나노기술 및 정책 정보

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● 중국 난징이공대학교의 쭈쥔우 교수 연구팀이 질화탄소(C2N) 나노 플레이크의 공유결합 유도 접합(Covalently Induced Grafting)을 환원 산화 그래핀에 접목하여 나트륨 이온 전지에 응용하는데 성공

● 질소가 도핑된 탄소 소재는 나트륨 이온 전지에 폭넓게 응용되고 있지만, 불확실한 도핑 구조, 낮은 질소함량 등의 단점을 보유하고 있어 실제 응용이 곤란

● 연구팀은 SN1 반응(1차 친핵성 치환 반응)을 통해 정확한 질소 결합 위치와 높은 질소 함량을 갖는 나노홀(nanohole) 구조의 얇은 층 질화탄소(C2N)를 환원된 산화 그래핀(C2N/rGO) 표면에 접목시킴.

● 풍부한 활성 위치, 짧은 이온 및 전자 이동 거리와 양호한 전도성 덕분에 C2N/rGO 전극은 1A/g으로 1,000회 사이클을 운영한 후에도 218.1mAh/g의 용량을 제공

● 연구팀은 순환 전압법(cyclic voltammetry, CV)과 정전류식 간헐적 적정 테크닉(galvanostatic intermittent titration technique, GITT)을 통해 나트륨의 저장 메커니즘은 용량 통제 프로세스(capacity governed process)임을 입증

※ 용어설명

- 환원된 산화 그래핀(reduced graphene oxide): 산화 그래핀의 산소가 제거된 형태로 산화 과정에서 생성된 친수성 작용기로 인해 잃어버린 그래핀 본연의 특성을 복원한 그래핀

- 1차 친핵성 치환 반응(SN1): 친핵체가 1차 반응으로 치환기에 붙는 과정으로 탄소 양이온인 반응 중간체를 생성

- 정전류식 간헐적 적정 테크닉(GITT): 전해질 속 이온이 전극에서 확산되는 속도를 알기 위해 일정 시간 동안 배터리를 쉬게 만드는 배터리 방전 테스트

​※ ACS Sustainable Chem. Eng. 게재(2021.11.17.), “Covalently Induced Grafting of C2N Nanoflakes onto Reduced Graphene Oxide with Dominant Pseudocapacitive Behaviors for a High-Rate Sodium-Ion Battery Anode”