나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국 샤먼(厦門) 대학교 화학화공대하 잔뚱핑(詹東平) 교수 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 광전자 협동 약속 자유기 부가 반응 방법을 제시하고 고성능 산화 그래핀에 대한 제어 가능한 전기 분해 제조를 실현하는 면에서 중대 혁신성과를 취득하여 이슈가 되고 있음.

산화 그래핀(GO)은 히드록시, 카르보닐기, 카르복실기 등 기능 그룹을 대량 함유하고 있는 기능화 2차원 소재로서 많은 용매 속에서 모두 양호한 분산성을 보유하고 있으며, GO는 공유 원자가 결합을 통해 한층 더 기능화가 가능할 뿐만 아니라 정전기 역할을 통해 반데르발스 힘(Van der waals force)과 수소 결합을 통한 조립이 가능하기 때문에 에너지 및 환경 분야에서 폭넓은 응용 전망을 보유하고 있는 상황임.

Hummers 방법을 사용하여 흑연과 강(强) 산화제(MnO4-, FeO42-, H2O2 등) 강산(强酸) 환경 속(농도가 높은 H2SO4、HNO3 등) 반응을 통해 GO를 개발하여 CGO라고 명명하는데 CGO의 사이즈, 층수와 결정도에 대해서는 제어가 어려운 상황임.

대량의 물을 사용해야만 유해 잔류 화학물질을 제거하게 되는 동시에 클린적인 CGO를 취득할 수 있으며, 전기화학 방법으로 흑연을 박리하여 GO를 제조(EGO라고 명명함)하는 공법은 간단하고 환경 친화적이지만 산화 정도가 너무 낮을 뿐만 아니라 제어도 불가능한 상황임.

전기화학 방법으로 흑연을 박리하는 과정에서 생성되는 하이드록실기 자유기(OH)는 수명이 짧고, EGO 산화 정도를 조정 제어할 수 있는 정도에 도달하지 못하는 문제점을 함유하고 있기 때문에 연구팀은 이런 상황에 근거하여 일종 광전자 협동의 약속 자유기 추가 반응 전략을 제시하였음.

연구팀은 초산근(草酸根)(OA-)을 삽입 층 이온과 공동 반응제로 사용하고, OA-와 OH의 시리즈 화학 전환 과정을 통해 OH를 흑연-그래핀/용액 인터페이스 상에 제한해 놓고 재생을 실현함으로써 OH의 인터페이스 농도를 효과적으로 향상시켰으며, 전기 분해 그래핀과 OH 사이의 자유기 추가 반응으로 하여금 충분한 진행이 가능할 수 있도록 하였음.

동시에 초산(草酸) 자유기가 광 활성을 보유하고 있기 때문에 광전자 협동은 OH의 재생 효율성을 대폭 향상시키며, 개발한 EGO 산화 정도는 제어가 가능하고 층수가 적고 사이즈가 큰 것으로 나타났음.

적외선 광 스펙트럼 데이터 분석을 통해 동 EGO가 하이드록실기와 에폭시기를 대량 함유하고 있다는 점이 입증되었으며, EGO의 카르보닐기와 카르복실기의 스펙트럼 피크는 극히 미약한 것으로 나타났는데 이런 상황은 EGO의 결정체 구조가 매우 완벽하다는 점을 입증하고 있음.

연구팀이 개발한 EGO는 매우 이상적인 자체 조립과 공동 조립 성능을 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 아닐린(aniline) 분자를 공동 조립제로 사용하고 π-π 파일 업(pile up) 역할을 통해 개발한 아닐린/EGO 공동 조립 멤브레인은 물 분자 전송의 "수소 결합" 채널을 구축하고 물 분자의 통과 량을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났음.

동시에 아닐린(aniline)/EGO 공동 조립 멤브레인 내부의 층 간 국지 구역 높은 이온 강도 환경에서 이온 차단 비율(interception rate)을 대폭 향상시킬 수 있기 때문에 해수 담수화와 물 정화 분야에서 폭넓고 밝은 응용 전망을 보유하고 있음.

본 연구 성과는 ‘J. Am. Chem. Soc.’ ("Photosynergetic Electrochemical Synthesis of Graphene Oxide") 지에 게재됨.