KR20230173530A - Method for preparing mesoporous carbon and mesoporous carbon prepared thereby - Google Patents

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Abstract

산화은(Ag2O)을 포함하는 용액을 준비하는 단계, 산화은을 포함하는 용액과 아세틸렌(C2H2) 가스를 혼합하여 은 아세틸라이드(Ag2C2)를 형성하는 단계, 그리고 은 아세틸라이드를 가열 처리하여 은(Ag)을 분출시킴으로써 메조 기공을 포함하는 카본을 형성하는 단계를 포함하는, 메조 다공 카본의 제조 방법을 제공한다.Preparing a solution containing silver oxide (Ag 2 O), mixing the solution containing silver oxide with acetylene (C 2 H 2 ) gas to form silver acetylide (Ag 2 C 2 ), and silver acetylide It provides a method for producing mesoporous carbon, which includes forming carbon containing mesopores by heating and extruding silver (Ag).

Description

메조 다공 카본의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 메조 다공 카본{METHOD FOR PREPARING MESOPOROUS CARBON AND MESOPOROUS CARBON PREPARED THEREBY}Method for producing mesoporous carbon and mesoporous carbon produced thereby {METHOD FOR PREPARING MESOPOROUS CARBON AND MESOPOROUS CARBON PREPARED THEREBY}

본 발명은 메조 기공을 포함하는 메조 다공 카본의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 메조 다공 카본에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing mesoporous carbon containing mesopores and mesoporous carbon produced thereby.

고분자 전해질 연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 애노드(Anode)에 연료로써 수소를 사용하고, 캐소드(Cathode)에 연료로써 공기를 사용하여 전기화학적으로 물을 생성한다. 전자는 애노드로부터 전기적 부하를 통해 캐소드로 이동하고, 캐소드에서 산소는 아래 식과 같이 수소로부터 생성된 전자 및 수소 양이온과 결합하여 환원되어 물을 생성한다. 전체 화학적 전위차는 아래 식과 같이 표준 조건에서 1.23 V로써 단전지의 전압이 된다.A polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) uses hydrogen as fuel for the anode and air as fuel for the cathode to electrochemically generate water. Electrons move from the anode to the cathode through an electrical load, and at the cathode, oxygen combines with electrons and hydrogen cations generated from hydrogen as shown in the equation below and is reduced to produce water. The total chemical potential difference is 1.23 V under standard conditions, which is the voltage of the single cell, as shown in the equation below.

애노드(Anode): H2 → 2H+ + 2e-, Eo = 0.00 VAnode: H 2 → 2H + + 2e - , E o = 0.00 V

캐소드(Cathode): 1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O, Eo = 1.23 VCathode: 1/2O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O, E o = 1.23 V

전체(Total): H2 + 1/2O2 → H2O, Eo = 1.23 VTotal: H 2 + 1/2O 2 → H 2 O, E o = 1.23 V

현재까지 PEMFC에 사용되는 전극 촉매로는 카본에 담지된 백금 촉매가 주로 사용되고 있다. 전극 촉매에 사용되는 카본 담체는 촉매 입자의 담지 밀도를 향상시키기 위해 일반적으로 고비표면적을 가진다. To date, platinum catalysts supported on carbon are mainly used as electrode catalysts for PEMFC. Carbon carriers used in electrocatalysts generally have a high specific surface area to improve the supporting density of catalyst particles.

예를 들면, 특허문헌 1은 촉매와 촉매를 담지하는 다공질 담체와 고분자 전해질을 포함하고 다공질 담체의 평균 입자 지름이 20 nm 내지 100 nm이며 다공질 담체는 기공 직경이 4 nm 내지 20 nm인 기공 용적이 0.23 cm3/g 내지 0.78 cm3/g이며, 다공질 담체의 기공 분포의 모드 지름이 4 nm 내지 20 nm인 연료전지용 전극 촉매층을 기재한다. For example, Patent Document 1 includes a catalyst, a porous carrier supporting the catalyst, and a polymer electrolyte, the average particle diameter of the porous carrier is 20 nm to 100 nm, and the porous carrier has a pore volume with a pore diameter of 4 nm to 20 nm. An electrode catalyst layer for a fuel cell having a mode diameter of pore distribution of a porous carrier of 0.23 cm 3 /g to 0.78 cm 3 /g and 4 nm to 20 nm is described.

특허문헌 2는 카본을 포함한 봉상체 또는 환상체가 분지해 이루어지며 BET 비표면적이 870 m2/g 이상인 탄소 나노 구조체를 기재한다. Patent Document 2 describes a carbon nanostructure consisting of branched rods or rings containing carbon and having a BET specific surface area of 870 m 2 /g or more.

특허문헌 3은 다공질 카본 재료로서, 흡착 과정의 질소 흡착 등온선을 Dollimore-Heal법으로 해석해서 측정된 세공 지름이 2 nm 내지 50 nm인 메조 기공의 비표면적 SA가 600 m2/g 이상 1600 m2/g 이하이며 라만분광스펙트럼의 G'-밴드 2650 cm-1 내지 2700 cm-1의 범위에 존재하는 피크 강도(IG')와 G-밴드 1550 cm-1 내지 1650 cm-1의 범위에 존재하는 피크의 피크강도(IG)와의 상대적 강도비(IG'/IG)가 0.8 내지 2.2인 것과 함께 G'-밴드의 피크 위치가 2660 cm-1 내지2670 cm-1인 고체 고분자형 연료전지용 카본 담체 재료를 기재한다. Patent Document 3 is a porous carbon material, and the specific surface area SA of mesopores with a pore diameter of 2 nm to 50 nm, measured by analyzing the nitrogen adsorption isotherm during the adsorption process by the Dollimore-Heal method, is 600 m 2 /g or more and 1600 m 2 /g or less and the peak intensity (IG') that exists in the range of 2650 cm -1 to 2700 cm -1 in the G'-band of the Raman spectroscopic spectrum and the peak intensity (IG') that exists in the range of 1550 cm -1 to 1650 cm -1 in the G-band A carbon carrier material for a solid polymer fuel cell in which the relative intensity ratio (IG'/IG) of the peak to the peak intensity (IG) is 0.8 to 2.2 and the peak position of the G'-band is 2660 cm -1 to 2670 cm -1 Enter.

특허문헌 2 및 특허문헌 3은 다공질 카본을 제조하기 위하여 질산은(AgNO3)에 아세틸렌 가스를 불어넣어 은 아세틸라이드를 제조한 후, 은 아세틸라이드를 가열하여 다공질 카본을 제조하는 방법을 제시하고 있다. Patent Document 2 and Patent Document 3 propose a method of producing porous carbon by blowing acetylene gas into silver nitrate (AgNO 3 ) to produce silver acetylide and then heating the silver acetylide to produce porous carbon.

그러나, 질산은(AgNO3)으로부터 은 아세틸라이드 합성시, 부산물로서 은 아세틸라이드*질산은(Ag2C2*AgNO3) 복염과 질산 암모늄(NH4NO3)이 함께 생성되는데, 이들은 은 아세틸라이드 보다 폭발력이 강하여 취급시 위험성이 높다. 참고로, 은 아세틸라이드의 폭발 속도는 1,200 m/s이고, 은 아세틸라이드*질산은의 폭발 속도는 2,250 m/s 내지 3,460 m/s이고, 질산 암모늄의 폭발 속도는 2,500 m/s 내지 3,000 m/s이다. 또한, 은 아세틸라이드*질산은 복염과 질산 암모늄은 은 아세틸라이드 폭발시 생성된 메조 다공 카본을 산화시켜 수율 저하를 촉진시킨다. However, when synthesizing silver acetylide from silver nitrate (AgNO 3 ), silver acetylide*silver nitrate (Ag 2 C 2 *AgNO 3 ) double salt and ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) are produced together as by-products, which are stronger than silver acetylide. It has strong explosive power and is therefore very dangerous when handling it. For reference, the explosion speed of silver acetylide is 1,200 m/s, the explosion speed of silver acetylide*silver nitrate is 2,250 m/s to 3,460 m/s, and the explosion speed of ammonium nitrate is 2,500 m/s to 3,000 m/s. It is s. In addition, silver acetylide*silver nitrate double salt and ammonium nitrate oxidize the mesoporous carbon generated during silver acetylide explosion, thereby promoting a decrease in yield.

일본특허공개 제2013-109856호Japanese Patent Publication No. 2013-109856 일본특허등록 제5481748호Japanese Patent Registration No. 5481748 국제특허공개 제2015/141810호International Patent Publication No. 2015/141810

일 구현예는 폭발 위험성이 있는 부산물의 생성을 억제하여 메조 다공 카본의 제조 수율을 높이고 작업 안전성을 향상시킬 수 있는 메조 다공 카본의 제조 방법을 제공한다.One embodiment provides a method for producing mesoporous carbon that can increase the production yield of mesoporous carbon and improve work safety by suppressing the production of by-products with an explosion risk.

다른 구현예는 메조 다공 카본의 제조 방법에 의하여 제조된 메조 다공 카본을 제공한다. Another embodiment provides mesoporous carbon produced by a method for producing mesoporous carbon.

일 구현예에 따르면, 산화은(Ag2O)을 포함하는 용액을 준비하는 단계, 산화은을 포함하는 용액과 아세틸렌(C2H2) 가스를 혼합하여 은 아세틸라이드(Ag2C2)를 형성하는 단계, 그리고 은 아세틸라이드를 가열 처리하여 은(Ag)을 분출시킴으로써 메조 기공을 포함하는 카본을 형성하는 단계를 포함하는, 메조 다공 카본의 제조 방법을 제공한다.According to one embodiment, preparing a solution containing silver oxide (Ag 2 O), mixing the solution containing silver oxide with acetylene (C 2 H 2 ) gas to form silver acetylide (Ag 2 C 2 ). A method for producing mesoporous carbon is provided, including forming carbon containing mesopores by heat-treating silver acetylide to extrude silver (Ag).

산화은을 포함하는 용액은 산화은과 고농도 암모니아 수용액을 혼합하여 제조될 수 있다. A solution containing silver oxide can be prepared by mixing silver oxide and a high concentration ammonia aqueous solution.

고농도 암모니아 수용액의 농도는 7 부피% 내지 30 부피%일 수 있다. The concentration of the high concentration aqueous ammonia solution may be 7% by volume to 30% by volume.

산화은과 고농도 암모니아 수용액은 1 : 5 내지 1 : 40의 중량비로 혼합될 수 있다.Silver oxide and high-concentration ammonia aqueous solution may be mixed at a weight ratio of 1:5 to 1:40.

산화은과 아세틸렌(C2H2) 가스는 0.5 : 1 내지 9 : 1 중량비로 혼합될 수 있다.Silver oxide and acetylene (C 2 H 2 ) gas may be mixed at a weight ratio of 0.5:1 to 9:1.

메조 다공 카본의 제조 방법은, 제조된 은 아세틸라이드를 30 ℃ 내지 100 ℃에서 10 시간 내지 48 시간 동안 진공 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method for producing mesoporous carbon may further include vacuum drying the prepared silver acetylide at 30°C to 100°C for 10 to 48 hours.

가열 처리는 진공 분위기에서 2 ℃/min 내지 6 ℃/min의 속도로 110 ℃ 내지 250 ℃ 까지 승온시켜 이루어질 수 있다. Heat treatment can be performed by raising the temperature to 110°C to 250°C in a vacuum atmosphere at a rate of 2°C/min to 6°C/min.

메조 다공 카본의 제조 방법은, 제조된 메조 다공 카본을 질산으로 50 ℃ 내지 85 ℃에서 1 시간 내지 6 시간 동안 세정하는 단계를 포함할 수 있다. The method for producing mesoporous carbon may include the step of washing the produced mesoporous carbon with nitric acid at 50°C to 85°C for 1 hour to 6 hours.

질산의 농도는 10 부피% 내지 20 부피%일 수 있다. The concentration of nitric acid may be 10% to 20% by volume.

메조 다공 카본의 제조 방법은 세정된 메조 다공 카본에 탈이온수를 투입하여 질산의 농도를 2 부피% 내지 5 부피% 까지 희석하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for producing mesoporous carbon may further include adding deionized water to the cleaned mesoporous carbon to dilute the concentration of nitric acid to 2% by volume to 5% by volume.

메조 다공 카본의 제조 방법은 세정한 메조 다공 카본을 저농도 암모니아 수용액으로 pH 5 내지 7까지 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method for producing mesoporous carbon may further include washing the cleaned mesoporous carbon with a low-concentration ammonia aqueous solution to pH 5 to 7.

저농도 암모니아 수용액의 농도는 0.5 부피% 내지 5 부피%일 수 있다. The concentration of the low concentration aqueous ammonia solution may be 0.5% by volume to 5% by volume.

다른 구현예에 따르면, 흑연화 처리전 비표면적이 1,500 m2/g 내지 2,300 m2/g이고, 기공 직경이 3 nm 내지 7 nm인 메조 세공을 포함하는 메조 다공 카본을 제공한다.According to another embodiment, mesoporous carbon including mesopores having a specific surface area of 1,500 m 2 /g to 2,300 m 2 /g and a pore diameter of 3 nm to 7 nm before graphitization treatment is provided.

메조 다공 카본은 1800 ℃ 이상에서 흑연화 처리후 비표면적이 1,000 m2/g 내지 1,700 m2/g일 수 있으며, 메조 세공의 부피가 0.5 cm3/g 내지 1.4 cm3/g일 수 있으며, 총 기공 부피는 15 cm3/g 내지 30 cm3/g일 수 있다.The mesoporous carbon may have a specific surface area of 1,000 m 2 /g to 1,700 m 2 /g after graphitization at 1800 ° C. or higher, and a mesopore volume of 0.5 cm 3 /g to 1.4 cm 3 /g, The total pore volume may be between 15 cm 3 /g and 30 cm 3 /g.

일 구현예에 따른 메조 다공 카본의 제조 방법은 폭발 위험성이 있는 부산물의 생성을 억제하여 메조 다공 카본의 제조 수율을 높이고 작업 안전성을 향상시키면서도, 합성 중 폭발 빈도를 낮춰 동일 반응기 부피 대비 대량으로 합성 가능하다. The method for producing mesoporous carbon according to one embodiment increases the production yield of mesoporous carbon and improves work safety by suppressing the production of explosive by-products, while lowering the frequency of explosion during synthesis, enabling synthesis in large quantities compared to the same reactor volume. do.

도 1은 일 구현예에 따른 메조 다공 카본의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 메조 다공 카본의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 비교예 1에서 제조된 메조 다공 카본의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 고농도 암모니아 수용액의 농도에 따른 은 아세틸라이드의 색 변화를 나타내는 사진이다.
도 5는 고농도 암모니아 수용액의 농도에 따른 합성 중 폭발 횟수를 나타내는 그래프이다.
1 is a process flow chart showing a method for manufacturing mesoporous carbon according to one embodiment.
Figure 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the mesoporous carbon prepared in Example 1.
Figure 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the mesoporous carbon prepared in Comparative Example 1.
Figure 4 is a photograph showing the color change of silver acetylide depending on the concentration of a high-concentration ammonia aqueous solution.
Figure 5 is a graph showing the number of explosions during synthesis depending on the concentration of a high-concentration ammonia aqueous solution.

이후 설명하는 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 구현되는 형태는 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 할 수 있다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. The advantages and features of the technology described hereinafter, and methods for achieving them, will become clear by referring to the implementation examples described in detail below along with the accompanying drawings. However, the implemented form may not be limited to the implementation examples disclosed below. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined. When a part in the entire specification is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Additionally, the singular includes the plural, unless specifically stated in the phrase.

도 1은 일 구현예에 따른 메조 다공 카본의 제조 방법을 나타내는 공정 순서도이다. 이하, 도 1을 참조하여 메조 다공 카본의 제조 방법을 상세하게 설명한다.1 is a process flow chart showing a method for manufacturing mesoporous carbon according to one embodiment. Hereinafter, a method for producing mesoporous carbon will be described in detail with reference to FIG. 1.

일 구현예에 따른 메조 다공 카본의 제조 방법은 산화은 용액 준비 단계(S1), 은 아세틸라이드 형성 단계(S2), 및 가열 처리 단계(S5)를 포함한다.The method for producing mesoporous carbon according to one embodiment includes a silver oxide solution preparation step (S1), a silver acetylide formation step (S2), and a heat treatment step (S5).

일 구현예에 따른 메조 다공 카본의 제조 방법에서는 반응 시작 물질을 종래의 질산은(AgNO3)에서 산화은(Ag2O, silver oxide)으로 대체하여, 폭발 위험성이 있는 부산물의 생성을 억제하여 메조 다공 카본의 제조 수율을 높이고 작업 안전성을 향상시키면서도, 합성 중 폭발 빈도를 낮춰 동일 반응기 부피 대비 대량으로 합성 가능하다. In the method for producing mesoporous carbon according to one embodiment, the reaction starting material is replaced with silver oxide (Ag 2 O) from the conventional silver nitrate (AgNO 3 ), thereby suppressing the production of explosive by-products to produce mesoporous carbon. It increases the manufacturing yield and improves operational safety, while lowering the frequency of explosion during synthesis, making it possible to synthesize in large quantities compared to the same reactor volume.

일 예로, 암모니아 수용액 중에서 질산은(AgNO3)과 아세틸렌(C2H2)을 반응시켜 은 아세틸라이드(Ag2C2)를 제조한 후, 가열 처리하여 다공질 카본을 제조하는 반응은 아래 반응식 1과 같다.As an example, silver acetylide (Ag 2 C 2 ) is prepared by reacting silver nitrate (AgNO 3 ) with acetylene (C 2 H 2 ) in an aqueous ammonia solution, and then heat-treated to produce porous carbon, as shown in Scheme 1 below. same.

[반응식 1] [Scheme 1]

5AgNO3 + 4NH4OH + 2C2H2 → Ag2C2 + Ag2C2*AgNO3 + 4NH4NO3 + 4H2O5AgNO 3 + 4NH 4 OH + 2C 2 H 2 → Ag 2 C 2 + Ag 2 C 2 *AgNO 3 + 4NH 4 NO 3 + 4H 2 O

Ag2C2 + Ag2C2*AgNO3 → 2C + 5Ag + CO2 + CO + N2 Ag 2 C 2 + Ag 2 C 2 *AgNO 3 → 2C + 5Ag + CO 2 + CO + N 2

NH4OH + NO3 → NH4NO3 NH 4 OH + NO 3 → NH 4 NO 3

반응식 1을 참조하면, 질산은(AgNO3)과 아세틸렌(C2H2) 반응시 부산물로서 은 아세틸라이드*질산은(Ag2C2*AgNO3) 복염과 질산 암모늄(NH4NO3)이 함께 생성되는데, 이들은 은 아세틸라이드 보다 폭발력이 강하여 취급시 위험성이 높다. 또한, 은 아세틸라이드*질산은 복염과 질산 암모늄은 은 아세틸라이드 폭발시 생성된 메조 다공 카본을 산화시켜 수율 저하를 촉진시킨다. Referring to Scheme 1, when silver nitrate (AgNO 3 ) reacts with acetylene (C 2 H 2 ), silver acetylide*silver nitrate (Ag 2 C 2 *AgNO 3 ) double salt and ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) are produced as by-products. However, they are more explosive than silver acetylide and are therefore more dangerous when handled. In addition, silver acetylide*silver nitrate double salt and ammonium nitrate oxidize the mesoporous carbon generated during silver acetylide explosion, thereby promoting a decrease in yield.

반면, 산화은(Ag2O)을 이용하여 메조 다공 카본을 제조하는 반응은 아래 반응식 2와 같다.On the other hand, the reaction for producing mesoporous carbon using silver oxide (Ag 2 O) is shown in Scheme 2 below.

[반응식 2][Scheme 2]

Ag2O + NH4OH + C2H2 → 2[Ag(NH3)2]OH + C2H2 → Ag2C2 + 2NH4OH + 2NH3 → Ag2C2 Ag 2 O + NH 4 OH + C 2 H 2 → 2[Ag(NH 3 ) 2 ]OH + C 2 H 2 → Ag 2 C 2 + 2NH 4 OH + 2NH 3 → Ag 2 C 2

반응식 2를 참조하면, 은 아세틸라이드*질산은(Ag2C2*AgNO3) 복염과 질산 암모늄(NH4NO3) 부산물이 발생하지 않기 때문에 폭발 위험성을 낮춰 작업 안전성을 향상시킬 수 있고, 카본 손실을 방지하여 메조 다공 카본의 제조 수율을 높일 수 있다. 또한, 반응식 2에서 부산물로 생성된 수산화 암모늄(NH4OH)과 암모니아(NH3)는 여과 없이 세척 후 진공 건조로 제거할 수 있어 작업 안정성을 향상시킬 수 있다.Referring to Scheme 2, since silver acetylide*silver nitrate (Ag 2 C 2 *AgNO 3 ) double salt and ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) by-products are not generated, work safety can be improved by lowering the risk of explosion and carbon loss. By preventing this, the production yield of mesoporous carbon can be increased. In addition, ammonium hydroxide (NH 4 OH) and ammonia (NH 3 ) generated as by-products in Scheme 2 can be removed by vacuum drying after washing without filtration, thereby improving work stability.

다만, 산화은(Ag2O)을 이용하여 메조 다공 카본을 제조하는 경우, 산화은(Ag2O)을 암모니아 수용액(NH4OH)에 용해시킬 때, 저농도 암모니아 수용액에서는 Ag3N(폭발물질)이 생성되어, 합성 중 폭발 빈도가 높아져 스케일업(Scale up)시 합성 반응기의 부피가 커져야 하는 단점이 있다. However, when manufacturing mesoporous carbon using silver oxide (Ag 2 O), when silver oxide (Ag 2 O) is dissolved in an aqueous ammonia solution (NH 4 OH), Ag 3 N (an explosive substance) is formed in a low concentration aqueous ammonia solution. There is a disadvantage in that the explosion frequency increases during synthesis and the volume of the synthesis reactor must be increased when scaling up.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 일 구현예에 따른 메조 다공 카본의 제조 방법은 산화은(Ag2O)을 포함하는 용액을 준비하는 단계(S1)에서, 고농도 암모니아 수용액을 이용하여 산화은을 용해시킴으로써, 합성 중 수중 폭발 빈도를 감소시키고, 동일 반응기 부피에서 대량의 은 아세틸라이드를 합성할 수 있다. In order to solve this problem, the method for producing mesoporous carbon according to one embodiment is to synthesize silver oxide by dissolving silver oxide using a high-concentration ammonia aqueous solution in the step (S1) of preparing a solution containing silver oxide (Ag 2 O). It reduces the frequency of underwater explosions and allows the synthesis of large amounts of silver acetylide in the same reactor volume.

일 예로, 고농도 암모니아 수용액의 농도는 7 부피% 내지 30 부피%일 수 있고, 예를 들면 10 부피% 내지 20 부피%일 수 있다. 여기서, 암모니아 수용액의 농도는 암모니아 수용액 전체 부피에 대한 암모니아 부피의 백분율을 의미한다. 고농도 암모니아 수용액의 농도가 7 부피% 미만인 경우 합성 중 반응기 내부에서 소규모 폭발이 발생할 수 있다.For example, the concentration of the high-concentration ammonia aqueous solution may be 7 vol% to 30 vol%, for example, 10 vol% to 20 vol%. Here, the concentration of the ammonia aqueous solution means the percentage of the ammonia volume relative to the total volume of the ammonia aqueous solution. If the concentration of the high-concentration ammonia aqueous solution is less than 7% by volume, a small explosion may occur inside the reactor during synthesis.

산화은과 고농도 암모니아 수용액은 1 : 5 내지 1 : 40의 중량비로 혼합될 수 있고, 예를 들어 1 : 10 내지 1 : 30의 중량비로 혼합될 수 있다. 산화은과 고농도 암모니아 수용액의 중량비가 1 : 5 미만인 경우 산화은이 석출되거나 질화은이 생성될 수 있다.Silver oxide and a high-concentration ammonia aqueous solution may be mixed at a weight ratio of 1:5 to 1:40, for example, 1:10 to 1:30. If the weight ratio of silver oxide and high-concentration ammonia solution is less than 1:5, silver oxide may precipitate or silver nitride may be generated.

은 아세틸라이드 형성 단계(S2)에서는, 산화은을 포함하는 용액과 아세틸렌(C2H2) 가스를 혼합하여 은 아세틸라이드(Ag2C2)를 형성한다.In the silver acetylide forming step (S2), a solution containing silver oxide and acetylene (C 2 H 2 ) gas are mixed to form silver acetylide (Ag 2 C 2 ).

산화은과 아세틸렌(C2H2) 가스는 0.5 : 1 내지 9 : 1의 중량비로 혼합될 수 있고, 예를 들어 1 : 1 내지 3 : 1의 중량비로 혼합될 수 있다. 산화은과 아세틸렌 가스의 중량비가 9 : 1을 초과하는 경우, 메조 다공 카본의 수율이 저하될 수 있다.Silver oxide and acetylene (C 2 H 2 ) gas may be mixed at a weight ratio of 0.5:1 to 9:1, for example, 1:1 to 3:1. If the weight ratio of silver oxide and acetylene gas exceeds 9:1, the yield of mesoporous carbon may decrease.

선택적으로, 은 아세틸라이드 형성 반응 후, 용액의 상등액을 제거하고 희석시킬 수 있다(S3). Optionally, after the silver acetylide formation reaction, the supernatant of the solution may be removed and diluted (S3).

상등액 제거는 건조 시간을 단축시키고 녹아 있는 [Ag(NH3)2]OH]에 의한 부반응을 억제하기 위하여 진행할 수 있다. Removal of the supernatant can be performed to shorten the drying time and suppress side reactions caused by dissolved [Ag(NH 3 ) 2 ]OH].

희석은 상등액 제거 후 탈이온수를 투입하여 pH 7 내지 9가 되도록 한다. 희석 후 pH가 9 이상인 경우 가열 처리시 녹아 있는 [Ag(NH3)2]OH]에 의해 카본 수율이 감소할 수 있다.For dilution, remove the supernatant and add deionized water to reach pH 7 to 9. If the pH after dilution is 9 or higher, the carbon yield may be reduced due to dissolved [Ag(NH 3 ) 2 ]OH] during heat treatment.

또한, 선택적으로 제조된 은 아세틸라이드는 진공 건조될 수 있다(S4). Additionally, the optionally prepared silver acetylide can be vacuum dried (S4).

반응식 2에서 은 아세틸라이드 형성 반응시 생성된 부산물인 수산화 암모늄(NH4OH) 및 암모니아(NH3)는 진공 건조를 통하여 제거할 수 있다.In Scheme 2, ammonium hydroxide (NH 4 OH) and ammonia (NH 3 ), which are by-products generated during the silver acetylide formation reaction, can be removed through vacuum drying.

진공 건조는 30 ℃ 내지 100 ℃에서 10 시간 내지 48 시간 동안 이루어질 수 있고, 예를 들면 진공 건조 온도는 50 ℃ 내지 90 ℃에서 이루어질 수 있다. 진공 건조 온도가 30 ℃ 미만인 경우 건조 시간이 길어질 수 있고, 100 ℃를 초과하는 경우 내부의 은 아세틸라이드 일부가 반응하여 반응기 밖으로 분출되거나, 건조 완료 시점에 도달하지 않고 온도에 의한 반응 종결로 카본의 수율이 감소하고, 카본의 회수가 어려울 수 있다. 진공 건조 시간이 10 시간 미만인 경우 불완전 건조로 인하여 생성된 카본의 수율이 감소할 수 있다.Vacuum drying may be performed at 30°C to 100°C for 10 to 48 hours, for example, the vacuum drying temperature may be performed at 50°C to 90°C. If the vacuum drying temperature is less than 30 ℃, the drying time may be long, and if it exceeds 100 ℃, some of the silver acetylide inside may react and be ejected out of the reactor, or the reaction may be terminated by temperature without reaching the completion point of drying, causing carbon Yields decrease, and recovery of carbon may be difficult. If the vacuum drying time is less than 10 hours, the yield of the produced carbon may decrease due to incomplete drying.

가열 처리 단계(S5)에서는, 은 아세틸라이드를 가열 처리하여 은(Ag)을 분출시킴으로써 메조 기공을 포함하는 카본을 형성한다.In the heat treatment step (S5), silver acetylide is heat treated to extrude silver (Ag) to form carbon containing mesopores.

가열 처리는 반응기 내부 온도가 2 ℃/min 내지 6 ℃/min의 속도로 110 ℃ 내지 250 ℃ 까지 승온시켜 이루어질 수 있다. Heat treatment may be performed by raising the internal temperature of the reactor to 110°C to 250°C at a rate of 2°C/min to 6°C/min.

가열 처리의 온도가 110 ℃ 미만인 경우 은 아세틸라이드의 분리가 일어나지 않아 메조 다공 카본의 수율이 저하되고 카본 회수시 안전이 저해될 수 있고, 250 ℃를 초과하는 경우 반응 후 생성된 은 입자와 산화은 등이 메조 다공 카본을 태워 수율이 감소할 수 있다. If the temperature of the heat treatment is less than 110 ℃, separation of silver acetylide does not occur, which reduces the yield of mesoporous carbon and may impair safety during carbon recovery. If it exceeds 250 ℃, silver particles and silver oxides generated after the reaction may occur. Burning this mesoporous carbon may reduce yield.

선택적으로, 제조된 메조 다공 카본을 세정한 후, 희석시킬 수 있다(S6).Optionally, the prepared mesoporous carbon may be washed and then diluted (S6).

산화은을 이용하여 제조된 메조 다공 카본은 질산 수용액으로 세정시킬 수 있다. Mesoporous carbon manufactured using silver oxide can be cleaned with an aqueous nitric acid solution.

여기서, 질산의 농도는 10 부피% 내지 20 부피%일 수 있다. 여기서, 질산의 농도는 질산 수용액 전체 부피에 대한 질산 부피의 백분율을 의미한다. 질산의 농도가 10 부피% 미만인 경우 은 입자가 제거되지 않을 수 있고, 20 부피%를 초과하는 경우 카본의 메조 다공 내에 들어있는 나노 산화 은 입자를 제거하는데 어려움이 있을 수 있다.Here, the concentration of nitric acid may be 10 vol% to 20 vol%. Here, the concentration of nitric acid means the percentage of nitric acid volume relative to the total volume of nitric acid aqueous solution. If the concentration of nitric acid is less than 10 vol%, silver particles may not be removed, and if it exceeds 20 vol%, it may be difficult to remove nano silver oxide particles contained in the mesopores of the carbon.

세정은 50 ℃ 내지 85 ℃에서 1 시간 내지 6 시간 동안 이루어질 수 있고, 예를 들어 60 ℃ 내지 80 ℃에서 1 시간 내지 4 시간 동안 이루어질 수 있다. 세정 온도가 50 ℃ 미만인 경우 카본의 메조 기공 내의 은(Ag)의 제거가 어려울 수 있고, 85 ℃를 초과하는 경우 질산이 증발할 수 있다. 세정 시간이 1 시간 미만인 경우 은 입자 제거가 어려울 수 있다.Cleaning may be carried out at 50°C to 85°C for 1 hour to 6 hours, for example at 60°C to 80°C for 1 hour to 4 hours. If the cleaning temperature is less than 50°C, it may be difficult to remove silver (Ag) in the mesopores of the carbon, and if it exceeds 85°C, nitric acid may evaporate. If the cleaning time is less than 1 hour, it may be difficult to remove silver particles.

희석은 탈이온수를 추가하는 방법으로 질산의 농도를 2 % 내지 5 % 까지 희석하는 조건으로 이루어질 수 있다. 희석 조건이 5 %를 초과하는 경우 산화은 잔여물이 남아 있을 수 있다.Dilution can be accomplished by adding deionized water to dilute the nitric acid concentration to 2% to 5%. If dilution conditions exceed 5%, silver oxide residues may remain.

선택적으로, 세정 및 희석된 메조 다공 카본은 여과 및 세척될 수 있다(S7). Optionally, the cleaned and diluted mesoporous carbon can be filtered and washed (S7).

일 예로, 여과에서는 세정 및 희석된 메조 다공 카본을 종이 필터지를 사용하여 분리할 수 있다.As an example, in filtration, the washed and diluted mesoporous carbon can be separated using paper filter paper.

또한, 세척에서는 가열처리 후 메조 다공 카본의 기공내에 존재하는 산화은을 저농도 암모니아수로 제거할 수 있다. 세척은 메조 다공 카본의 여과액의 pH가 5 내지 7이 될 때까지 여과와 함께 반복한다.Additionally, in washing, silver oxide present in the pores of the mesoporous carbon after heat treatment can be removed with low-concentration ammonia water. Washing is repeated with filtration until the pH of the filtrate of the mesoporous carbon reaches 5 to 7.

저농도 암모니아 수용액의 농도는 0.5 부피% 내지 5 부피%일 수 있다. 암모니아 수용액의 농도가 0.5 부피% 미만인 경우 산화은이 제거되지 않는 경우가 있을 수 있고, 5 부피%를 초과하는 경우 카본의 pH가 높아질 수 있다.The concentration of the low concentration aqueous ammonia solution may be 0.5% by volume to 5% by volume. If the concentration of the ammonia solution is less than 0.5% by volume, silver oxide may not be removed, and if it exceeds 5% by volume, the pH of the carbon may increase.

다른 구현예에 따른, 메조 다공 카본은 상술한 방법에 의하여 제조됨에 따라, 메조 세공을 포함한다.According to another embodiment, mesoporous carbon includes mesopores as it is produced by the method described above.

메조 세공은 기공 직경이 3 nm 내지 7 nm인 기공일 수 있다.Mesopores can be pores with a pore diameter of 3 nm to 7 nm.

메조 다공 카본은 흑연화 처리전 비표면적이 1,500 m2/g 내지 2,300 m2/g일 수 있고, 예를 들어 1,800 m3/g 내지 2,100 m3/g 일 수 있다. 메조 다공 카본의 흑연화 처리전 비표면적이 1,500 m2/g 미만인 경우 산처리시 은 또는 산화은 입자가 제거되지 않아 중량이 높아진 것일 수 있다.The mesoporous carbon may have a specific surface area before graphitization of 1,500 m 2 /g to 2,300 m 2 /g, for example, 1,800 m 3 /g to 2,100 m 3 /g. If the specific surface area of mesoporous carbon before graphitization is less than 1,500 m 2 /g, the weight may increase because silver or silver oxide particles are not removed during acid treatment.

메조 다공 카본의 흑연화 처리는, 일 예로 2 ℃/min 내지 5 ℃/min의 속도로 1,800 ℃ 내지 2,400 ℃ 까지 승온시킨 후, 2 시간 내지 8 시간 동안 열처리하여 이루어질 수 있다.Graphitization treatment of mesoporous carbon may be performed, for example, by raising the temperature to 1,800°C to 2,400°C at a rate of 2°C/min to 5°C/min and then heat treating it for 2 to 8 hours.

메조 다공 카본은 흑연화 처리 후 비표면적이 1,000 m2/g 내지 1,700 m2/g일 수 있다. 메조 다공 카본의 흑연화 처리 후 비표면적이 1,000 m2/g 미만인 경우 과도한 흑연화로 인해 메조기공의 부피가 작아질 수 있다.The mesoporous carbon may have a specific surface area of 1,000 m 2 /g to 1,700 m 2 /g after graphitization treatment. If the specific surface area of mesoporous carbon is less than 1,000 m 2 /g after graphitization treatment, the volume of mesopores may become small due to excessive graphitization.

메조 다공 카본은 흑연화 처리 후, 메조 세공의 부피가 0.5 cm3/g 내지 1.4 cm3/g일 수 있고, 예를 들어 0.6 cm3/g 내지 1.2 cm3/g 일 수 있다. 메조 세공 부피가 0.5 cm3/g 미만인 경우 메조 기공 내의 산화은 입자가 제대로 제거되지 않을 수 있다.After the mesoporous carbon is graphitized, the mesopore volume may be 0.5 cm 3 /g to 1.4 cm 3 /g, for example, 0.6 cm 3 /g to 1.2 cm 3 /g. If the mesopore volume is less than 0.5 cm 3 /g, silver oxide particles within the mesopores may not be properly removed.

또한, 흑연화 후 메조 다공 카본의 총 기공 부피는 15 cm3/g 내지 30 cm3/g일 수 있고, 예를 들어 18 cm3/g 내지 25 cm3/g일 수 있다.Additionally, the total pore volume of the mesoporous carbon after graphitization may be 15 cm 3 /g to 30 cm 3 /g, for example, 18 cm 3 /g to 25 cm 3 /g.

여기서, 총 기공 부피는 각각의 기공 크기에서의 로그도함수 기공 부피(dV/d (logD))의 누적값이다. 카본 담체 내 기공의 모드 크기는, 예를 들어 바레트-조이너-할렌다(Barrett-Joyner-Halenda, BJH) 방법에 의해 수득된 카본 담체의 기공 크기(D)와 로그도함수 기공 부피(dV/d (logD)) 사이의 관계를 보여주는 기공 크기 분포 곡선에서의 로그도함수 기공 부피의 최댓값을 나타내는 기공 크기에 기초하여 결정될 수 있다. BJH 방법이 적용될 때, 기공 크기 분포 곡선은 예를 들어 하기 절차에 의해 수득될 수 있다. 77.4 K(질소의 비등점)에서의 질소 기체 중에서, 질소 기체의 압력 P(mmHg)를 점진적으로 증가시키면서, 카본 담체의 질소 기체 흡착량(ml/g)을 각각의 압력 P에서 측정한다. 이어서, 압력 P(mmHg)를 질소 기체의 포화 증기 압력 P0(mmHg)으로 나눔으로써 수득된 값을 상대 압력 P/P0으로서 설정하고, 각각의 상대 압력 P/P0에 대한 질소 기체 흡착량을 플롯팅하여, 흡착 등온선을 수득한다. 이어서, 카본 담체의 기공 크기 분포를 BJH 방법에 따른 흡착 등온선으로부터 수득한다. 이러한 방식으로, 기공 크기 분포 곡선을 수득할 수 있다. 여기서, BJH 방법에 대해서는, 예를 들어 출간된 문헌(J. Am. Chem. Soc., 1951, Vol. 73, p. 373 to 380)을 참조할 수 있다.Here, the total pore volume is the cumulative value of the logarithmic derivative pore volume (dV/d (logD)) at each pore size. The mode size of the pores in the carbon carrier can be determined by, for example, the pore size (D) and the log derivative pore volume (dV/d) of the carbon carrier obtained by the Barrett-Joyner-Halenda (BJH) method. The logarithmic derivative in the pore size distribution curve showing the relationship between logD)) can be determined based on the pore size representing the maximum value of pore volume. When the BJH method is applied, the pore size distribution curve can be obtained, for example, by the following procedure. In nitrogen gas at 77.4 K (boiling point of nitrogen), the nitrogen gas adsorption amount (ml/g) of the carbon carrier is measured at each pressure P while gradually increasing the nitrogen gas pressure P (mmHg). Then, the value obtained by dividing the pressure P (mmHg) by the saturated vapor pressure of nitrogen gas P0 (mmHg) is set as the relative pressure P/P0, and the amount of nitrogen gas adsorption for each relative pressure P/P0 is plotted. Thus, the adsorption isotherm is obtained. Then, the pore size distribution of the carbon carrier is obtained from the adsorption isotherm according to the BJH method. In this way, a pore size distribution curve can be obtained. Here, for the BJH method, reference may be made to, for example, published literature (J. Am. Chem. Soc., 1951, Vol. 73, p. 373 to 380).

이하에서는 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 발명의 범위가 제한되어서는 아니된다.Below, specific embodiments of the invention are presented. However, the examples described below are only for illustrating or explaining the invention in detail, and should not limit the scope of the invention.

[제조예: 메조 다공 카본의 제조][Manufacture example: Manufacture of mesoporous carbon]

(실시예 1)(Example 1)

27.2 g의 산화은(Ag2O)을 농도 15 부피%인 암모니아 수용액(NH4OH) 600 ml에 첨가하여 산화은을 포함하는 용액을 제조한다. 산화은과 아세틸렌(C2H2) 2 : 1의 중량비로 혼합하여 반응한다.A solution containing silver oxide was prepared by adding 27.2 g of silver oxide (Ag 2 O) to 600 ml of ammonia aqueous solution (NH 4 OH) with a concentration of 15% by volume. Silver oxide and acetylene (C 2 H 2 ) are mixed and reacted at a weight ratio of 2:1.

반응 후, 상등액을 제거 및 희석을 3 회 반복하여 은 아세틸라이드를 제조한다. After the reaction, the supernatant is removed and diluted three times to prepare silver acetylide.

제조된 은 아세틸라이드를 80 ℃에서 12 시간 동안 진공 건조한 후, 4 ℃/min의 속도로 230 ℃ 까지 승온시켜 가열 처리하여 메조 다공 카본을 제조한다.The prepared silver acetylide is vacuum dried at 80°C for 12 hours, then heated to 230°C at a rate of 4°C/min to prepare mesoporous carbon.

제조된 메조 다공 카본을 농도 15 부피%인 질산(HNO3)을 이용하여 70 ℃에서 2 시간 동안 세정하여 은 입자를 제거한 후, 탈이온수를 투입하여 3 % 까지 희석한다. 그리고 70 ℃에서 1 시간 동안 추가 세정한다.The prepared mesoporous carbon is washed with nitric acid (HNO 3 ) at a concentration of 15% by volume for 2 hours at 70°C to remove silver particles, and then diluted to 3% by adding deionized water. Then, additional cleaning is performed at 70°C for 1 hour.

메조 다공 카본의 세정 이후, 잔여물로 남아있는 산화은을 제거하기 위해 1 % 암모니아 수용액 또는 탈이온수로 메조 다공 카본의 여과액의 pH가 6이 될 때까지 세척 및 여과를 반복한다.After washing the mesoporous carbon, washing and filtration are repeated with a 1% aqueous ammonia solution or deionized water until the pH of the filtrate of the mesoporous carbon reaches 6 to remove any remaining silver oxide.

100 ℃ 오븐에서 건조하여 메조 다공 카본을 얻는다.Dry in an oven at 100°C to obtain mesoporous carbon.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 1에서 산화은(Ag2O)을 대신하여 질산은(AgNO3)을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 메조 다공 카본을 제조한다.Mesoporous carbon was manufactured in the same manner as Example 1, except that silver nitrate (AgNO 3 ) was used instead of silver oxide (Ag 2 O).

[실험예 1: 메조 다공 카본의 특성 분석][Experimental Example 1: Characteristic analysis of mesoporous carbon]

실시예 1에서 제조된 메조 다공 카본의 기공 직경, 메조 세공 부피, 및 비표면적을 측정한 결과, 기공 직경은 3.7 nm이고, 세공 부피(V2-5nm)는 0.68 cm3/g이고, 비표면적은 1,947 m2/g이다.As a result of measuring the pore diameter, mesopore volume, and specific surface area of the mesoporous carbon prepared in Example 1, the pore diameter was 3.7 nm, the pore volume (V2-5nm) was 0.68 cm 3 /g, and the specific surface area was It is 1,947 m 2 /g.

또한, 실시예 1에서 제조된 메조 다공 카본을 5 ℃/min의 속도로 1,800 ℃ 까지 승온시킨 후, 2 시간 동안 열처리하여 흑연화였다. 세공 부피(V2-5nm)는 0.84 cm3/g이고, 비표면적은 1,516 m2/g이고, BJH(dV/d log(D)) 총 기공 부피는 21 cm3/g 내지 22 cm3/g임을 확인하였다.In addition, the mesoporous carbon prepared in Example 1 was graphitized by raising the temperature to 1,800°C at a rate of 5°C/min and then heat treating it for 2 hours. The pore volume (V2-5nm) is 0.84 cm 3 /g, the specific surface area is 1,516 m 2 /g, and the BJH (dV/d log(D)) total pore volume is 21 cm 3 /g to 22 cm 3 /g. It was confirmed that it was.

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 메조 다공 카본의 주사전자현미경(SEM) 사진을 각각 도 2 및 도 3에 나타낸다.Scanning electron microscope (SEM) photographs of the mesoporous carbon prepared in Example 1 and Comparative Example 1 are shown in Figures 2 and 3, respectively.

도 2 및 도 3을 참조하면, 직경 30 nm 내지 50 nm 수준의 나노구조체를 가지는 메조 다공 카본인 것을 알 수 있다.Referring to Figures 2 and 3, it can be seen that it is a mesoporous carbon having a nanostructure with a diameter of 30 nm to 50 nm.

실시예 1 및 비교예 1에서, 산화은(Ag2O)과 질산은(AgNO3)의 1 g당 이론적으로 생성 가능한 카본의 양과 실제 생성된 카본의 양을 표 1에 정리한다. 이때, 이론값은 물질의 은(Ag)이 은 아세틸라이드(Ag2C2)로 100 % 합성되고, 부반응은 없는 것으로 가정한다.In Example 1 and Comparative Example 1, the amount of carbon that can theoretically be generated per 1 g of silver oxide (Ag 2 O) and silver nitrate (AgNO 3 ) and the amount of carbon actually generated are summarized in Table 1. At this time, the theoretical value assumes that the silver (Ag) of the material is 100% synthesized into silver acetylide (Ag 2 C 2 ) and that there are no side reactions.

물질matter 이론적 생성
카본 양
theoretical creation
amount of carbon
실제 생성
카본 양
actual creation
amount of carbon
카본
손실 (%)
Carbon
Loss (%)
비교예 1Comparative Example 1 AgNO3 AgNO 3 0.7 g0.7g 0.025 g0.025 g 96.5 %96.5% 실시예 1Example 1 Ag2OAg 2 O 0.103 g0.103 g 0.095 g0.095 g 7.8 %7.8%

표 1을 참조하면, 비교예 1의 질산은(AgNO3)의 경우 은 아세틸라이드*질산은 복염과 질산 암모늄 부산물에 의하여 카본이 산화되어 수율이 저하됨을 알 수 있고, 실시예 1의 산화은(Ag2O)의 경우 이러한 부산물이 발생하지 않음에 따라 카본 손실을 방지할 수 있음을 알 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that in the case of silver nitrate (AgNO 3 ) in Comparative Example 1, carbon is oxidized by silver acetylide * silver nitrate double salt and ammonium nitrate by-product, resulting in a decrease in yield, and in the case of silver oxide (Ag 2 O) in Example 1 ), it can be seen that carbon loss can be prevented as these by-products are not generated.

[실험예 2: 반응 폭발 빈도 분석][Experimental Example 2: Analysis of reaction explosion frequency]

산화은(Ag2O)을 Ag(NH3)2OH로 변환할 때, 암모니아 수용액의 농도에 따라 합성 중 발생하는 폭발 빈도 차이를 확인한다.When converting silver oxide (Ag 2 O) into Ag(NH 3 ) 2 OH, check the difference in explosion frequency that occurs during synthesis depending on the concentration of ammonia solution.

(실시예 2)(Example 2)

산화은(Ag2O) 13.6 g, 탈이온수 930 ml, 및 28 부피%의 암모니아 수용액(NH4OH) 70 ml를 혼합하여 산화은을 포함하는 용액을 제조한다. 산화은과 아세틸렌(C2H2)을 2 : 1의 중량비로 혼합하여 반응시킨다.A solution containing silver oxide is prepared by mixing 13.6 g of silver oxide (Ag 2 O), 930 ml of deionized water, and 70 ml of a 28 volume % aqueous ammonia solution (NH 4 OH). Silver oxide and acetylene (C 2 H 2 ) are mixed and reacted at a weight ratio of 2:1.

(실시예 3)(Example 3)

산화은(Ag2O) 13.6 g, 탈이온수 910 ml, 및 28 부피%의 암모니아 수용액(NH4OH) 90 ml를 혼합하여 산화은을 포함하는 용액을 제조한다. 이때 암모니아 수용액(NH4OH)의 부피 농도는 2.5 부피%이다. 산화은과 아세틸렌(C2H2)을 2 : 1의 중량비로 혼합하여 반응시킨다. A solution containing silver oxide is prepared by mixing 13.6 g of silver oxide (Ag 2 O), 910 ml of deionized water, and 90 ml of 28 vol% aqueous ammonia solution (NH 4 OH). At this time, the volume concentration of ammonia aqueous solution (NH 4 OH) is 2.5 volume%. Silver oxide and acetylene (C 2 H 2 ) are mixed and reacted at a weight ratio of 2:1.

(실시예 4)(Example 4)

산화은(Ag2O) 13.6 g, 탈이온수 720 ml, 및 28 부피%의 암모니아 수용액(NH4OH) 280 ml를 혼합하여 산화은을 포함하는 용액을 제조한다. 이때 암모니아 수용액(NH4OH)의 부피 농도는 6.6 부피%이다. 산화은과 아세틸렌(C2H2)을 2 : 1의 중량비로 혼합하여 반응시킨다. A solution containing silver oxide is prepared by mixing 13.6 g of silver oxide (Ag 2 O), 720 ml of deionized water, and 280 ml of 28 vol% aqueous ammonia solution (NH 4 OH). At this time, the volume concentration of ammonia aqueous solution (NH 4 OH) is 6.6 volume%. Silver oxide and acetylene (C 2 H 2 ) are mixed and reacted at a weight ratio of 2:1.

도 4는 고농도 암모니아 수용액의 농도에 따른 은 아세틸라이드의 색 변화를 나타내는 사진이다.Figure 4 is a photograph showing the color change of silver acetylide depending on the concentration of a high-concentration ammonia aqueous solution.

도 4를 참조하면, 실시예 2와 같이 암모니아 수용액의 농도가 1.9 부피% 이상인 암모니아 수용액으로 합성시, 은 아세틸라이드 최종 생성물의 색 차이가 발생함을 알 수 있다. 또한, 실시예 2와 같이 농도가 1.9 부피% 이상인 암모니아 수용액을 사용하고, 시작 물질을 산화은(Ag2O)으로 은 아세틸라이드를 합성시, 합성 중 폭발이 6 번 발생함을 확인하였다. 반면, 실시예 3 및 실시예 4와 같이 암모니아 수용액의 농도를 올리는 경우, 합성 중 폭발 횟수가 감소되는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 4, it can be seen that when synthesized with an ammonia aqueous solution having a concentration of 1.9 vol% or more as in Example 2, a color difference occurs in the final product of silver acetylide. In addition, when synthesizing silver acetylide using an aqueous ammonia solution with a concentration of 1.9% by volume or more as in Example 2 and using silver oxide (Ag 2 O) as the starting material, it was confirmed that explosions occurred six times during the synthesis. On the other hand, it was confirmed that when the concentration of ammonia aqueous solution was increased as in Examples 3 and 4, the number of explosions during synthesis was reduced.

이 결과를 도 5에 정리하였다. 도 5는 고농도 암모니아 수용액의 농도에 따른 합성 중 폭발 횟수를 나타내는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 산화은(Ag2O)을 이용하여 대용량으로 은 아세틸라이드(Ag2C2) 합성시 반응기의 부피 및 안전성을 고농도의 암모니아 수용액을 이용함으로써 가능하게 됨을 알 수 있다. These results are summarized in Figure 5. Figure 5 is a graph showing the number of explosions during synthesis depending on the concentration of a high-concentration ammonia aqueous solution. Referring to FIG. 5, it can be seen that when synthesizing silver acetylide (Ag 2 C 2 ) in large quantities using silver oxide (Ag 2 O), the volume and safety of the reactor can be improved by using a high concentration aqueous ammonia solution.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 상기한 실시예는 본 발명의 특정한 일 예로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명의 권리범위는 후술할 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the above-described embodiments are presented as specific examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and the scope of the present invention is defined by the claims described later. Various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in also fall within the scope of the present invention.

Claims (15)

산화은(Ag2O)을 포함하는 용액을 준비하는 단계,
상기 산화은을 포함하는 용액과 아세틸렌(C2H2) 가스를 혼합하여 은 아세틸라이드(Ag2C2)를 형성하는 단계, 그리고
상기 은 아세틸라이드를 가열 처리하여 은(Ag)을 분출시킴으로써 메조 기공을 포함하는 카본을 형성하는 단계
를 포함하는, 메조 다공 카본의 제조 방법.
Preparing a solution containing silver oxide (Ag 2 O),
Mixing the solution containing the silver oxide with acetylene (C 2 H 2 ) gas to form silver acetylide (Ag 2 C 2 ), and
Forming carbon containing mesopores by heat-treating the silver acetylide to eject silver (Ag)
Method for producing mesoporous carbon, including.
제1항에서,
상기 산화은을 포함하는 용액은 상기 산화은과 고농도 암모니아 수용액을 혼합하여 제조되는, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 1:
A method of producing mesoporous carbon, wherein the solution containing the silver oxide is prepared by mixing the silver oxide and a high concentration ammonia aqueous solution.
제2항에서,
상기 고농도 암모니아 수용액의 농도는 7 부피% 내지 30 부피%인, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 2,
A method for producing mesoporous carbon, wherein the concentration of the high-concentration ammonia aqueous solution is 7% by volume to 30% by volume.
제2항에서,
상기 산화은과 상기 고농도 암모니아 수용액은 1 : 5 내지 1 : 40의 중량비로 혼합되는, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 2,
A method for producing mesoporous carbon, wherein the silver oxide and the high-concentration ammonia aqueous solution are mixed at a weight ratio of 1:5 to 1:40.
제1항에서,
상기 산화은을 포함하는 용액과 상기 아세틸렌(C2H2) 가스는 0.5 : 1 내지 9 : 1의 중량비로 혼합되는, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 1:
A method for producing mesoporous carbon, wherein the solution containing silver oxide and the acetylene (C 2 H 2 ) gas are mixed at a weight ratio of 0.5:1 to 9:1.
제1항에서,
상기 메조 다공 카본의 제조 방법은, 상기 제조된 은 아세틸라이드가 포함된 용액을 30 ℃ 내지 100 ℃에서 10 시간 내지 48 시간 동안 진공 건조시키는 단계를 더 포함하는, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 1:
The method for producing mesoporous carbon further includes vacuum drying the prepared solution containing silver acetylide at 30°C to 100°C for 10 to 48 hours.
제1항에서,
상기 가열 처리는 2 ℃/min 내지 6 ℃/min의 속도로 110 ℃ 내지 250 ℃ 까지 승온시켜 이루어지는, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 1:
A method for producing mesoporous carbon, wherein the heat treatment is carried out by raising the temperature to 110°C to 250°C at a rate of 2°C/min to 6°C/min.
제1항에서,
상기 메조 다공 카본의 제조 방법은, 상기 제조된 메조 다공 카본을 질산으로 50 ℃ 내지 85 ℃에서 1 시간 내지 6 시간 동안 세정하는 단계를 더 포함하는, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 1:
The method for producing mesoporous carbon further includes the step of washing the prepared mesoporous carbon with nitric acid at 50° C. to 85° C. for 1 hour to 6 hours.
제8항에서,
상기 질산의 농도는 10 부피% 내지 20 부피%인, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 8:
A method for producing mesoporous carbon, wherein the concentration of nitric acid is 10 vol% to 20 vol%.
제8항에서,
상기 메조 다공 카본의 제조 방법은, 상기 세정한 메조 다공 카본에 탈이온수를 투입하여 질산의 농도를 2 부피% 내지 5 부피% 까지 희석하는 단계를 더 포함하는, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 8:
The method for producing mesoporous carbon further includes adding deionized water to the cleaned mesoporous carbon to dilute the concentration of nitric acid to 2% by volume to 5% by volume.
제8항에서,
상기 메조 다공 카본의 제조 방법은, 상기 세정한 메조 다공 카본을 저농도 암모니아 수용액으로 pH 5 내지 7 까지 세척하는 단계를 더 포함하는, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 8:
The method for producing mesoporous carbon further includes the step of washing the cleaned mesoporous carbon with a low-concentration ammonia aqueous solution to pH 5 to 7.
제11항에서,
상기 저농도 암모니아 수용액의 농도는 0.5 부피% 내지 5 부피%인, 메조 다공 카본의 제조 방법.
In paragraph 11:
A method for producing mesoporous carbon, wherein the concentration of the low-concentration aqueous ammonia solution is 0.5 vol% to 5 vol%.
제1항에 따른 메조 다공 카본의 제조 방법에 의하여 제조되며,
흑연화 처리전 비표면적이 1,500 m2/g 내지 2,300 m2/g이고,
기공 직경이 3 nm 내지 7 nm인 메조 세공을 포함하는,
메조 다공 카본.
Manufactured by the method for producing mesoporous carbon according to claim 1,
The specific surface area before graphitization is 1,500 m 2 /g to 2,300 m 2 /g,
Comprising mesopores with a pore diameter of 3 nm to 7 nm,
Mesoporous carbon.
제13항에서,
상기 메조 다공 카본은 1800 ℃ 이상에서 흑연화 처리후 비표면적이 1,000 m2/g 내지 1,700 m2/g이고,
상기 메조 세공의 부피가 0.5 cm3/g 내지 1.4 cm3/g인,
메조 다공 카본.
In paragraph 13:
The mesoporous carbon has a specific surface area of 1,000 m 2 /g to 1,700 m 2 /g after graphitization at 1800 ° C. or higher,
the volume of the mesopores is 0.5 cm 3 /g to 1.4 cm 3 /g,
Mesoporous carbon.
제14항에서,
상기 메조 다공 카본은 총 기공 부피가 15 cm3/g 내지 30 cm3/g인, 메조 다공 카본.
In paragraph 14:
The mesoporous carbon has a total pore volume of 15 cm 3 /g to 30 cm 3 /g.
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