나노기술 및 정책 정보

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● 미국 Rice University의 James Tour 교수 연구팀이 원자 두께를 갖는 재료의 구조나 전자 상태를 나노 크기의 광학 또는 전자 장치에 보다 적합하게 조정하는 도핑 그래핀을 제조하기 위해 플래시 줄 가열(flash Joule heating) 공정을 수정

● 해당 프로세스는 그래핀이 단일 원소 또는 이중, 삼중 원소로 도핑될 수 있는 방안을 제시하였으며며, 붕소, 질소, 산소, 인 및 황 단일 원소, 붕소와 질소의 2원소 조합, 붕소, 질소, 황의 3원소 조합을 시연

● 도핑된 그래핀은 화학기상증착이나 합성유기공정 등 상향식 접근 방식으로도 제작이 가능하지만 그래핀에 결함이 생기는 경우가 다수

● 연구팀이 개발한 공정은 촉매 또는 물 없이도 많은 양의 이종원자가 도핑된 그래핀을 빠르게 생산할 수 있는 방안

● 그래핀은 3D 벌집 모양의 격자가 서로 정렬되지 않을 때, 터보스트래틱(불규칙구조)되어지며, 이는 나노미터 크기의 시트를 용액에 쉽게 분산시켜, 다른 물질에 더 쉽게 통합시킬 수 있는 그래핀을 생성

● 연구팀은 다양한 도핑 그래핀을 연료전지와 같은 촉매 장치의 핵심인 전기화학적 산소 환원 반응과 고에너지 밀도의 차세대 충전지를 나타내는 리튬 금속 배터리의 전극의 일부로 테스트

● 황 도핑 그래핀은 산소환원반응에 가장 적합한 것으로 입증되었으며, 질소 도핑 그래핀은 금속 리튬의 전착 과정에서 핵 형성을 감소시킬 수 있는 것을 입증하였고, 이를 통해 균일한 증착이 용이해지고 차세대 충전용 금속 배터리의 안정성이 향상될 것이라고 예측

※ ACS Nano 게재(2022.03.23.), “Heteroatom-Doped Flash Graphene”