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그래핀의 탄소 육각 구조에 이종 원소를 치환하는 치환 도핑법은 그래핀의 전기적 화학적 특성을 향상시킬 수 있는 방법이다. 특히 질소 도펀트를 사용한 도핑의 경우 전기 음성도를 크게 향상시켜 에너지 저장소자의 음극재로 응용시, 리튬의 이동과 확산을 용이하게 하여 용량의 증대가 가능하다. 그러나, 열 안정성이 낮은 C-N 결합은 고농도의 질소 도핑을 제한한다. 따라서 광소결 장비(IPL, Intense pulsed ...

그래핀의 탄소 육각 구조에 이종 원소를 치환하는 치환 도핑법은 그래핀의 전기적 화학적 특성을 향상시킬 수 있는 방법이다. 특히 질소 도펀트를 사용한 도핑의 경우 전기 음성도를 크게 향상시켜 에너지 저장소자의 음극재로 응용시, 리튬의 이동과 확산을 용이하게 하여 용량의 증대가 가능하다. 그러나, 열 안정성이 낮은 C-N 결합은 고농도의 질소 도핑을 제한한다. 따라서 광소결 장비(IPL, Intense pulsed light)을 사용해 고농도의 질소 도핑(Flash heating)을 진행하였다. 일반적인 열처리 방법(Thermal heating)과 달리, Flash heating은 그래핀의 빛 흡수 원리를 이용, 그래핀 자체를 열원으로 사용하면서 그래핀 층이 직접적으로 가열되게 한다. 또한 빠른 열 식힘 속도는 열 담금질 효과(Thermal quenching effect)를 나타냄으로써 그래핀 표면의 주름 및 기공의 형성을 통해 비표면적을 향상시킨다. 우리는 X선 광전자 분광분석기(XPS, X-ray photoelectron spectroscopy), 라만분광기(Raman spectroscopy) 및 자외선 광전자 분광기(UPS, Ultraviolet-electron spectroscopy)를 사용해 Flash heating을 통해 합성한 질소가 도핑된 그래핀(FH-NrGO)의 전자 및 구조적 특성을 조사하였다. 1500 oC에서 처리한 FH-NrGO의 총 질소 도핑 효율은 26 at.%이며 Pyridinic N의 상대적인 질소 효율은 49 at.%이다. 또한 광소결 장비의 조건을 조절함으로써 온도의 변화를 유도하여 질소의 도핑 효율을 변화시킬 수 있다.
또한 FH-NrGO는 Thermal heating을 통해 합성한 질소가 도핑된 그래핀(TH-NrGO)보다 높은 전기 화학적 성능을 가진다. 따라서, Flash heating법은 그래핀의 고농도의 질소 도핑을 유도하여 에너지 저장 소자의 음극재료의 전기 화학적 성능의 향상을 꾀할 수 있다.

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