초록 ▼

● 본 연구과제는 일반적으로 사용되는 흑연으로부터 화학적 박리법을 통하여 2차원 탄소 구조체인 그래핀을 합성하고, 더불어 화학적 기능화를 통하여 다양한 이종원소들을 가진 유기분자체(amine 화합물, 도파민)를 박리된 그래핀 나노시트의 표면에 도입하였다. 또한, 후처리를 통하여 그래핀의 표면을 정교하게 개질을 하고, 이를 통해 탄소이외의 이종원소로 도핑된 그래핀을 합성한 후, 이를 유기반응 및 전기화학촉매에 응용한 연구이다. (그림 1)
● 탄소로만 구성된 그래핀은 전기적 극성을 띠지 않고 반응성이 매우 낮아서 촉매로 응용이

● 본 연구과제는 일반적으로 사용되는 흑연으로부터 화학적 박리법을 통하여 2차원 탄소 구조체인 그래핀을 합성하고, 더불어 화학적 기능화를 통하여 다양한 이종원소들을 가진 유기분자체(amine 화합물, 도파민)를 박리된 그래핀 나노시트의 표면에 도입하였다. 또한, 후처리를 통하여 그래핀의 표면을 정교하게 개질을 하고, 이를 통해 탄소이외의 이종원소로 도핑된 그래핀을 합성한 후, 이를 유기반응 및 전기화학촉매에 응용한 연구이다. (그림 1)
● 탄소로만 구성된 그래핀은 전기적 극성을 띠지 않고 반응성이 매우 낮아서 촉매로 응용이 어려운 반면에, 이종원소가 도핑된 그래핀은 탄소와 이종원소 간의 차이로 분극현상이 발생하여 보다 효과적으로 에너지변환 반응을 촉진할 수 있다.
● 단순히 이종물질을 그래핀과 섞어서 도핑하는 기존의 방식에서 벗어나, 본 연구에서는 EDC chemistry를 기반으로 박리된 그래핀 표면에 존재하는 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH), 에폭시기(-COC-)등과 같은 산소 기능기들에 화학적 공유 결합을 통해서 이종원소의 함량 및 종류가 정교하게 조절하는 도핑 시스템을 구축하였다. 이러한 선택적 기능화를 통한 이종원소로 도핑된 그래핀의 제조는 각각의 특성뿐만 아니라 서로간의 상호작용을 이해할 수 있는 좋은 기반기술이 될 것으로 보인다. (그림 2)
● X선 광전자 분광법을 통해서 탄소와 결합하고 있는 이종원소의 화학적 구조를 분석함으로써, 이종원소가 그래핀 표면에 도입되는 메커니즘을 규명하고자 하였고, 이에 근거하여 다양한 유기반응 및 전기화학 시스템내에서 도핑된 이종원소들의 특성과 기능성을 고찰하고자 하였다. 이는 다양한 이종원소의 도핑현상에 관한 기초적인 이해를 증가시키며 이를 통해 효과적인 촉매의 개발에 관련한 연구에 기여할 수 있다.
● 이러한 이해에 기초하여, 다양한 유기반응 및 전기화학 반응의 효율을 효과적으로 개선할 수 있는 최적의 도핑 시스템을 구축하였고, 더불어 수용액 기반의 화학적 기능화 시스템은 대량생산을 가능하게함으로써, 탄소소재 기반의 환경친화적인 에너지소재로서 그 수요가 기대된다.