CV 는 순환 전압전류법으로서 고체 전극 등에서 전류 전위곡선을 얻는 방법의 하나. 삼각파를 이용하여 전극 전위를 주기적으로 변화시킨다. 용액 중의 화합물과 전극 물질 자신의 산화-환원거동을 알 수 있다.The CV is a cyclic voltammetry method, which is one of the methods for obtaining a current potential curve in a solid electrode or the like. The electrode potential is periodically changed using a triangular wave. The oxidation-reduction behavior of the compound in the solution and the electrode material itself can be known.
상기 도 11을 참조하여 상기 다공성 탄소 구조체를 활용한 슈퍼커패시터의 성능을 비교하였다. Referring to FIG. 11, the performance of supercapacitors using the porous carbon structure was compared.
상기 소자실시예 1내지 소자실시예 3은 1mV/s 내지 100mV/s 범위에서 측정된 CV분석을 진행한 결과이다. Device Examples 1 to 3 are results of CV analysis measured in the range of 1 mV/s to 100 mV/s.
상기 소자실시예에 따른 CV곡선은 낮은 스캔 속도에서 표준 직사각형 모양(quasi-rectangle shape)을 나타내며 이는 탄소재료의 슈퍼커패시터(Supercapacitor)에서 나타나는 특성이다. The CV curve according to the device embodiment shows a standard quasi-rectangle shape at a low scan rate, which is a characteristic of carbon material supercapacitors.
따라서, 유무기나노세공체가 실시예1 내지 실시예3을 통해 다공성 탄소 구조체로 전환되었음을 확인 할 수 있었다. Therefore, it was confirmed that the organic/inorganic nanoporous material was converted into a porous carbon structure through Examples 1 to 3.
또한, CV곡선의 적분 면적으로 비정전용량(Specific capacitance)를 확인 할 수 있으며, 소자실시예 1내지 소자실시예 3은 소자비교예 1 및 소자비교예2와 비교하였을 때, CV곡선의 적분 면적이 넓어 상용활성탄 및 그래파이트만 사용한것보다 비정전용량이 더 우수한 것을 확인할 수 있다. In addition, the specific capacitance can be confirmed by the integrated area of the CV curve, and device Examples 1 to 3 are compared with Device Comparative Example 1 and Device Comparative Example 2, the integrated area of the CV curve It can be seen that the specific capacitance is better than that of commercially available activated carbon and graphite alone.
도12는 본 발명의 일 소자실시예에 따른 다공성 탄소 구조체, graphite 및 activated carbon 의 GCD(정전류 충방전) 그래프이다.12 is a GCD (constant current charge/discharge) graph of a porous carbon structure, graphite, and activated carbon according to a device embodiment of the present invention.
도12(a)는 소자실시예1의 GCD 그래프, 도12(b)는 소자실시예2의 GCD 그래프, 도12(c)는 소자실시예3의 GCD 그래프, 도12(d)는 소자비교예1의 GCD 그래프, 도12(e)는 소자비교예2의 GCD그래프 이다.Fig. 12(a) is a GCD graph of Device Example 1, Fig. 12(b) is a GCD graph of Device Example 2, Fig. 12(c) is a GCD graph of Device Example 3, and Fig. 12(d) is a device comparison. The GCD graph of Example 1 and Fig. 12(e) are the GCD graphs of Device Comparative Example 2.
상기 도 12를 참조하여 상기 다공성 탄소 구조체를 활용한 슈퍼커패시터의 성능을 비교하였다.Referring to FIG. 12, the performance of supercapacitors using the porous carbon structure was compared.
상기 도 12를 참조하면 소자실시예 1내지 소자실시예 3은 CV 곡선 범위와 같은 작동전압(-1.1 V 내지 -0.1V)에서 다양한 전류 밀도(0.33 A/g 내지 10A/g)의 GCD 테스트에서 표준 대칭 삼각형 모양(Standard symmetric triangle shape)을 보여주며, 이는 유무기나노세공체가 실시예1 내지 실시예3을 통하여 다공성 탄소 구조체로 전환되었음을 확인할 수 있으며, 특성 전류밀도 (0.33A/g 과 1A/g)에서 비정전용량을 확인할 수 있으며, 소자비교예 1 및 소자비교예2와 비교하였을 때, 위의 범위 내 특정 전류밀도에서 비정전용량이 더 우수한 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 12, Device Examples 1 to 3 were tested in GCD tests of various current densities (0.33 A/g to 10 A/g) at operating voltages (-1.1 V to -0.1 V) equal to the CV curve range. It shows a standard symmetric triangle shape, which confirms that the organic-inorganic nanoporous material was converted to a porous carbon structure through Examples 1 to 3, and the characteristic current density (0.33A / g and 1A / g), the specific capacitance can be confirmed, and when compared with Device Comparative Example 1 and Device Comparative Example 2, it can be confirmed that the specific capacitance is better at a specific current density within the above range.
하기 표1은 상기 다공성 탄소 구조체를 활용한 슈퍼커패시터의 성능을 비교한 표이다. Table 1 below is a table comparing the performance of supercapacitors using the porous carbon structure.
상기 표1은 소자실시예 및 소자비교예의 비정전용량을 나타낸 것이다.표1을 참조하면, 소자실시예2가 비정전용량이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다. Table 1 shows the specific capacitances of device examples and device comparative examples. Referring to Table 1, it can be seen that device example 2 has the best specific capacitance.
따라서, 유무기나노세공체에서 유도된 탄소 구조체는 그래파이트(graphite)만을 사용했을 때(소자비교예1) 및 활성탄소를 사용했을 때((소자비교예2) 보다 우수한 슈퍼커패시터 성능을 보임을 확인 할 수 있다. Therefore, it was confirmed that the carbon structure derived from the organic/inorganic nanoporous body showed superior supercapacitor performance when only graphite was used (Device Comparative Example 1) and when activated carbon was used ((Device Comparative Example 2) can do.
본 발명의 실시예에 따르면, 친환경적인 용매를 사용하면서도, 수분 흡착량이 우수하며, 반응 시간이 감소되고 반응 조건이 완화되어 경제적으로 제조 가능하며, 정전류 충방전 효율이 우수한 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is derived from an organic/inorganic nanoporous body having an excellent water adsorption amount, reduced reaction time and relaxed reaction conditions while using an eco-friendly solvent, which can be economically manufactured, and has excellent constant current charge/discharge efficiency. A porous carbon structure can be provided.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
Claims (14)
알루미늄 전구체를 물에 용해시켜서 제2용액을 형성하는 단계;
알루민산염을 물에 용해시켜서 제3용액을 형성하는 단계;
상기 제1용액, 제2용액 및 제3용액을 혼합하고 결정화 반응시켜서 유무기나노세공체를 제조하는 단계;
상기 유무기나노세공체를 탄화 반응시켜서 다공성 탄소 구조체 전구체를 제조하는 단계;및
상기 다공성 탄소 구조체 전구체를 염기성 수용액에 투입하여 세척하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.dissolving at least one unsaturated dicarboxylic acid in water to form a first solution;
dissolving an aluminum precursor in water to form a second solution;
dissolving the aluminate in water to form a third solution;
preparing an organic/inorganic nanoporous body by mixing and crystallizing the first solution, the second solution, and the third solution;
preparing a porous carbon structure precursor by carbonizing the organic/inorganic nanoporous material; and
A method for producing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body, comprising the step of washing the porous carbon structure precursor in an aqueous basic solution.
상기 1종 이상의 불포화 디카르복실산은 이소프탈산 또는 메틸이소프탈산을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.The method of claim 1, wherein in the step of forming the first solution,
The method for producing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body, characterized in that the at least one unsaturated dicarboxylic acid includes isophthalic acid or methyl isophthalic acid.
상기 알루미늄 전구체는 질산알루미늄(Al(NO3)3), 염화알루미늄(AlCl3), 황산알루미늄(Al2(SO4)3) 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.The method of claim 1, wherein in the step of forming the second solution,
The aluminum precursor includes at least one selected from the group consisting of aluminum nitrate (Al(NO 3 ) 3 ), aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), and hydrates thereof. A method for producing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous material.
상기 알루민산염은 알루민산나트륨 또는 알루민산칼륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.The method of claim 1, wherein in the step of forming the third solution,
The method for producing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body, characterized in that the aluminate includes sodium aluminate or potassium aluminate.
상기 이소프탈산 및 메틸이소프탈산의 몰비는 1:0.025 내지 1:0.25로 제공되는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.According to claim 2,
The method for producing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body, characterized in that the molar ratio of isophthalic acid and methylisophthalic acid is provided in 1: 0.025 to 1: 0.25.
상기 유무기나노세공체를 제조하는 단계에서,
상기 결정화 반응은 100℃ 내지 200 ℃ 의 온도에서 30분 내지 30시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.According to claim 1,
In the step of manufacturing the organic-inorganic nanoporous body,
The method for producing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body, characterized in that the crystallization reaction is carried out at a temperature of 100 ° C to 200 ° C for 30 minutes to 30 hours.
상기 유무기나노세공체를 탄화반응시키는 단계에서,
상기 탄화반응은 질소분위기 하에서 700°C 내지 900°C로 가열하는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법. According to claim 1,
In the step of carbonizing the organic-inorganic nanoporous body,
The carbonization reaction is a method for producing a porous carbon structure derived from an organic-inorganic nanoporous body, characterized in that heated to 700 ° C to 900 ° C under a nitrogen atmosphere.
상기 염기성 수용액에 투입하여 세척하는 단계에서,
상기 염기성 수용액은 NaOH, KOH, Ca(OH)2 또는 Ba(OH)2를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.According to claim 1,
In the step of washing by adding to the basic aqueous solution,
The basic aqueous solution comprises NaOH, KOH, Ca(OH) 2 or Ba(OH) 2 Method for producing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body, characterized in that.
상기 염기성 수용액에 투입하여 세척하는 단계에서,
상기 수용액이 pH가 7에 도달하는 경우 세척을 중단하는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.According to claim 1,
In the step of washing by adding to the basic aqueous solution,
Method for producing a porous carbon structure derived from an organic-inorganic nanoporous body, characterized in that the washing is stopped when the pH of the aqueous solution reaches 7.
상기 제1용액을 형성하는 단계에서,
상기 1종 이상의 불포화 디카르복실산을 제1용매에 용해시킨 이후, 알코올을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.According to claim 1,
In the step of forming the first solution,
A method for producing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body, characterized in that after dissolving the at least one unsaturated dicarboxylic acid in the first solvent, further adding alcohol.
상기 유무기나노세공체를 제조하는 단계에서,
상기 제1용액에 제2용액을 먼저 혼합하고, 이후에 제3용액을 혼합하는 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.According to claim 1,
In the step of manufacturing the organic-inorganic nanoporous body,
A method for producing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body, characterized in that the first solution is mixed with the second solution, and then the third solution is mixed.
상기 제1용액에 포함되는 불포화 디카르복실산, 상기 제2용액에 포함되는 알루미늄전구체 및 상기 제3용액에 포함되는 알루민산염의 몰비는 5 내지 15 : 1.8 내지 5.6 : 1.2 내지 3.7 인 것을 특징으로 하는 유무기나노세공체에서 유도된 다공성 탄소 구조체 제조방법.The method of claim 1, in the step of preparing the organic-inorganic nanoporous body,
The molar ratio of the unsaturated dicarboxylic acid contained in the first solution, the aluminum precursor contained in the second solution, and the aluminate contained in the third solution is 5 to 15: 1.8 to 5.6: 1.2 to 3.7. A method for producing a porous carbon structure derived from an organic/inorganic nanoporous body.
A supercapacitor comprising a porous carbon structure manufactured by the method for manufacturing a porous carbon structure derived from the organic/inorganic nanoporous body of claim 1.
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