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중국 과학자들이 물 속에서 쉽고 빠르고 3차원 그라펜(graphene)을 제조하는 방법을 개발했다. 이번 연구를 통해, 촉매 보조제와 수소를 저장할 수 있는 수퍼커패시티(supercapacitors)로 사용될 수 있는 그라펜의 특성을 향상시킬 수 있게 되었다.
그라펜은 꿀벌집 처럼 생긴 격자 패턴을 가진 탄소 원자의 단일층이며, 자체 회합을 통해 1차 및 2차원 구조를 형성한다. 그라펜은 다양한 응용이 가능하기 때문에 현재, 각광을 받고 있는 물질이기도 하다. 하지만 일반적으로 얻었을 수 있는 그라펜은 작아서, 기능성 물질로 사용하는데 한계가 있다. 3차원 미세구멍 또는 메조구멍(mesoporous) 탄소 물질(하이드로젤과 에어로젤)은 무게가 가볍고, 높은 다공성 및 저장 능력이 뛰어나며, 표면적이 넓고, 전기 전도성이 높으며, 열 안정성이 뛰어나다. 이런 구조체를 준비하는 것은 마일드한 조건에서는 어려우며, 현재 사용되고 있는 방법들은 크기 조절이 어렵고, 비용도 효율적이지 않다.
[그림] 산화 그라펜의 환원 및 생성물의 자체 회합을 조합함으로, one-pot 공정으로 3차원 그라펜 구조체를 만드는 것이 가능해 졌다.
 중국의 Lifeng Yan (University of Science and Technology of China, Heifei)박사팀은 대기 압력, 95도 물 속에서 스터링(stirring)하지 않는 조건에서, 마일드한 화학 환원제를 이용해 산화된 그라펜로부터 3차원 그라펜을 제조해 낼 수 있었다고 보고했다. 그라펜의 모양도 반응 용기의 모양을 바꾸어주면 조절이 가능하다. 연구팀은 실리더 모양, 배 모양, 구 모양을 가진 그라펜을 만들 수 있었다고 보고했다. Yan 박사는 ‘공정은 매우 간단하다. 거시 3차원 그라핀의 어떤 모양이든지 실온, 대기 압력 상태에서 만들 수 있다’고 설명한다.
실험에서, 연구팀은 재료가 높은 전기 전도성을 가지고 있으며, 높은 메케니컬 안정성과 열적 안정성을 가지고 있음을 발견했다. 특정 전기용량치들은 수화열적 방법으로 준비한 그라펜 하이드로젤과 유사했다. 재료의 기계적인 안정성은 압축 테스트로 측정한 결과, 화학적으로 교차-연결된 고분자 하이드젤과 비교할 만 했다.
Yan 박사팀은 이들 재료가 수퍼커패시티, 바이오센서, 촉매로 사용될 수 있는지 여부를 조사할 계획이며, 여러 가지 다른 형태의 새로운 3차원 그라펜 조성체를 만들 계획이다. 그라펜 재료 분야의 전문가인 미국 Xiaobo He (Louisiana State University) 박사는 ‘이들 거시적인 다공성 재료들이 새로운 촉매로 개발됨으로 온실 가스를 줄이는데 사용될 수 있다면 매우 흥미로울 것이다’고 덧붙였다.

출처 : http://radar.ndsl.kr/radDetail.do