KR101355125B1 - Preparation of carbon coated nano-metal particles having pores and carbon coated nano-metal particles having pores prepared thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자에 관한 것으로, 구체적으로 탄소를 포함하는 용매에 금속전구체를 용해하여 금속전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 금속전구체 용액에 초음파를 조사하여 탄소를 포함하는 금속나노입자를 제조하는 단계(단계 2); 상기 단계 2의 초음파가 조사된 금속전구체 용액으로부터 탄소를 포함하는 금속나노입자를 석출하고 건조하는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3의 탄소를 포함하는 금속나노입자를 800 - 1200 ℃에서 열처리하는 단계(단계 4)를 포함하는 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제공한다. 본 발명에 따른 제조방법은 금속나노입자 표면을 탄소로 균일하게 코팅시킬 수 있을 뿐만 아니라 탄소막에 기공을 형성시킬 수 있어, 이온의 출입이 자유로운 탄소가 코팅된 금속나노입자를 대량으로 제조할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a method of manufacturing carbon nano-coated metal nanoparticles and to carbon-coated metal nanoparticles having pores produced by the present invention, specifically, a metal precursor by dissolving a metal precursor in a solvent containing carbon. Preparing a solution (step 1); Preparing metal nanoparticles containing carbon by irradiating ultrasonic waves to the metal precursor solution of step 1 (step 2); Depositing and drying the metal nanoparticles containing carbon from the metal precursor solution irradiated with the ultrasonic wave of step 2 (step 3); And a method of preparing carbon-coated metal nanoparticles having pores, including the step of heat-treating the metal nanoparticles including carbon of step 3 at 800-1200 ° C. (step 4) and carbon having pores produced by the same. To provide a coated metal nanoparticles. The manufacturing method according to the present invention can not only uniformly coat the surface of the metal nanoparticles with carbon, but also form pores in the carbon film, and can produce a large amount of carbon nano-coated metal nanoparticles free of ions to enter and exit. There is an advantage.
Description
본 발명은 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for preparing carbon-coated metal nanoparticles having pores, and to carbon-coated metal nanoparticles having pores prepared thereby.
금속나노입자는 고밀도 자료저장 매체, 리튬이차전지, 자기공명영상, 생화학, 온열치료, 약물전달물질 등으로 이용될 수 있는 가능성이 높아 이를 활용하기 위한 연구들이 많이 진행되고 있다.
Metal nanoparticles have high possibility of being used as high-density data storage media, lithium secondary batteries, magnetic resonance imaging, biochemistry, thermotherapy, drug delivery materials, etc.
그러나, 금속나노입자는 표면에너지가 커서 활성이 매우 높아, 대기중에 노출되면 급격히 산화되어 취급 안전성 및 보관 용이성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 금속나노입자의 응용성을 향상시키기 위해서는 금속나노입자의 열적안정성 및 화학적안정성을 확보하는 방법과 더불어 균일한 크기의 금속나노입자를 제조하는 방법에 대한 연구가 필요하다.
However, metal nanoparticles have a high surface energy and have a very high activity. When exposed to the air, metal nanoparticles are rapidly oxidized and thus have a problem in that they are inferior in handling safety and easy storage. Therefore, in order to improve the applicability of the metal nanoparticles, it is necessary to study a method of manufacturing metal nanoparticles of uniform size as well as a method of securing thermal and chemical stability of the metal nanoparticles.
한편, 상기에서 언급한 문제의 대안으로서 금속나노입자의 표면을 탄소를 포함하는 물질로 코팅시키는 방법이 연구되고 있다.
Meanwhile, as an alternative to the above-mentioned problem, a method of coating the surface of metal nanoparticles with a material containing carbon has been studied.
탄소가 코팅된 금속나노입자를 제조하는 방법으로는 탄소 또는 텅스텐 아크 방전법(arc-discharge), 촉매화학기상증착법(catalytic chemical vapor deposition), 레이저 어블레이션법(laser ablation), 마그네트론 스퍼터링 법, 전자빔 조사법(electron irradiation) 등을 이용하였다. 그러나, 상기 방법들은 고가의 장비를 사용하고, 높은 공정 온도로 인하여 제조단가가 매우 높다는 단점이 있다. 따라서, 상기 방법으로는 탄소가 코팅된 금속나노입자를 대량으로 생산하기 어려우며 나아가, 입자의 크기를 조절하기 매우 어려운 단점이 있다.
Carbon-coated metal nanoparticles can be prepared by carbon or tungsten arc discharge, catalytic chemical vapor deposition, laser ablation, magnetron sputtering, or electron beam. An irradiation method or the like was used. However, these methods use expensive equipment and have a disadvantage in that manufacturing costs are very high due to high process temperatures. Therefore, the method is difficult to produce a large amount of carbon-coated metal nanoparticles, furthermore, there is a disadvantage that it is very difficult to control the size of the particles.
예를 들면, Rodney S. Ruof 등은 아크 방전법을 이용하여 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제조하였다(비특허문헌 1). 그러나, 상기 방법을 이용하여 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제조하는 경우에는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 수율이 매우 낮아 상용화시키기 어려운 문제가 있다.
For example, Rodney S. Ruof et al. Produced metal nanoparticles coated with carbon using the arc discharge method (Non-Patent Document 1). However, in the case of manufacturing the carbon nano-coated metal nanoparticles using the above method, there is a problem in that the yield of the carbon nano-coated metal nanoparticles is very low, making it difficult to commercialize.
또한, B. H. Liu 등은 촉매화학기상증착법을 이용하여 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제조하였다(비특허문헌 2). 그러나, 상기 방법을 이용하여 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제조하는 경우에는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 수율이 매우 낮을 뿐만 아니라 제조과정시 사용된 촉매제들을 분리시키기 어려운 문제가 있다.
In addition, BH Liu et al. Prepared metal nanoparticles coated with carbon using catalytic chemical vapor deposition (Non-Patent Document 2). However, in the case of manufacturing the carbon-coated metal nanoparticles using the above method, the yield of the carbon-coated metal nanoparticles is not only very low, but also difficult to separate the catalysts used in the manufacturing process.
나아가, 대한민국등록특허 제10-0984414호(등록일:2010.09.20)는 금속와이어를 사용한 전기폭발법을 이용하여 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제조하는 방법을 개시하고 있다(특허문헌 1). 그러나, 상기 방법을 이용하여 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제조하는 경우에는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조단가가 높고, 입자의 크기가 균일하지 않은 문제가 있다.
Furthermore, Korean Patent Registration No. 10-0984414 (Registration Date: 2010.09.20) discloses a method of manufacturing carbon nanoparticles coated with carbon using an electroexplosion method using metal wires (Patent Document 1). However, in the case of manufacturing carbon-coated metal nanoparticles using the above method, there is a problem in that the manufacturing cost of carbon-coated metal nanoparticles is high and the size of the particles is not uniform.
이에, 본 발명자들은 균일한 입자 크기를 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자를 대량생산하는 방법을 연구하던 중, 금속전구체 용액에 초음파를 조사하여 금속나노입자를 제조하고, 상기 금속나노입자를 특정 온도범위에서 열처리하는 방법은 금속나노입자 표면을 탄소로 코팅시킴과 동시에 탄소막에 기공을 형성시킬 수 있고, 이온의 출입이 자유로운 탄소가 코팅된 금속나노입자를 대량으로 제조할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
Thus, the inventors of the present invention while studying a method for mass production of carbon-coated metal nanoparticles having a uniform particle size, to produce a metal nanoparticles by irradiating ultrasonic solution to the metal precursor solution, and the metal nanoparticles to a specific temperature The method of heat treatment in the range can be coated with carbon on the surface of the metal nanoparticles and at the same time to form pores in the carbon film, and find out that a large amount of carbon nano-coated metal nanoparticles can be produced freely ions out of the present invention Was completed.
본 발명의 목적은 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a method for producing carbon-coated metal nanoparticles.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 제조방법으로 제조되는 100 - 1000 ㎚의 크기를 갖고, 탄소막에 기공이 형성된 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide metal nanoparticles coated with carbon having a size of 100-1000 nm and pores formed in the carbon film.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 탄소가 코팅된 금속나노입자를 이용한 자료저장 매체, 생화학, 진단시약, 자기공명영상, 온열치료, 약물전달체 또는 연료전지를 제공하는 데 있다.
Still another object of the present invention is to provide a data storage medium, biochemistry, diagnostic reagent, magnetic resonance imaging, thermotherapy, drug carrier or fuel cell using the metal nanoparticles coated with carbon.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,In order to solve the above problems,
탄소를 포함하는 용매에 금속전구체를 용해하여 금속전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1);Preparing a metal precursor solution by dissolving the metal precursor in a solvent containing carbon (step 1);
상기 단계 1의 금속전구체 용액에 초음파를 조사하여 탄소를 포함하는 금속나노입자를 제조하는 단계(단계 2);Preparing metal nanoparticles containing carbon by irradiating ultrasonic waves to the metal precursor solution of step 1 (step 2);
상기 단계 2의 초음파가 조사된 금속전구체 용액으로부터 탄소를 포함하는 금속나노입자를 석출하고 건조하는 단계(단계 3); 및Depositing and drying the metal nanoparticles containing carbon from the metal precursor solution irradiated with the ultrasonic wave of step 2 (step 3); And
상기 단계 3의 탄소를 포함하는 금속나노입자를 800 - 1200 ℃에서 열처리하는 단계(단계 4)를 포함하는 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법을 제공한다.
It provides a method for producing carbon-coated metal nanoparticles having pores comprising the step (step 4) of heat-treating the metal nanoparticles containing carbon of
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되는 100 - 1000 ㎚의 크기를 갖고, 탄소막에 기공이 형성된 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제공한다.
In another aspect, the present invention provides a metal nano-particles having a size of 100-1000 nm prepared by the above method, the carbon is coated with pores formed in the carbon film.
나아가, 본 발명은 상기 탄소가 코팅된 금속나노입자를 이용한 자료저장 매체, 생화학, 진단시약, 자기공명영상, 온열치료, 약물전달체 또는 연료전지를 제공한다.
Furthermore, the present invention provides a data storage medium, biochemistry, diagnostic reagent, magnetic resonance imaging, thermal therapy, drug carrier or fuel cell using the carbon nano-coated metal nanoparticles.
본 발명에 따른 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법은 탄소를 포함하는 용매와 금속전구체를 혼합한 용액에 초음파를 조사한 후, 800 - 1200 ℃로 열처리 시킴으로써 금속나노입자 표면을 탄소로 균일하게 코팅시킬 수 있을 뿐만 아니라 탄소막에 기공을 형성시킬 수 있고, 이온의 출입이 자유로운 탄소가 코팅된 금속나노입자를 대량으로 제조할 수 있는 장점이 있다.
In the method of manufacturing carbon-coated metal nanoparticles according to the present invention, after ultrasonically irradiating a solution containing a carbon-containing solvent and a metal precursor, the surface of the metal nanoparticles is uniformly coated with carbon by heat treatment at 800-1200 ° C. Not only can it be formed, it can form pores in the carbon film, there is an advantage in that a large amount of carbon nano-coated metal nanoparticles can be manufactured freely.
도 1은 본 발명에 따른 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법을 간단히 나타낸 모식도이다.
도 2는 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 X선 회절 분석기를 이용하여 분석한 결과이다.
도 3은 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 에너지 분산형 분광기를 이용하여 분석한 결과이다.
도 4는 실시예 1, 실시예 3 - 4 및 비교예 1 - 5에서 제조된 탄소가 코팅된 구리나노입자를 X선 회절 분석기를 이용하여 분석한 결과이다.
도 5는 비교예 7 및 비교예 8에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자와 비교예 10에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 X선 회절 분석기를 이용하여 분석한 결과이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자를 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 7은 비교예 2에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 8은 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 주사전자현미경을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자를 투과전자현미경을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 10은 비교예 2에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 투과전자현미경을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 11은 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 투과전자현미경을 이용하여 촬영한 사진이다.1 is a schematic diagram showing a method for preparing carbon-coated metal nanoparticles having pores according to the present invention.
2 is a result of analyzing the metal nanoparticles containing carbon prepared in Comparative Example 9 using an X-ray diffraction analyzer.
3 is a result of analyzing the metal nanoparticles containing carbon prepared in Comparative Example 9 using an energy dispersive spectrometer.
4 is a result of analyzing the carbon-coated copper nanoparticles prepared in Example 1, Examples 3-4 and Comparative Examples 1-5 using an X-ray diffraction analyzer.
5 is a result of analyzing the metal nanoparticles containing carbon prepared in Comparative Example 7 and Comparative Example 8 and the metal nanoparticles containing carbon prepared in Comparative Example 10 using an X-ray diffraction analyzer.
6 is a photograph taken using a scanning electron microscope of the metal-coated metal nanoparticles prepared in Example 1 according to the present invention.
7 is a photograph taken of the metal nanoparticles containing carbon prepared in Comparative Example 2 using a scanning electron microscope.
FIG. 8 is a photograph of a metal nanoparticle including carbon prepared in Comparative Example 9 using a scanning electron microscope.
9 is a photograph taken using a transmission electron microscope of the metal-coated metal nanoparticles prepared in Example 1 according to the present invention.
FIG. 10 is a photograph of a metal nanoparticle including carbon prepared in Comparative Example 2 using a transmission electron microscope.
FIG. 11 is a photograph taken of a metal nanoparticle including carbon prepared in Comparative Example 9 using a transmission electron microscope.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명은,As shown in Fig. 1,
탄소를 포함하는 용매에 금속전구체를 용해하여 금속전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1);Preparing a metal precursor solution by dissolving the metal precursor in a solvent containing carbon (step 1);
상기 단계 1의 금속전구체 용액에 초음파를 조사하여 탄소를 포함하는 금속나노입자를 제조하는 단계(단계 2);Preparing metal nanoparticles containing carbon by irradiating ultrasonic waves to the metal precursor solution of step 1 (step 2);
상기 단계 2의 초음파가 조사된 금속전구체 용액으로부터 탄소를 포함하는 금속나노입자를 석출하고 건조하는 단계(단계 3); 및Depositing and drying the metal nanoparticles containing carbon from the metal precursor solution irradiated with the ultrasonic wave of step 2 (step 3); And
상기 단계 3의 탄소를 포함하는 금속나노입자를 800 - 1200 ℃에서 열처리하는 단계(단계 4)를 포함하는 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법을 제공한다.
It provides a method for producing carbon-coated metal nanoparticles having pores comprising the step (step 4) of heat-treating the metal nanoparticles containing carbon of
이하, 본 발명의 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing carbon-coated metal nanoparticles having pores of the present invention will be described in detail for each step.
본 발명에 있어서, 상기 단계 1은 탄소를 포함하는 용매에 금속전구체를 용해하여 금속전구체 용액을 제조하는 단계이다.
In the present invention,
상기 금속전구체 용액을 제조하는 과정에서 사용되는 탄소를 포함하는 용매로는 에테르계 용매, 탄화수소계 용매, 알콜계 용매 등을 단독으로 사용할 수 있다.As a solvent containing carbon used in the process of preparing the metal precursor solution, an ether solvent, a hydrocarbon solvent, an alcohol solvent, or the like may be used alone.
이때, 탄소를 포함하는 용매로서 에테르계 용매를 사용하는 경우에는 C6 - C25 에테르를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 에테르계 용매로는 옥틸에테르, 부틸에테르, 헥실에테르, 벤질에테르, 페닐에테르, 데실에테르 등을 단독으로 또는 이를 혼합하여 사용할 수 있다.In this case, when an ether solvent is used as the solvent containing carbon, C 6 -C 25 ether may be used. For example, as the ether solvent, octyl ether, butyl ether, hexyl ether, benzyl ether, phenyl ether, decyl ether, etc. may be used alone or in combination thereof.
또한, 탄소를 포함하는 용매로서 탄화수소계 용매를 사용하는 경우에는 헥산, 톨루엔, 크실렌, 클로로벤조익산, 벤젠, 헥사데신, 테트라데신, 옥타데신 등을 단독으로 또는 이를 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, when a hydrocarbon solvent is used as the solvent containing carbon, hexane, toluene, xylene, chlorobenzoic acid, benzene, hexadecine, tetradecine, octadecine, or the like may be used alone or in combination thereof.
나아가, 탄소를 포함하는 용매로서 알콜계 용매를 사용하는 경우에는 옥틸알콜, 데카놀, 헥사데카놀, 에틸렌글리콜, 1,2-옥테인디올, 1,2-도데케인디올, 1,2-헥사데케인디올 등을 단독으로 또는 이를 혼합하여 사용할 수 있다.
Furthermore, when using an alcohol solvent as a solvent containing carbon, octyl alcohol, decanol, hexadecanol, ethylene glycol, 1,2-octanediol, 1,2-dodecanediol, 1,2-hexa Decanediol etc. can be used individually or in mixture of these.
본 발명에 있어서, 상기 탄소를 포함하는 용매는 금속전구체 용액을 제조하기 위한 용매로서의 역할을 수행할 뿐만 아니라, 금속나노입자의 표면에 코팅되는 탄소의 원료물질을 제공하는 역할을 수행한다. 따라서, 본 발명은 탄소를 포함하는 용매를 사용함으로써, 금속나노입자의 표면을 탄소로 코팅시키기 위하여 용매에 탄소질 재료를 별도로 첨가할 필요가 없는 장점이 있다. 또한, 상기 용매의 농도를 조절함으로써 금속나노입자의 표면에 코팅되는 탄소막의 두께를 조절할 수 있다.
In the present invention, the solvent containing carbon not only serves as a solvent for preparing a metal precursor solution, but also serves to provide a raw material of carbon coated on the surface of the metal nanoparticles. Therefore, the present invention has the advantage that it is not necessary to add a carbonaceous material to the solvent in order to coat the surface of the metal nanoparticles with carbon by using a solvent containing carbon. In addition, the thickness of the carbon film coated on the surface of the metal nanoparticles can be adjusted by adjusting the concentration of the solvent.
상기 금속전구체 용액을 제조하는 과정에서 사용되는 금속전구체로는 금속염, 금속산화물, 금속간화합물 등을 단독으로 또는 이를 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속염, 금속산화물 및 금속간화합물로 가격이 저렴하고 무독성인 것을 사용함으로써 탄소가 코팅된 금속나노입자를 안전하게 대량으로 합성할 수 있다.As the metal precursor used in the process of preparing the metal precursor solution, a metal salt, a metal oxide, an intermetallic compound, or the like may be used alone or in combination thereof. In addition, it is possible to safely synthesize a large amount of carbon-coated metal nanoparticles by using inexpensive and non-toxic as the metal salt, metal oxide and intermetallic compound.
예를 들면, 상기 금속전구체로서 금속염을 사용하는 경우에는 금속염의 염으로서 질산염, 탄산염, 염화염, 인산염, 붕산염, 산화염, 술폰산염, 황산염, 스테아린산염, 아세틸아세토네이트, 미리스틴산염, 초산염, 이들의 수화물 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
For example, in the case of using a metal salt as the metal precursor, nitrates, carbonates, chlorides, phosphates, borates, oxides, sulfonates, sulfates, stearates, acetylacetonates, myristic acid salts, acetates, as salts of the metal salts, Hydrates thereof, mixtures thereof, and the like.
상기 금속전구체의 금속으로는 2족 금속, 13족 금속, 14족 금속, 전이 금속, 란탄족 금속 등을 단독으로 또는 이를 혼합하여 사용할 수 있다.
As the metal of the metal precursor,
예를 들면, 금속전구체의 금속으로는 구리, 주석, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 아연, 갈륨, 게르마늄, 이트륨, 지르코늄, 몰리브데늄, 루테늄, 은, 카드뮴, 인듐, 백금, 금, 납, 란타늄, 세륨, 프로세오디뮴, 네오디움, 사마륨, 유로피움, 가돌리움, 터븀, 디스프로슘, 이터븀, 루테슘 등을 단독으로 또는 이를 혼합하여 사용할 수 있다.
For example, metals of the metal precursors include copper, tin, magnesium, calcium, strontium, barium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc, gallium, germanium, yttrium, zirconium, molybdenum, Ruthenium, silver, cadmium, indium, platinum, gold, lead, lanthanum, cerium, proseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolium, terbium, dysprosium, ytterbium, ruthenium, etc. alone or in combination Can be used.
다음으로, 상기 단계 2는 상기 단계 1의 금속전구체 용액에 초음파를 조사하여 탄소를 포함하는 금속나노입자를 제조하는 단계이다.
Next,
본 발명에 있어서, 상기 초음파는 2 - 200 ㎑의 강도로 5분 - 1시간 동안 조사하는 것이 바람직하며, 동일한 강도로 10분 - 30분 동안 조사하는 것이 더욱 바람직하다.In the present invention, the ultrasonic wave is preferably irradiated for 5 minutes to 1 hour at an intensity of 2-200 Hz, and more preferably for 10 minutes to 30 minutes at the same intensity.
이때, 초음파의 강도가 2 ㎑ 미만일 경우에는 초음파의 강도가 낮아 금속나노입자가 형성되지 않으며, 용매가 분해되지 않아 금속나노입자 표면에 탄소를 코팅하기 어려운 문제가 있다. 또한, 초음파의 강도가 200 ㎑ 초과할 경우에는 용매가 과도하게 분해되어 금속나노입자의 표면에 코팅된 탄소막의 두께를 조절하기 어려운 문제가 있다.At this time, when the intensity of the ultrasonic wave is less than 2 kHz, the intensity of the ultrasonic wave is not low, the metal nanoparticles are not formed, and the solvent is not decomposed, so that it is difficult to coat carbon on the surface of the metal nanoparticles. In addition, when the intensity of the ultrasonic wave exceeds 200 kHz, the solvent is excessively decomposed, which makes it difficult to control the thickness of the carbon film coated on the surface of the metal nanoparticles.
또한, 금속전구체 용액에 초음파를 2 - 200 ㎑의 강도로 5분 미만으로 조사하는 경우에는 금속나노입자를 형성시키기 어려운 문제가 있다. 또한, 금속전구체 용액에 초음파를 2 - 200 ㎑의 강도로 1시간을 초과하여 조사하는 경우에는 용매가 과도하게 분해되어 금속나노입자의 표면에 탄소막을 형성시키기 어려운 문제가 있다.
In addition, when irradiating the metal precursor solution with ultrasonic waves at an intensity of 2-200 kHz for less than 5 minutes, there is a problem that it is difficult to form metal nanoparticles. In addition, when irradiating the metal precursor solution with ultrasonic waves at an intensity of 2-200 Pa for more than 1 hour, there is a problem that the solvent is excessively decomposed to form a carbon film on the surface of the metal nanoparticles.
본 발명에 있어서, 상기 금속전구체 용액에 초음파를 조사시킴으로써 용매를 분해시켜 탄소이온이 혼재된 금속나노입자를 형성시킬 수 있다. 이때, 상기 금속나노입자는 산화물계 금속나노입자일 수 있다. 또한, 상기 초음파 조사시간을 조절함으로써 금속나노입자의 크기를 조절할 수 있다.
In the present invention, by irradiating the metal precursor solution with ultrasonic waves, the solvent may be decomposed to form metal nanoparticles in which carbon ions are mixed. In this case, the metal nanoparticles may be oxide-based metal nanoparticles. In addition, the size of the metal nanoparticles can be controlled by adjusting the ultrasonic irradiation time.
다음으로, 상기 단계 3은 상기 단계 2의 초음파가 조사된 금속전구체 용액으로부터 탄소를 포함하는 금속나노입자를 석출하고 건조하는 단계이다.
Next,
이때, 탄소를 포함하는 금속나노입자를 석출시키는 방법으로는 상기 초음파가 조사된 금속전구체 용액에 과량의 에탄올을 첨가한 후, 원심분리를 통해 탄소를 포함하는 금속나노입자를 얻을 수 있다.
In this case, as a method of depositing metal nanoparticles containing carbon, an excess of ethanol may be added to the ultrasonic precursor-illuminated metal precursor solution, and then metal nanoparticles containing carbon may be obtained through centrifugation.
상기 탄소를 포함하는 금속나노입자의 건조는 50 - 80 ℃에서 3 시간 - 12 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 건조를 통해 탄소를 포함하는 금속나노입자에 포함된 잔여물들을 제거할 수 있다.
Drying of the metal nanoparticles including the carbon may be performed at 50 to 80 ° C. for 3 hours to 12 hours. The drying may remove residues contained in the metal nanoparticles including carbon.
다음으로, 상기 단계 4는 상기 단계 3의 탄소를 포함하는 금속나노입자를 800 - 1200 ℃에서 열처리하는 단계이다.
Next,
이때, 상기 열처리가 800 ℃ 미만에서 수행되는 경우에는 금속나노입자 표면에 탄소막이 형성되지 않거나 코팅된 탄소막에 기공이 형성되지 않는 문제가 있다. 또한, 상기 열처리가 1200 ℃를 초과하여 수행되는 경우에는 탄소막의 과도한 성장으로 인해 입자들이 뭉치는 문제가 있다. 또한, 상기 열처리는 상기 온도범위에서 3시간 - 12시간 동안 수행할 수 있다.
At this time, when the heat treatment is performed at less than 800 ℃ there is a problem that the carbon film is not formed on the surface of the metal nanoparticles or the pores are not formed in the coated carbon film. In addition, when the heat treatment is performed in excess of 1200 ℃ there is a problem that the particles are agglomerated due to excessive growth of the carbon film. In addition, the heat treatment may be performed for 3 hours to 12 hours in the temperature range.
또한, 상기 열처리는 아르곤가스, 질소가스, 산소가스, 수소가스 분위기 하에서 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 분위기가스는 사용되는 원료물질에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
In addition, the heat treatment is preferably carried out under argon gas, nitrogen gas, oxygen gas, hydrogen gas atmosphere. At this time, the atmosphere gas may be appropriately selected and used according to the raw material used.
상기 열처리 온도로 승온시키는 과정에서 금속나노입자의 결정성이 향상되고, 금속나노입자 내에 혼재되어 있던 탄소의 일부분이 환원반응을 일으켜 금속산화물 형태의 금속나노입자를 금속으로 변화시킨다. 또한, 그 외 나머지 탄소는 금속나노입자의 표면으로 확산되어 금속나노입자의 표면에서 성장하여 탄소막을 형성한다.In the process of raising the temperature to the heat treatment temperature, the crystallinity of the metal nanoparticles is improved, and a portion of the carbon mixed in the metal nanoparticles causes a reduction reaction to change the metal nanoparticles in the form of metal oxides into metals. In addition, the remaining carbon diffuses to the surface of the metal nanoparticles and grows on the surface of the metal nanoparticles to form a carbon film.
상기 열처리 온도가 800 - 1200 ℃로 도달하게 되면 탄소막의 표면에 기공이 형성된다. 구체적으로, 상기 열처리를 통해 탄소막으로부터 일산화탄소 또는 이산화탄소가 방출되면서 탄소막에 기공이 형성된다. 이로부터 형성된 탄소막의 기공은 이온이 자유롭게 이동할 수 있는 통로의 역할을 할 수 있다.
When the heat treatment temperature reaches 800-1200 ° C, pores are formed on the surface of the carbon film. Specifically, pores are formed in the carbon film while carbon monoxide or carbon dioxide is released from the carbon film through the heat treatment. The pores of the carbon film formed therefrom may serve as a passage through which ions can move freely.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 100 ㎚ - 1000 ㎚의 크기를 갖고, 탄소막에 기공이 형성된 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제공한다.
In addition, the present invention provides a metal nano-particles having a size of 100 nm-1000 nm prepared by the above method, the carbon is coated with pores formed in the carbon film.
상기 탄소가 코팅된 금속나노입자는 열적 및 화학적 안정성이 우수할 뿐만 아니라 탄소막에 기공이 형성되어 다양한 용도로의 활용을 기대할 수 있다.
The carbon-coated metal nanoparticles are excellent in thermal and chemical stability as well as pores are formed in the carbon film can be expected to be utilized in various applications.
또한, 본 발명은 상기 탄소가 코팅된 금속나노입자를 이용한 자료저장 매체, 생화학, 진단시약, 자기공명영상, 온열치료, 약물전달체 또는 연료전지를 제공한다.
The present invention also provides a data storage medium, biochemistry, diagnostic reagents, magnetic resonance imaging, thermal therapy, drug carriers or fuel cells using the carbon-coated metal nanoparticles.
본 발명에 따른 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자는 탄소막에 생리활성물질과 결합할 수 있는 화학적 기능기를 결합시키거나, 표면을 개질하여 생화학, 진단시약, 자기공명영상, 온열치료, 약물전달체 또는 연료전지로 이용될 수 있다.
Carbon nano-coated metal nanoparticles according to the present invention is combined with a chemical functional group that can be combined with a bioactive material on the carbon film, or by modifying the surface biochemistry, diagnostic reagents, magnetic resonance imaging, thermotherapy, drug delivery system Or it can be used as a fuel cell.
이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.
<실시예 1> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 1Example 1 Preparation of Metallic Nanoparticles Coated with
단계 1. 금속전구체 용액의 제조
옥틸에테르 10 ㎖(옥틸에테르:0.03 mol)가 들어있는 플라스크에 구리 아세틸아세토네이트 0.5 mmol를 투입하고, 교반하여 금속전구체 용액을 제조하였다.
0.5 mmol of copper acetylacetonate was added to a flask containing 10 ml of octyl ether (octyl ether: 0.03 mol), followed by stirring to prepare a metal precursor solution.
단계 2. 탄소를 포함하는 금속나노입자의 제조
상기 단계 1에서 제조된 금속전구체 용액에 초음파 조사기를 이용하여 5 - 20 ㎑의 강도로 30분간 초음파를 조사하여 탄소를 포함하는 산화구리나노입자를 제조하였다.The copper precursor solution prepared in
초음파를 조사하기 전에 금속전구체 용액의 색깔을 주황색이였고, 초음파를 조사함에 따라 남색, 진녹색, 흑갈색 순으로 변화하여 산화구리 금속나노입자가 제조된 것을 확인할 수 있었다.
Before the ultrasonic irradiation, the color of the metal precursor solution was orange, and as the ultrasonic irradiation changed the order of navy blue, dark green and dark brown, it was confirmed that the copper oxide metal nanoparticles were prepared.
단계 3. 탄소를 포함하는 금속나노입자를 회수하는 단계
상기 단계 2의 용액에 과량의 에탄올을 첨가하여 탄소를 포함하는 산화구리 나노입자를 침전시킨 후, 이를 원심분리시켜 침전물을 회수하였다. 이때, 원심분리는 최소 3회 이상 반복하였다. 상기 침전물을 50 - 80 ℃ 에서 3 - 12 시간 동안 건조하여 탄소를 포함하는 산화구리 나노입자를 회수하였다.
Excess ethanol was added to the solution of
단계 4. 탄소가 코팅된 금속나노입자를 제조하는 단계
아르곤 분위기 하에서 상기 단계 3의 탄소를 포함하는 산화구리나노입자를 800 ℃에서 3시간 동안 열처리하여 탄소가 코팅된 구리나노입자를 제조하였다.
Copper oxide nanoparticles containing the carbon of
<실시예 2> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 2Example 2 Preparation of Carbon Nano-Coated
실시예 1 중 상기 단계 1에서 금속전구체로 주석 아세틸아세토네이트를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 주석나노입자를 제조하였다.
Tin nanoparticles were coated with carbon in the same manner as in Example 1, except that tin acetylacetonate was used as the metal precursor in
<실시예 3> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 3<Example 3> Preparation of carbon-coated
실시예 1 중 상기 단계 4의 열처리를 900 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 구리나노입자를 제조하였다.
Copper nanoparticles coated with carbon were prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment of
<실시예 4> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 4<Example 4> Preparation of carbon-coated
실시예 1 중 상기 단계 4의 열처리를 1000 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 구리나노입자를 제조하였다.
Copper nanoparticles coated with carbon were prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment of
<비교예 1> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 5Comparative Example 1 Preparation of Carbon-Coated
실시예 1 중 상기 단계 4의 열처리를 300 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 구리나노입자를 제조하였다.
Copper nanoparticles coated with carbon were prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment of
<비교예 2> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 6Comparative Example 2 Preparation of Carbon-Coated
실시예 1 중 상기 단계 4의 열처리를 400 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 구리나노입자를 제조하였다.
Copper nanoparticles coated with carbon were prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment of
<비교예 3> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 7Comparative Example 3 Preparation of Carbon-Coated
실시예 1 중 상기 단계 4의 열처리를 500 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 구리나노입자를 제조하였다.
Copper nanoparticles coated with carbon were prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment of
<비교예 4> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 8Comparative Example 4 Preparation of Carbon-Coated
실시예 1 중 상기 단계 4의 열처리를 600 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 구리나노입자를 제조하였다.
Copper nanoparticles coated with carbon were prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment of
<비교예 5> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 9Comparative Example 5 Fabrication of Carbon-Coated Metal Nanoparticles 9
실시예 1 중 상기 단계 4의 열처리를 700 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 구리나노입자를 제조하였다.
Except that the heat treatment of
<비교예 6> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 10Comparative Example 6 Preparation of Carbon-Coated
실시예 1 중 상기 단계 1에서 금속전구체로 주석 아세틸아세토네이트를 사용하고, 상기 단계 4의 열처리를 400 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 주석나노입자를 제조하였다.
Tin nanoparticles coated with carbon in the same manner as in Example 1, except that tin acetylacetonate was used as the metal precursor in
<비교예 7> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 11Comparative Example 7 Preparation of Carbon-Coated Metal Nanoparticles 11
실시예 1 중 상기 단계 1에서 금속전구체로 주석 아세틸아세토네이트를 사용하고, 상기 단계 4의 열처리를 500 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 주석나노입자를 제조하였다.
Tin nanoparticles coated with carbon in the same manner as in Example 1, except that tin acetylacetonate was used as the metal precursor in
<비교예 8> 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조 12Comparative Example 8 Preparation of Carbon-Coated
실시예 1 중 상기 단계 1에서 금속전구체로 주석 아세틸아세토네이트를 사용하고, 상기 단계 4의 열처리를 700 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소가 코팅된 주석나노입자를 제조하였다.
Tin nanoparticles coated with carbon in the same manner as in Example 1 except that tin acetylacetonate was used as the metal precursor in
<비교예 9> 탄소를 포함하는 금속나노입자의 제조 1Comparative Example 9 Preparation of Metallic
실시예 1 중 상기 단계 4를 수행하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소를 포함하는 산화구리나노입자를 제조하였다.
Copper oxide nanoparticles containing carbon were prepared in the same manner as in Example 1, except that
<비교예 10> 탄소를 포함하는 금속나노입자의 제조 2Comparative Example 10 Preparation of Metal
실시예 1 중 상기 단계 1에서 금속전구체로 주석 아세틸아세토네이트를 사용하고, 상기 단계 4를 수행하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소를 포함하는 산화주석나노입자를 제조하였다.
Tin oxide nanoparticles containing carbon were prepared in the same manner as in Example 1, except that tin acetylacetonate was used as the metal precursor in
참고실험 :Reference experiment:
초음파 조사에 의한 산화물계 금속나노입자의 형성여부 조사Investigation of the formation of oxide-based metal nanoparticles by ultrasonic irradiation
(1)X선 회절 분석 실험(1) X-ray diffraction analysis experiment
본 발명에 따른 금속전구체 용액의 초음파 조사에 따른 효과를 알아보기 위하여, 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 X선 회절 분석기를 이용하여 분석하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.In order to examine the effect of ultrasonic irradiation of the metal precursor solution according to the present invention, the metal nanoparticles containing carbon prepared in Comparative Example 9 were analyzed using an X-ray diffraction analyzer, the results are shown in FIG. .
도 2를 참조하면, 열처리를 수행하지 않은 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 산화구리나노입자는 JCPDF 카드의 산화구리 결정과 비교한 결과 단일결정을 잘 이루고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the copper oxide nanoparticles including carbon prepared in Comparative Example 9, which was not subjected to heat treatment, formed a single crystal well as compared with the copper oxide crystals of the JCPDF card.
이로부터, 금속전구체 용액에 초음파를 조사시킴으로써 산화물계 금속나노입자를 효과적으로 형성시킬 수 있음을 알 수 있다.
From this, it can be seen that the oxide-based metal nanoparticles can be effectively formed by irradiating the metal precursor solution with ultrasonic waves.
(2)에너지 분산형 분광기(Energy Dispersive Spectrometer) 분석(2) Analysis of energy dispersive spectrometer
본 발명에 따른 금속전구체 용액의 초음파 조사에 따른 효과를 알아보기 위하여, 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 에너지 분산형 분광기를 이용하여 분석하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.In order to examine the effect of the ultrasonic irradiation of the metal precursor solution according to the present invention, the metal nanoparticles containing carbon prepared in Comparative Example 9 were analyzed using an energy dispersive spectrometer, the results are shown in FIG. .
도 3을 참조하면, 열처리를 수행하지 않은 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 산화구리나노입자는 구리, 산소 및 탄소로 구성되어 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the copper oxide nanoparticles including carbon prepared in Comparative Example 9 without performing heat treatment are composed of copper, oxygen, and carbon.
이로부터, 금속전구체 용액에 초음파를 조사시킴으로써 탄소를 포함하는 산화물계 금속나노입자를 효과적으로 제조할 수 있음을 알 수 있다.
From this, it can be seen that the oxide-based metal nanoparticles containing carbon can be effectively produced by irradiating the metal precursor solution with ultrasonic waves.
<실험예 1> X선 회절 분석Experimental Example 1 X-ray Diffraction Analysis
본 발명에 따른 탄소를 포함하는 금속나노입자에 대한 열처리 효과를 알아보기 위하여, 실시예 1, 실시예 3 - 4 및 비교예 1 - 5에서 제조된 탄소가 코팅된 구리나노입자를 X선 회절 분석기를 이용하여 분석하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.In order to examine the heat treatment effect on the metal nanoparticles containing carbon according to the present invention, the X-ray diffraction analyzer for the carbon-coated copper nanoparticles prepared in Examples 1, 3-4 and Comparative Examples 1-5 And the results are shown in FIG. 4.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1, 실시예 3 - 4 및 비교예 1 - 5에서 제조된 탄소가 코팅된 구리나노입자는 모두 JCPDF 카드의 구리 결정과 비교한 결과 단일결정을 잘 이루고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, all of the carbon coated copper nanoparticles prepared in Examples 1, 3-4, and Comparative Examples 1-5 according to the present invention were better compared to the copper crystals of the JCPDF card. It can be seen that.
이로부터, 참고실험(1)과 비교하면, 열처리를 통해 산화물계 금속나노입자를 효과적으로 환원시킬 수 있음을 알 수 있다.
From this, it can be seen that compared with the reference experiment (1), it is possible to effectively reduce the oxide-based metal nanoparticles through heat treatment.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 탄소를 포함하는 금속나노입자에 대한 열처리 효과를 더욱 상세히 알아보기 위하여, 비교예 7 및 비교예 8에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자와 비교예 10에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 X선 회절 분석기를 이용하여 분석하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.More specifically, in order to find out in more detail the heat treatment effect on the metal nanoparticles containing carbon according to the present invention, the carbon nano-coated metal nanoparticles prepared in Comparative Examples 7 and 8 and prepared in Comparative Example 10 Metal nanoparticles containing carbon were analyzed using an X-ray diffraction analyzer, and the results are shown in FIG. 5.
도 5를 참조하면, 열처리를 수행하지 않은 비교예 10에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자는 결정구조가 잘 나타나지 않는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the metal nanoparticles including carbon prepared in Comparative Example 10, which were not subjected to heat treatment, did not show a crystal structure well.
반면에, 비교예 7에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자의 코어는 산화주석(SnO)으로 구성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 열처리 온도를 더욱 높인 비교예 8에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자의 코어는 주석(Sn)으로 구성되어 있음을 알 수 있다.On the other hand, it can be seen that the core of the carbon-coated metal nanoparticles prepared in Comparative Example 7 is composed of tin oxide (SnO). In addition, it can be seen that the core of the carbon-coated metal nanoparticles prepared in Comparative Example 8 having a higher heat treatment temperature is composed of tin (Sn).
이로부터, 본 발명은 열처리 온도를 높임으로써 산화물계 금속나노입자를 효과적으로 환원시킬 수 있음을 알 수 있다.
From this, it can be seen that the present invention can effectively reduce the oxide-based metal nanoparticles by increasing the heat treatment temperature.
<실험예 2> 주사전자현미경 분석<Experimental Example 2> Scanning electron microscopic analysis
본 발명에 따른 탄소를 포함하는 금속나노입자에 대한 열처리 효과를 알아보기 위하여, 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자와 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 주사전자현미경을 이용하여 분석하였고, 그 결과를 도 6 - 8에 나타내었다.In order to examine the heat treatment effect on the metal nanoparticles containing carbon according to the present invention, the metal nanoparticles containing carbon prepared in Example 1 and Comparative Example 2 and carbon prepared in Comparative Example 9 The particles were analyzed using a scanning electron microscope, the results are shown in Figures 6-8.
도 6 - 8을 참조하면, 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자와 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자는 모두 구형의 모양을 갖고, 입자크기가 800 ㎚인 것을 알 수 있다.6 to 8, the metal nanoparticles coated with carbon prepared in Example 1 and Comparative Example 2 and the metal nanoparticles including carbon prepared in Comparative Example 9 each have a spherical shape and have a particle size. It turns out that it is 800 nm.
특히, 800 ℃에서 열처리된 실시예 1의 탄소가 코팅된 금속나노입자는 표면에 탄소막의 형태가 잘 유지되었을 뿐만 아니라 탄소막에 기공이 잘 형성되었음을 알 수 있다.In particular, the carbon-coated metal nanoparticles of Example 1 heat-treated at 800 ℃ can be seen that not only the shape of the carbon film was well maintained on the surface of the carbon film well formed pores.
이로부터, 본 발명에 따른 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법은 800 - 1200 ℃에서 열처리시킴으로써 금속나노입자의 표면에 탄소를 효과적으로 코팅시킬 수 있을 뿐만 아니라 탄소막에 기공을 형성시킬 수 있음을 알 수 있다.
From this, it can be seen that the method of manufacturing carbon-coated metal nanoparticles according to the present invention can not only effectively coat carbon on the surface of metal nanoparticles by heat treatment at 800-1200 ° C., but also form pores in the carbon film. Can be.
<실험예 3> 투과전자현미경 분석Experimental Example 3 Transmission Electron Microscope Analysis
본 발명에 따른 탄소를 포함하는 금속나노입자에 대한 열처리 효과를 알아보기 위하여, 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자와 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자를 주사전자현미경을 이용하여 분석하였고, 그 결과를 도 9 - 11에 나타내었다.In order to examine the heat treatment effect on the metal nanoparticles containing carbon according to the present invention, the metal nanoparticles containing carbon prepared in Example 1 and Comparative Example 2 and carbon prepared in Comparative Example 9 The particles were analyzed using a scanning electron microscope, the results are shown in Figures 9-11.
도 9 - 11을 참조하면, 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자와 열처리를 수행하지 않은 비교예 9에서 제조된 탄소를 포함하는 금속나노입자는 모두 구형의 형태를 갖는 것을 알 수 있다.9 to 11, all of the metal nanoparticles including the carbon coated metal nanoparticles prepared in Example 1 and Comparative Example 2 and the metal nanoparticles including carbon prepared in Comparative Example 9 which were not subjected to heat treatment had a spherical shape. It can be seen that it has.
또한, 열처리를 수행한 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자는 금속나노입자의 표면이 탄소로 둘러싸여 있는 것을 알 수 있다.In addition, the carbon nano-coated metal nanoparticles prepared in Example 1 and Comparative Example 2 can be seen that the surface of the metal nanoparticles is surrounded by carbon.
특히, 실시예 1에서 제조된 탄소가 코팅된 금속나노입자는 구리나노입자의 표면에 탄소막이 잘 형성되었으며, 코어 및 쉘의 경계가 뚜렷한 것을 알 수 있다.In particular, the carbon-coated metal nanoparticles prepared in Example 1 has a well formed carbon film on the surface of the copper nanoparticles, it can be seen that the boundary between the core and the shell is clear.
이로부터, 본 발명에 따른 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법은 금속나노입자 표면에 탄소막을 효과적으로 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라 실험예 2에서 알 수 있듯이 탄소막에 기공을 형성시킬 수 있음을 알 수 있다.
From this, it can be seen that the method of manufacturing carbon-coated metal nanoparticles according to the present invention not only effectively forms a carbon film on the surface of the metal nanoparticles, but also forms pores in the carbon film as shown in Experimental Example 2. have.
Claims (10)
상기 단계 1의 금속전구체 용액에 초음파를 조사하여 탄소를 포함하는 금속나노입자를 제조하는 단계(단계 2);
상기 단계 2의 초음파가 조사된 금속전구체 용액으로부터 탄소를 포함하는 금속나노입자를 석출하고 건조하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3의 탄소를 포함하는 금속나노입자를 800 - 1200 ℃에서 열처리하는 단계(단계 4)를 포함하는 기공을 갖는 탄소가 코팅된 금속나노입자의 제조방법.
Preparing a metal precursor solution by dissolving the metal precursor in a solvent containing carbon (step 1);
Preparing metal nanoparticles containing carbon by irradiating ultrasonic waves to the metal precursor solution of step 1 (step 2);
Depositing and drying the metal nanoparticles containing carbon from the metal precursor solution irradiated with the ultrasonic wave of step 2 (step 3); And
Method of producing a metal-coated metal nanoparticles having pores comprising the step (step 4) of heat-treating the metal nanoparticles containing carbon of step 3 at 800-1200 ℃.
The method of claim 1, wherein the solvent of step 1 is used as a raw material of carbon.
The method of claim 1, wherein the metal precursor of step 1 is at least one selected from the group consisting of metal salts, metal oxides and intermetallic compounds.
The carbon having pores according to claim 1, wherein the metal of the metal precursor of step 1 is at least one selected from the group consisting of Group 2 metals, Group 13 metals, Group 14 metals, transition metals, and lanthanide metals. Method for producing metal nanoparticles coated with.
The method of claim 1, wherein the metal of the metal precursor of step 1 is copper, tin, magnesium, calcium, strontium, barium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc, gallium, germanium, yttrium, zirconium Composed of molybdenum, ruthenium, silver, cadmium, indium, platinum, gold, lead, lanthanum, cerium, proseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolium, terbium, dysprosium, ytterbium and ruthenium Method for producing carbon-coated metal nanoparticles having pores, characterized in that at least one selected from the group.
The pore of claim 3, wherein the salt of the metal salt is at least one selected from the group consisting of nitrates, carbonates, chlorides, oxides, sulfates, acetates, acetylacetonates, hydrates thereof, and mixtures thereof. Method for producing a carbon nano-coated metal nanoparticles having a.
The method of claim 1, wherein the ultrasonic wave of step 2 is irradiated for 5 minutes to 1 hour at an intensity of 2 kPa-200 kPa.
The method of claim 1, wherein the drying of step 3 is carried out at a temperature of 50 ℃-80 ℃ for 3 hours to 12 hours, characterized in that the carbon nano-coated metal nanoparticles manufacturing method.
Priority Applications (2)
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