초록 ▼

• 최근 나노과학 분야에서는 그래핀을 포함하는 2차원 구조의 나노재료가 많은 관심을 받고 있음. 그 이유는 2차원 구조의 나노재료는 기존의 다공성 재료에 맞먹는 높은 표면적을 가지고 있으며 유연한 2차원 구조와 다양한 표면반응 활성화 가능성 등을 가지고 있기 때문임. 특히, 2차원 구조의 nanosheet는 층상구조 물질을 용액에서 박리하여 제조할 수 있으며, 이들은 벌크재료와 비교하여 향상된 표면적과 새로운 물리화학적 성질을 가지는 것으로 알려져 있음. 최근 LDH 구조의 층상물질에서 얻어낸 nanosheet는 지속가능한 촉매작용

• 최근 나노과학 분야에서는 그래핀을 포함하는 2차원 구조의 나노재료가 많은 관심을 받고 있음. 그 이유는 2차원 구조의 나노재료는 기존의 다공성 재료에 맞먹는 높은 표면적을 가지고 있으며 유연한 2차원 구조와 다양한 표면반응 활성화 가능성 등을 가지고 있기 때문임. 특히, 2차원 구조의 nanosheet는 층상구조 물질을 용액에서 박리하여 제조할 수 있으며, 이들은 벌크재료와 비교하여 향상된 표면적과 새로운 물리화학적 성질을 가지는 것으로 알려져 있음. 최근 LDH 구조의 층상물질에서 얻어낸 nanosheet는 지속가능한 촉매작용 및 다 기능성의 하이브리드 소재개발, 고효율의 전기화학촉매 분야 등에 새롭게 제시되고 있는 나노소재임.

• 본 연구에서는 벌크 코발트 수산화물과 비교하여 이들의 박리된 nanosheet (Ex-Co(OH)₂)는 기본적으로 활성의 OH 표면을 가지고 있으며, 특히 코발트의 낮은 산화환원 퍼텐셜이 나타남을 확인하였음. 연구팀은 Ex-Co(OH)₂의 이러한 특성을 이용하여 Co²⁺ 이온이 염기조건과 낮은 온도에서 약 10 nm크기의 Co₃O₄ 나노큐브가 생성될 수 있다는 새로운 연구결과를 도출하였음. (그림의 A~F) 특히 이 과정에서 Ex-Co(OH)₂의 Co²⁺는 벌크 Co(OH)₂보다 낮은 산화 퍼텐셜로 인하여 염기조건에서 산화된 형태의 Ex-Co(OH)₂를 유지하며, 용액에 새로운 Co²⁺이온을 공급하면 수화된 Co²⁺는 Co³⁺로 산화되고 염기에 의한 산화물 형성이 촉진됨을 확인하였으며, 특히 이러한 산화물 생성반응은 Ex-Co(OH)₂ 표면에서 진행되어 새로운 topochemical 반응경로를 제시하였음. 생성된 Co₃O₄ 나노큐브는 균일한 크기를 가지며 수용액에서 매우 안정한 콜로이드를 형성하고, 유기안정제 등이 사용되지 않아서 추가의 열분해과정을 거치지 않고 카본전극에 직접적인 로딩이 가능함. 본 연구는 topochemical 방법에 의해 생성된 Co₃O₄ 나노큐브를 전기화학적 산소환원반응의 촉매로 활용하였고, 백금 촉매보다는 높은 overpotential을 나타내지만 백금 촉매에 근접하는 전류를 생성함을 관찰하였음. 특히, 백금 촉매보다 전기화학적 안정성이 우수함을 확인하였음. (그림 G~H)

• 본 연구에서 제시한 topochemical 방법은 앞으로 유기안정제와 열분해를 사용하지 않고 다양한 전이금속 산화물 나노입자를 합성할 수 있는 새로운 대안이 될 것을 기대함. 본 연구의 결과물은 European Journal of Inorganic Chemistry 2017, (15), 2184-2189에 Very Important Paper로 선정되어 게제 되었음.

( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 3p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 8