초록 ▼

1.분석자 서문

층상 이중 수산화물(Layerd double hydroxide, LDH)은 화학조성 및 물리적 특성을 다양하게 조절할 수 있기 때문에 최근 많은 학문적 관심을 끌고 있다. LDH는 촉매, 음이온교환 재료, 난연 재료, 그리고 고분자 나노복합체 내부에 들어가서 작용하는 나노충전제 등 다양한 응용 분야에서 좋은 성능을 보일 것이라고 예상되고 있다. 뿐만 아니라 LDH를 낱장의 나노판으로 박리하면 박리하기 전과 비교해서 LDH를 다기능성 재료로 사용할 가능성이 더욱더 높다. 본 분석은 단층 LDH 나노판

1.분석자 서문

층상 이중 수산화물(Layerd double hydroxide, LDH)은 화학조성 및 물리적 특성을 다양하게 조절할 수 있기 때문에 최근 많은 학문적 관심을 끌고 있다. LDH는 촉매, 음이온교환 재료, 난연 재료, 그리고 고분자 나노복합체 내부에 들어가서 작용하는 나노충전제 등 다양한 응용 분야에서 좋은 성능을 보일 것이라고 예상되고 있다. 뿐만 아니라 LDH를 낱장의 나노판으로 박리하면 박리하기 전과 비교해서 LDH를 다기능성 재료로 사용할 가능성이 더욱더 높다. 본 분석은 단층 LDH 나노판의 최근 합성법뿐만 아니라 다양한 분야로 응용된 예를 조명한다. 특히 LDH의 산소 환원반응 촉매작용과 발광소자, 슈퍼캐패시터, 그리고 난연 나노복합체로의 적용을 다루도록 한다.



2. 목차

1. 개요

2. LDH 나노판의 합성

2.1. 박리를 위한 층간 환경 조절

2.2. 기계적 힘에 의한 박리

2.3. 물에서의 박리

2.4. 다른 박리법

2.5. 직접 합성법

3. LDH 나노시트의 응용

3.1. 촉매

3.2. 슈퍼캐패시터

3.3. 발광소자

3.4. 난연제

4. 분석자 결론

본 논문은 LDH의 합성과 몇 가지 대표적인 응용 분야들을 체계적으로 정리하여 설명하였다. LDH나노판의 합성 방법 중 하나인 하향식 방법은 겹겹이 쌓인 층상구조를 먼저 합성한 후 그것을 낱장으로 박리하는 방식을 따른다. 이를 위해서는 보통 탄산음이온 같이 상호작용이 큰 층간 음이온을 유기 음이온이나 질산 음이온 등으로 바꾸어 층간 거리를 늘리거나 층간 상호작용을 약화시켜야 한다. 여기서 LDH는 포름아마이드 등 적당한 용매를 사용하면 효율적으로 박리가 진행된다.

반면 하향식 방식은 박리 과정 없이 단번에 LDH나노판을 합성하는 방법이다. 복잡한 과정이 필요 없어 경제적이고 대량 합성에 용이한 것으로 보이나 LDH나노판을 계면활성제 등과 추후에 다시 분리해야 하는 문제점이 있다. 계면활성제와 분산제 등이 갖는 독성도 문제가 될 수 있다. 또한 이러한 합성된 LDH 나노판은 촉매, 슈퍼캐패시터, 발광소자, 그리고 난연제 등 다양한 응용에 이용되고 있다. 여러 응용 분야에서 대개 낱장으로 박리된 LDH 나노판이 박리하지 않은 LDH보다 성능이 월등히 좋은 결과들을 볼 수 있는데, 이는 박리화를 통해 LDH의 표면을 매우 효율적으로 활용할 수 있기 때문이다. LDH의 금속 양이온은 종류 및 비율을 다양하게 가질 수 있기 때문에 촉매 및 슈퍼캐패시터에서 많은 연구가 진행되었고 여전히 많은 가능성이 열려 있다. 발광소자의 경우 안정성에 문제가 있는 양자점과 같은 발광 재료를 안정화시키는 역할을 한다. 주로 발광 재료를 음전하를 갖게 하여 양전하를 가진 LDH 나노판과 복합체를 형성하게 한다. 고분자에 LDH를 잘 분산시키면 더 높은 온도에서 고분자 복합체가 안정성을 갖게 된다. 이는 LDH 내 수분 및 탄산 음이온으로부터 발생하는 물과 이산화탄소가 고분자의 열적 안정성을 높이는 역할을 하기 때문이다.

본 논문은 앞에서 정리한 바와 같이 LDH에 대한 많은 정보들을 잘 정리하였지만 아쉬운 점도 있다. 먼저 LDH의 단점 및 한계를 충분히 설명해주지 않았다. 예를 들어 LDH를 슈퍼캐패시터로 이용할 경우 초기 용량은 매우 높은 편이지만 전기화학반응에서의 안정성 문제로 용량이 급격히 떨어지는 문제가 있다. LDH의 실질적인 응용을 위해서는 LDH의 기능성이 떨어지는 이유와 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법에 대한 연구가 지속적으로 필요할 것이다. 또한 LDH의 박리 및 전극 소재, 광촉매, 그리고 약물전달 등의 응용에 대한 연구가 국내 연구진에 의해서도 매우 활발히 진행되고 있음에도 불구하고 다른 나라에 비해 국내 연구 결과에 대한 소개가 미흡한 것이 아쉽다. LDH가 기본적으로 값싸고 쉽게 만들 수 있는 재료임에도 불구하고 여러 응용 분야에 이용될 수 있다는 사실을 감안하면, 앞으로 이를 통해 기능성 원천 소재를 개발하고 연구하는 것이 경제적으로 또 학문적으로 중요한 주제가 될 것이다.



References

1. J. Yu, Q. Wang, D. O’Hare and L. Sun Erik De Clercq, Preparation of two dimensional layered double hydroxide nanosheets and their applications, Chem. Soc. Rev., 2017, 46, 5950-5974.

2. G. Fan, F. Li, D. G. Evans and X. Duan, Catalytic applications of layered double hydroxides: recent advances and perspectives, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 7040–7066.

3. R. Ma, Z. Liu, L. Li, N. Iyi and T. Sasaki, Exfoliating layered double hydroxides in formamide: a method to obtain positively charged nanosheets, J. Mater. Chem., 2006, 16, 3809–3813.

4. F. Cavani, F. Trifirò and A. Vaccari, Hydrotalcite-type anionic clays: Preparation, properties and applications, Catal. Today, 1991, 11, 173–301.

5. T. Hibino and H. Ohya, Synthesis of crystalline layered double hydroxides: Precipitation by using urea hydrolysis and subsequent hydrothermal reactions in aqueous solutions, Appl. Clay Sci., 2009, 45, 123–132.

6. W. Hou, L. Kang, R. Sun and Z.-H. Liu, Exfoliation of layered double hydroxides by an electrostatic repulsion in aqueous solution, Colloids Surf., A, 2008, 312, 92–98.

7. M. Adachi-Pagano, C. Forano and J.-P. Besse, Delamination of layered double hydroxides by use of surfactants, Chem. Commun., 2000, 91–92.

8. M. Singh, M. I. Ogden, G. M. Parkinson, C. E. Buckley and J. Connolly, Delamination and re-assembly of surfactant-containing Li/Al layered double hydroxides, J. Mater. Chem., 2004, 14, 871–874.

9. B. R. Venugopal, C. Shivakumara and M. Rajamathi, Effect of various factors influencing the delamination behavior of surfactant intercalated layered double hydroxides, J. Colloid Interface Sci., 2006, 294, 234–239.

10. M. Jobbágy and A. E. Regazzoni, Delamination and restacking of hybrid layered double hydroxides assessed by in situ XRD, J. Colloid Interface Sci., 2004, 275, 345–348.



※ 이 자료의 분석은 Max-Planck-Institute의 임주현님께서 수고해주셨습니다.