KR101720437B1 - Synthesis Method for Fabricating Nano-porous Metal Structure Utilizing Electro Reduction Process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기환원방법을 이용하여 나노 다공성 금속 구조체를 합성 또는 제조할 수 있는 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of synthesizing a nanoporous metal structure, and more particularly, to a method of synthesizing a nanoporous metal structure that can synthesize or manufacture a nanoporous metal structure using an electric reduction method.
나노 다공성 금속 구조체는 서로 유기적으로 잘 연결된 뼈대를 갖는 독특한 3차원 연결망 구조체이다. 다공성 구조는 매우 높은 비표면적을 가져 단위 질량당 화학적으로 활성화 될 수 있는 장소가 많으며, 광범위한 다공성 연결망 덕분에 구조체의 내부에서 외부로 또는 외부에서 내부로 액체 또는 기체가 쉽게 확산될 수 있다. 동시에 유기적으로 연결되어있다는 특성 덕분에, 전기 전도도는 일반 고밀도 금속에 비해서 크게 떨어지지 않는다는 장점이 있다.Nanoporous metal structures are unique three-dimensional network structures with skeletons that are organically connected to each other. Porous structures have a very high specific surface area, and there are many places that can be chemically activated per unit mass, and a wide range of porous networks can easily diffuse liquids or gases from the inside to the outside of the structure or from outside to inside. At the same time, due to the nature of the organic connections, the electrical conductivity has the advantage that it does not fall far below that of conventional high-density metals.
상술한 바와 같이, 나노 다공성 금속 구조체는 독특하고 다양한 장점으로 인해서 수많은 적용분야 예를 들어, 광학소자, 센서, 화학 및 전기촉매, 연료 전지, 배터리, 슈퍼-커패시터 등에 활용되고 있다.As noted above, nanoporous metal structures are utilized in a number of applications, such as optical devices, sensors, chemical and electrical catalysts, fuel cells, batteries, and super-capacitors, due to their unique and diverse advantages.
나노 다공성 금속 구조체를 만드는 기존의 일반적인 방법으로는 역합금(de-alloying) 방법, 자가 조립(self-assembly) 방법, 템플릿(template) 활용 방법 등이 존재하고, 이 중에서도 역합금(de-alloying) 방법이 가장 널리 사용되고 있다.There are de-alloying methods, self-assembly methods, template utilization methods and the like as conventional general methods of making nanoporous metal structures. Among them, de-alloying, The method is the most widely used.
역합금(de-alloying) 방법은 서로 잘 섞여있는 합금을 기초로 어느 한쪽의 금속만을 녹이는 식각 액에 담궈두면 1종류의 금속만 남게 되고, 그 결과로 나노 다공성 금속을 제조 할 수 있게 되는 것이다. 예를 들어, 1:1의 비율로 섞인 금-은을 금은 녹이지 못하고 은만 녹일 수 있는 질산에 1~2시간 정도 담궈두면, 은(silver)는 모두 제거되고 금만 남게 된다. 은(silver)이 제거된 자리는 텅 비어있게 되며, 이를 통해서 나노 다공성 금 구조체를 제조할 수 있게 된다.According to the de-alloying method, if only one of the metals is immersed in an etching solution which melts only one of them based on a well-mixed alloy, only one kind of metal is left, and as a result, the nanoporous metal can be produced. For example, when gold-silver mixed at a ratio of 1: 1 is immersed in nitric acid which can not be melted and only silver can be melted, the silver is completely removed and only gold is left. The place where the silver is removed becomes empty, and the nanoporous gold structure can be manufactured.
하지만, 역합금(de-alloying) 방법은 50 atomic%이상의 희생금속이 필요하며, 강산(strong acid)과 같은 인체 유해하며 위험한 화학반응을 사용한다는 단점이 있고, 화학 반응을 시키는 시간이 길기 때문에 실질적으로 산업에서 적용하는데 한계점이 있다.However, the de-alloying method requires a sacrificial metal of 50 atomic% or more, has a disadvantage of using harmful and hazardous chemical reaction such as strong acid, and has a long time for chemical reaction, There are limitations in applying it to industry.
따라서, 상술한 문제들을 해결하면서 나노 다공성 금속 구조체를 제조할 수 있는 방법의 필요성이 대두된다.Therefore, there is a need for a method for manufacturing a nanoporous metal structure while solving the above-mentioned problems.
본 발명의 실시예들은, 전기환원방법을 이용하여 나노 다공성 금속 구조체를 합성 또는 제조할 수 있는 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법을 제공한다. Embodiments of the present invention provide a method of synthesizing a nanoporous metal structure that can synthesize or fabricate a nanoporous metal structure using an electroration method.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법은 기판 상에 전도성 나노입자가 함유된 반도체 복합물질을 형성하는 단계; 상기 반도체 복합물질을 전기 환원 방법을 이용하여 전기 환원시키는 단계; 및 상기 전기 환원을 통해 상기 반도체 복합물질을 나노 다공성 금속 구조체로 합성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a nanoporous metal structure, including: forming a semiconductor composite material containing conductive nanoparticles on a substrate; Electrochemical reduction of the semiconductor composite material using an electric reduction method; And synthesizing the semiconductor composite material into a nanoporous metal structure through the electroreduction.
상기 전도성 나노입자는 금 나노입자, 구리 나노입자, 은 나노입자, 니켈 나노입자 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The conductive nanoparticles may include at least one of gold nanoparticles, copper nanoparticles, silver nanoparticles, and nickel nanoparticles.
상기 반도체는 AuO, AgBr, CuO, NiO 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The semiconductor may include at least one of AuO, AgBr, CuO, and NiO.
상기 나노 다공성 금속 구조체로 합성하는 단계는 상기 전기 환원을 통해 상기 반도체 복합물질이 환원되어 생성되는 금속이 상기 전도성 나노입자 쪽으로 비등방성(anisotropic)하게 성장됨으로써, 상기 반도체 복합물질을 상기 나노 다공성 금속 구조체로 합성할 수 있다.In the step of synthesizing the nanoporous metal structure, a metal produced by reducing the semiconductor composite material through the electro-reduction is grown anisotropically toward the conductive nanoparticle, thereby forming the semiconductor composite material into the nanoporous metal structure . ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다공성 은 구조체 합성 방법은 기판 상에 은 나노입자가 함유된 브로민화 은(AgBr) 복합물질을 형성하는 단계; 상기 브로민화 은 복합물질을 전기 환원 방법을 이용하여 전기 환원시키는 단계; 및 상기 전기 환원을 통해 상기 브로민화 은 복합물질을 나노 다공성 은 구조체로 합성하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a nanoporous structure synthesis method comprising: forming a silver bromide (AgBr) composite material containing silver nanoparticles on a substrate; Wherein the bromination is performed by reducing the composite material using an electric reduction method; And combining the brominated composite material with the nanoporous structure through the electroreduction process.
상기 나노 다공성 은 구조체로 합성하는 단계는 NaCl 수용액 전해질에서 상기 브로민화 은 복합물질을 전기 환원시킴으로써, 상기 나노 다공성 은 구조체를 합성할 수 있다.In the step of synthesizing the nanoporous structure, the nanoporous silver structure can be synthesized by electrochemically reducing the complex material of the bromination in the NaCl aqueous electrolyte.
상기 나노 다공성 은 구조체로 합성하는 단계는 상기 전기 환원을 통해 상기 브로민화 은 복합물질이 환원되어 생성되는 은이 상기 은 나노입자 쪽으로 비등방성(anisotropic)하게 성장됨으로써, 상기 브로민화 은 복합물질을 상기 나노 다공성 은 구조체로 합성할 수 있다.Wherein the nanoporous material is anisotropically grown toward the silver nanoparticle by the reduction of the complex material through bromination of the silver nanoporous material, Porosity can be synthesized as a structure.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전기환원방법을 이용하여 나노 다공성 금속 구조체를 합성 또는 제조할 수 있으며, 공정 속도 및 전구체 농도의 조절을 통해서 구조체의 크기 등을 쉽게 조절할 수 있다.According to embodiments of the present invention, a nanoporous metal structure can be synthesized or manufactured using the electro-reduction method, and the size and the like of the structure can be easily controlled through controlling the process speed and precursor concentration.
본 발명의 실시예들에 따르면, 나노 다공성 이라는 독특한 구조 덕분에 매우 높은 표면적을 갖기 때문에 에너지 저장소자 분야에 적용한다면 기존의 일반적인 벌크(Bulk) 재료에 비해서 훨씬 많은 반응량과 반응속도를 가질 수 있으며, 벌크 재료에 비하여 전기 전도도 또한 떨어지지 않기 때문에 소자에 적용하였을 때 큰 용량, 출력증진 효과를 기대할 수 있다.According to embodiments of the present invention, due to the unique structure of nanoporous material, it has a very high surface area. Therefore, when applied to an energy storage device field, it can have much more reaction amount and reaction rate than conventional bulk materials , The electric conductivity is not lowered as compared with the bulk material, and therefore, a large capacity and output enhancement effect can be expected when applied to a device.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존 역합금 기법에 비해서 훨씬 우세한 장점이 많이 존재하기 때문에 친환경 소자 분야에 적용할 수 있다.In addition, according to the embodiments of the present invention, since there are many advantages that are far superior to those of the conventional reverse alloy technique, the present invention can be applied to the environment-friendly device field.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 나노 다공성 금속을 제조하는 공정은 전기 환원 방법 즉, 강제적인 전자주입에 의한 공정이므로 단순히 전기화학장치의 인가전압을 조절함으로써, 사용자의 편의에 따라 공정의 속도를 임의로 조절할 수 있다는 장점이 있으며, 기존의 나노 다공성 금속을 만드는 역합금(de-alloying) 방법이 통상적으로 수시간 단위의 공정시간을 필요로 하는데 반하여, 전기 환원 방법을 활용한 나노 다공성 금속 합성 방법은 수초 ~ 수분 내로 모든 공정을 완료할 수 있으므로 공정시간 면에서 큰 경쟁력을 가질 수 있다.In addition, according to embodiments of the present invention, since the process of manufacturing nanoporous metal is a process by an electric reduction method, that is, a process by forcibly injecting electrons, by simply adjusting the applied voltage of the electrochemical device, The de-alloying method of making the conventional nano-porous metal generally requires a process time of several hours, while the nano-porous metal synthesis Since the process can be completed within a few seconds to several minutes, the process can be highly competitive in process time.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법에 대한 공정 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 브로민화 은이 암모니아수에 용해될 때 화학반응식을 나타낸 것이다.
도 3은 전도성 기판 위에 브로민화 은 복합물질 재석출 과정을 설명하기 위한 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 브로민화 은 복합물질의 전기환원공정의 시스템과 전기환원에서의 전류-시간 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 브로민화 은 복합물질 전기환원 반응 공정 개략도를 나타낸 것이다.
도 6은 일정 시간 전기환원 반응이 진행된 시편에 대한 일 예의 전자현미경 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 전기 환원 반응 전, 일정 시간 반응 및 반응 완료 후의 XRD 측정 결과에 대한 예시도를 나타낸 것이다.
도 8은 전기 환원 방법을 이용하여 합성된 나노 다공성 은 구조체에 대한 일 예의 전자현미경 사진을 나타낸 것이다.FIG. 1 illustrates a process for fabricating a nanoporous metal structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
Figure 2 shows the chemical reaction equation when the brominated silver salt is dissolved in ammonia water.
FIG. 3 is a view illustrating an exemplary process for explaining a process of depositing a composite material of a brominated compound on a conductive substrate.
FIG. 4 shows a current-time graph in a system of electro-reduction process of brominated composite material and in electric reduction.
FIG. 5 shows a schematic diagram of a process for bromination of a composite material.
FIG. 6 is an electron micrograph of an example of a specimen undergoing a constant-time electro-reduction reaction.
FIG. 7 shows an example of XRD measurement results before and after the reaction for a predetermined time. FIG.
FIG. 8 is an electron micrograph of an example of a nanoporous silver structure synthesized using an electro-reduction method.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In addition, the same reference numerals shown in the drawings denote the same members.
본 발명의 실시예들은, 전기환원방법을 이용하여 나노 다공성 금속 구조체를 합성 또는 제조하는 것을 그 요지로 한다.Embodiments of the present invention are intended to synthesize or manufacture a nano-porous metal structure using an electric reduction method.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법에 대한 공정 과정을 나타낸 것이다.FIG. 1 illustrates a process for fabricating a nanoporous metal structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법은 기판 상에 전도성 나노입자가 함유된 반도체 복합 물질을 형성하는 단계(S110), 전도성 나노입자가 함유된 반도체 복합 물질을 전기 환원 방법을 이용하여 전기 환원시키는 단계(S120), 및 전기 환원을 통해 전도성 나노입자가 함유된 반도체 복합 물질을 나노 다공성 금속 구조체로 합성하는 단계(S130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method of synthesizing a nanoporous metal structure according to an exemplary embodiment of the present invention includes forming a semiconductor composite material containing conductive nanoparticles on a substrate (S110), a semiconductor composite material containing conductive nanoparticles (S120) of electrochemically reducing the conductive nanoparticles using an electrochemical reduction method, and synthesizing the semiconductor composite material containing the conductive nanoparticles through electro-reduction into a nanoporous metal structure (S130).
즉, 본 발명에 따른 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법은 전도성 나노입자가 함유된 반도체 복합물질을 주 재료로 하며, 반도체 물질에 전기환원 반응과 같은 공정을 사용하여 전자를 주입하게 되면 반도체 물질이 환원되어 금속계열 물질이 생성된다.That is, the method of synthesizing a nanoporous metal structure according to the present invention uses a semiconductor composite material containing conductive nanoparticles as a main material, and when electrons are injected into the semiconductor material through a process such as an electric reduction reaction, the semiconductor material is reduced Metal-based materials are produced.
이 때, 전도성 나노입자와 전자 주입으로 인해 반도체로부터 새로 생성되는 금속계열 물질은 서로 표면 에너지 및 응집(cohesive) 경향성이 높게 설계되기 때문에 금속의 성장은 전도성 나노입자 쪽으로 형성되는 경향이 생기며, 이 성장은 등방성(isotropic)이지 않으며, 비등방성(anisotropic)하게 성장 될 수 있다.At this time, the conductive nanoparticles and the metal-based materials newly generated from the semiconductor due to electron injection are designed to have high surface energy and cohesive tendency, so that the growth of the metal tends to be formed toward the conductive nanoparticles, Is not isotropic and can be grown anisotropically.
다시 말해, 기판 상에 형성된 전도성 나노입자가 함유된 반도체 복합물질은 전기환원방법에 의해 주입된 전자에 의해 환원되어 생성되는 금속 물질이 전도성 나노입자 쪽으로 비등방성하게 성정함으로써, 벌크 구조체가 아닌 다공성 구조체를 가지게 되며, 따라서 나노 다공성 금속 구조체가 제조 또는 합성된다.In other words, the semiconductor composite material containing the conductive nanoparticles formed on the substrate is reduced by the electrons injected by the electric reduction method, and the metallic material generated is made isotropically toward the conductive nanoparticle, so that the porous structure And thus a nanoporous metal structure is produced or synthesized.
이 때, 나노 다공성 금속 구조체는 기판 상에 형성된 전도성 나노입자가 함유된 반도체 복합물질을 NaCl 수용액 전해질에서 전기 환원시킴으로써, 나노 다공성 금속 구조체를 합성할 수 있다.At this time, the nanoporous metal structure can be synthesized by electrochemically reducing the semiconductor composite material containing the conductive nanoparticles formed on the substrate in the electrolyte of NaCl aqueous solution.
본 발명에서의 전도성 나노입자는 금 나노입자, 구리 나노입자, 은 나노입자, 니켈 나노입자 등의 금속계 나노입자를 포함할 수 있으며, 반도체 물질은 AuO, AgBr, CuO, NiO 등의 Bandgap이 크지 않은 반도체 물질을 포함할 수 있다.The conductive nanoparticles in the present invention may include metal nanoparticles such as gold nanoparticles, copper nanoparticles, silver nanoparticles, and nickel nanoparticles. The semiconductor material may be a material having a small bandgap such as AuO, AgBr, CuO, or NiO Semiconductor material.
이러한 본 발명에 따른 방법에 대해 도 2 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하며, 나노 다공성 은 구조체를 합성하는 과정으로 설명한다.The method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 8, and nanoporosity will be described as a process of synthesizing a structure.
먼저, 은 나노입자가 함유된 브로민화 은 복합물질을 제조하는 과정을 설명한다.First, bromination with silver nanoparticles explains the process of manufacturing a composite material.
실험실 단위의 전형적인 실험에서, 0.338g의 AgNO3(Silver Nitrate)와 0.238g의 KBr (Potassium bromide)을 각각 40mL의 DI water(증류수)에 용해 시킨다. 그 후, AgNO3 용액을 격렬하게 스터링(Stirring)하면서, KBr 용액을 천천히 섞어준다. KBr 용액을 섞어주면, 섞는 즉시 AgBr(브로민화 은)이 생성되며, 용액의 색깔이 점점 뿌옅게 변화한다.In a typical laboratory experiment, 0.338 g of AgNO3 (Silver Nitrate) and 0.238 g of KBr (Potassium bromide) are each dissolved in 40 mL of DI water (distilled water). Thereafter, slowly agitate the KBr solution while agitating the AgNO 3 solution vigorously. When the KBr solution is mixed, AgBr (brominated silver) is formed immediately upon mixing, and the color of the solution gradually changes.
KBr용액을 모두 섞어주면 용액은 밝은 노란색을 띄게 되며, 이는 마이크로 미터 수준의 AgBr입자가 모두 형성되었음을 의미한다. 이 때, AgBr입자를 포함하는 용액은 원심분리기를 통해서 AgBr 입자만을 분리시킬 수 있다.When the KBr solution is mixed, the solution becomes bright yellow, which means that all of the AgBr particles at the micrometer level are formed. At this time, the solution containing the AgBr particles can separate only the AgBr particles through the centrifugal separator.
AgBr입자는 DI water(증류수)와 원심분리를 통해서 2~3회 세척해줌으로써, 잔류되어 있는 K+, NO3- 이온 등을 제거한다. 세척이 완료된 AgBr 입자는 암모니아 수(Aqueous Ammonia Solution) 예를 들어, 28% 암모니아수에 용해 시킨다.The AgBr particles are washed with DI water (distilled water) and centrifuged 2-3 times to remove residual K +, NO3- ions and the like. The washed AgBr particles are dissolved in an aqueous ammonia solution, for example, 28% ammonia water.
여기서, 암모니아수에 용해된 AgBr은 도 2와 도시된 바와 같이, 암모니아와 반응하여 안정한 이온화합물 형태로 존재한다.Here, the AgBr dissolved in the aqueous ammonia reacts with ammonia to form a stable ionic compound, as shown in FIG.
상기 과정을 통해 합성한 용액을 도 3에 도시된 일 예와 같이, 기판 예를 들어, 금속 박막 상부에 코팅하고 용매를 건조(Drying) 시켜주면, 도 2에 도시된 화학반응식의 역반응이 일어나게 되어 은(Ag)과 브로민화 은(AgBr)으로 재 석출된다.When the solution synthesized through the above process is coated on a substrate, for example, a metal thin film, and the solvent is dried as in the example shown in FIG. 3, a reverse reaction of the chemical reaction formula shown in FIG. 2 occurs Silver (Ag) and brominated silver (AgBr).
이 때, 기판은 핫 플레이트를 이용하여 120~150도의 온도로 기판 상부에 코팅된 용매를 건조시킬 수 있다.At this time, the substrate may be dried by using a hot plate at a temperature of 120 to 150 degrees Celsius on the substrate.
따라서, 도 3의 과정을 통해 석출된 재료는 브로민화 은(AgBr)에 은 나노입자(Ag nanoparticle)가 함유되어 있는 복합물질 구조를 갖게 된다. 이렇게 제조 또는 형성된 은 나노입자가 함유된 브로민화 은 복합물질은 전구체로 사용된다.Therefore, the material precipitated through the process of FIG. 3 has a composite material structure in which silver bromide (AgBr) contains silver nanoparticles. The bromination with silver nanoparticles thus formed or formed is used as a precursor for the composite material.
그 다음, 전기환원을 이용하여 은 나노입자가 함유된 브로민화 은 복합물질을 나노 다공성 은 구조체로 합성하는 과정에 대해 설명한다. Next, the process of synthesizing a composite material with nanoporous silver nanoparticles into a silver nanoparticle structure is described using electroreduction.
전도성 기판 상부에 코팅된 은 나노입자가 함유된 브로민화 은 복합물질은 도 4a에 도시된 것과 같은 2-전극 전기환원 시스템에 설치되고, 상대전극을 니켈 플레이트로 하며, 0.5M 농도의 NaCl(Sodium chloride) 수용액을 전해질로 사용한다.Bromination with silver nanoparticles coated on the conductive substrate The composite material was placed in a 2-electrode electric reduction system as shown in FIG. 4A, the counter electrode was a nickel plate, and a 0.5M NaCl solution chloride aqueous solution is used as the electrolyte.
이 때, 은 나노입자가 함유된 브로민화 은 복합물질과 니켈 전극과의 전위차는 -1.2 ~ -0.5V 사이일 수 있다.In this case, the potential difference between the complex material and the nickel electrode may be between -1.2 and -0.5 V, in the case of bromination containing silver nanoparticles.
전기환원 방법을 이용한 전기 환원 반응을 통해 AgBr 쪽으로 전자가 주입되어 Ag가 생성되는데, 도 4b를 통해 알 수 있듯이, 전기 화원 시 전류가 확 올라서 있다가 AgBr이 전부 Ag로 환원되게 되면 전류가 급감하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 4B, when the AgBr is reduced to Ag completely, the electric current is rapidly reduced when the electric current is increased when the AgBr is reduced to Ag, because electrons are injected into AgBr through an electric reduction reaction using an electric reduction method. .
즉, AgBr에 전자가 주입되어 AgBr은 Ag가 환원되면서, Br- 이온이 녹아나오고, 환원되어 새로 생성된 Ag는 기존에 존재하는 Ag 나노입자 쪽으로 이동하기 때문에 기존에 존재하는 Ag 나노입자에 따라 비등방성하게 성장하게 되고, 따라서 나노 다공성 은 구조체가 형성된다.In other words, since electrons are injected into AgBr, Ag is reduced, and Br ions are dissolved and reduced. As a result, newly generated Ag migrates toward existing Ag nanoparticles, So that the nanoporous structure is formed.
이는 도 5 내지 도 7을 통해 명확해진다.This will be apparent from Figs. 5 to 7.
도 5는 브로민화 은 복합물질 전기환원 반응 공정 개략도를 나타낸 것이고, 도 6은 일정 시간 전기환원 반응이 진행된 시편에 대한 일 예의 전자현미경 사진을 나타낸 것이며, 도 7은 전기 환원 반응 전, 일정 시간 반응 및 반응 완료 후의 XRD 측정 결과에 대한 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 5 is a schematic view of a process of electrodepositing a composite material by bromination, FIG. 6 is an electron micrograph of an example of a specimen subjected to a reduction reaction for a predetermined time, FIG. And an XRD measurement result after completion of the reaction.
도 5 내지 도 7을 통해 알 수 있듯이, 전기 환원 반응이 진행되면서 AgBr에 주입되는 전자로 인하여 AgBr은 Ag로 변화하며, 일반적인 벌크 형태로 환원되는 것이 아니라, 나노 구조화되면서 반응 하는 것을 알 수 있다. 이는 XRD 그래프를 통해 더욱 더 명확하게 알 수 있듯이, 전기환원 반응 전에 존재하는 AgBr 피크가 전기환원 반응이 진행되면서 이온화되어 Ag가 생성되면서 줄어들고, 전기환원 반응이 종료되면 AgBr 피크가 거의 사라진 것을 알 수 있다.As can be seen from FIGS. 5 to 7, AgBr changes to Ag due to the electrons injected into the AgBr as the electric reduction reaction progresses. It is understood that the AgBr reacts while being nano-structured instead of being reduced to the general bulk form. As can be seen more clearly from the XRD graph, it can be seen that the AgBr peak existing before the electrochemical reduction reaction is ionized as the electrochemical reduction reaction proceeds, Ag is reduced and the AgBr peak disappears when the electrochemical reduction reaction is terminated have.
즉, 전기환원 반응을 통해 AgBr이 모두 Ag로 환원되며, 환원된 Ag는 서로 표면 에너지 및 응집(cohesive) 경향성이 높기 때문에 Ag 나노입자 쪽으로 형성되는 경향이 생기며, 이 성장은 비등방성(anisotropic)하게 성장 될 수 있다. 따라서, 새로 생성된 Ag가 기존의 Ag 나노입자 쪽으로 뭉치게 되면서, 나노 다공성 은 구조체가 형성된다.That is, AgBr is all reduced to Ag through an electrochemical reduction reaction, and the reduced Ag tends to be formed toward the Ag nanoparticle due to high surface energy and cohesive tendency, and this growth is anisotropic It can be grown. Therefore, the newly formed Ag is aggregated toward the existing Ag nanoparticles, and the nanoporous structure forms the structure.
도 8은 전기 환원 방법을 이용하여 합성된 나노 다공성 은 구조체에 대한 일 예의 전자현미경 사진을 나타낸 것으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 은 나노입자(silver nanoparticle)가 함유된 브로민화 은(Silver bromide)을 기초물질로 하여, NaC) 수용액 전해질에서 은 나노 입자가 함유된 브로민화 은 복합물질을 전기 환원을 시켜주게 되면, 50 ~ 100nm 수준의 뼈대를 갖는 나노 다공성 은 구조체가 제작되는 것을 알 수 있다.FIG. 8 is an electron micrograph of an example of a nanoporous silver structure synthesized using an electrochemical reduction method. As shown in FIG. 8, silver bromide containing silver nanoparticles (Silver bromide ) Is used as a base material and the silver nanoparticle-containing bromination in the aqueous NaC solution electrolyte is subjected to the electrochemical reduction of the composite material, a nanoporous structure having a skeleton at a level of 50 to 100 nm is fabricated .
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 전기환원방법을 이용하여 나노 다공성 금속 구조체를 합성 또는 제조할 수 있으며, 공정 속도 및 전구체 농도의 조절을 통해서 구조체의 크기 등을 쉽게 조절할 수 있다.As described above, the method according to an embodiment of the present invention can synthesize or fabricate a nanoporous metal structure by using an electric reduction method, and the size of the structure can be easily controlled through controlling the process speed and precursor concentration.
본 발명의 실시예들에 따른 방법은 나노 다공성 이라는 독특한 구조 덕분에 매우 높은 표면적을 갖기 때문에 에너지 저장소자 분야에 적용한다면 기존의 일반적인 벌크(Bulk) 재료에 비해서 훨씬 많은 반응량과 반응속도를 가질 수 있으며, 벌크 재료에 비하여 전기 전도도 또한 떨어지지 않기 때문에 소자에 적용하였을 때 큰 용량, 출력증진 효과를 기대할 수 있다.Because the method according to embodiments of the present invention has a very high surface area due to the unique structure of nanoporosity, it can be applied to an energy storage device field to have much more reaction amount and reaction rate than conventional bulk material Since the electric conductivity is not lower than that of the bulk material, a large capacity and output enhancement effect can be expected when applied to a device.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 기존 역합금 기법에 비해서 훨씬 우세한 장점이 많이 존재하기 때문에 친환경 소자 분야에 적용할 수 있다.In addition, the method according to the embodiments of the present invention is more advantageous than the conventional reverse alloying technique, and thus can be applied to an eco-friendly device field.
이렇듯 본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 장점을 가질 수 있다.Thus, the method according to the present invention can have the following advantages.
첫째, 균일하고, 랜덤하면서도 서로 매우 유기적으로 연결되어있는 유니크한 특징의 나노 다공성 네트워크로 인해서, 전기 전도성은 일반 벌크 은에 비해서도 크게 떨어지지 않으며, 동시에 다공성 구조 특유의 높은 확산성(diffusivity)과 높은 표면적으로 인해서 화학반응을 매우 효과적으로 일으키는데 도움을 줄 수 있다. 따라서 촉매, 에너지저장, 친환경 소자, 바이오칩 등의 적용분야에서 핵심적으로 적용할 수 있다.First, due to the unique, random, and highly organic interconnected nanoporous network, the electrical conductivity is not significantly lower than that of conventional bulk silver, while the high diffusivity and high surface area Can help to trigger chemical reactions very effectively. Therefore, it can be applied to the application fields of catalyst, energy storage, environment-friendly device, and biochip.
둘째, 리가먼트(Ligament)가 대략 50~100nm, 구멍 크기(Pore size) 또한 50~100nm인 재료로, 이 값은 고정된 값이 아니고 공정 조건에 따라서 달라질 수 있다. 즉, 나노 다공성 구조에 변화를 줄 수 있기 때문에 수많은 적용분야에서 적용 할 때, 최적화라는 관점에 있어서 엄청난 장점이 된다.Second, the ligament is a material having a pore size of about 50 to 100 nm and a pore size of 50 to 100 nm. This value is not a fixed value but may be changed depending on processing conditions. In other words, because it can change the nanoporous structure, it is a tremendous advantage in terms of optimization when applied in many applications.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 대량생산성, 짧은 공정시간, 저가 재료와 공정사용, 그리고 환경 및 인체 무해물질만으로 공정을 설계할 수 있으며, 이런 조건을 만족함과 동시에 고품질의 나노 다공성 금속 구조체를 합성할 수 있다.As described above, the method according to the present invention is capable of designing processes with mass productivity, short process time, low cost materials and process use, and environment and human harmless materials. In addition, while satisfying these conditions, a high-quality nanoporous metal structure Can be synthesized.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (7)
상기 반도체 복합물질을 전기 환원 방법을 이용하여 전기 환원시키는 단계; 및
상기 전기 환원을 통해 상기 반도체 복합물질을 나노 다공성 금속 구조체로 합성하는 단계
를 포함하고,
상기 나노 다공성 금속 구조체로 합성하는 단계는
상기 전기 환원을 통해 상기 반도체 복합물질이 환원되어 생성되는 금속이 상기 전도성 나노입자 쪽으로 비등방성(anisotropic)하게 성장되어 나노 구조화됨으로써, 상기 반도체 복합물질을 상기 나노 다공성 금속 구조체로 합성하는 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법.
Forming a semiconductor composite material containing conductive nanoparticles on a substrate;
Electrochemical reduction of the semiconductor composite material using an electric reduction method; And
Synthesizing the semiconductor composite material into a nanoporous metal structure through the electroreduction;
Lt; / RTI >
The step of synthesizing the nanoporous metal structure
Wherein the nanoporous metal structure is formed by reducing the semiconductor composite material through electrical reduction to anisotropically grow nanostructured metal toward the conductive nanoparticles to synthesize the semiconductor composite material into the nanoporous metal structure Synthesis method.
상기 전도성 나노입자는
금 나노입자, 구리 나노입자, 은 나노입자, 니켈 나노입자 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법.
The method according to claim 1,
The conductive nanoparticles
Wherein the nanoporous metal structure comprises at least one of gold nanoparticles, copper nanoparticles, silver nanoparticles, and nickel nanoparticles.
상기 반도체는
AuO, AgBr, CuO, NiO 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 금속 구조체 합성 방법.
The method according to claim 1,
The semiconductor
AuO, AgBr, CuO, and NiO. The present invention also provides a method for synthesizing a nanoporous metal structure.
상기 브로민화 은 복합물질을 전기 환원 방법을 이용하여 전기 환원시키는 단계; 및
상기 전기 환원을 통해 상기 브로민화 은 복합물질을 나노 다공성 은 구조체로 합성하는 단계
를 포함하고,
상기 나노 다공성 은 구조체로 합성하는 단계는
상기 전기 환원을 통해 상기 브로민화 은 복합물질이 환원되어 생성되는 은이 상기 은 나노입자 쪽으로 비등방성(anisotropic)하게 성장되어 나노 구조화됨으로써, 상기 브로민화 은 복합물질을 상기 나노 다공성 은 구조체로 합성하는 나노 다공성 은 구조체 합성 방법.
(AgBr) composite material containing silver nanoparticles on a substrate;
Wherein the bromination is performed by reducing the composite material using an electric reduction method; And
The step of synthesizing the composite material with bromination through nanoporous structure through the electro-
Lt; / RTI >
The step of synthesizing the nanoporous structure with the structure
The silver halide nanoparticles are formed by reducing silver nanoparticles through the electrodeposition. The silver nanoparticles are formed by anisotropically growing silver nanoparticles on the silver nanoparticles, Porosity is a method of constructing a structure.
상기 나노 다공성 은 구조체로 합성하는 단계는
NaCl 수용액 전해질에서 상기 브로민화 은 복합물질을 전기 환원시킴으로써, 상기 나노 다공성 은 구조체를 합성하는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 은 구조체 합성 방법.
6. The method of claim 5,
The step of synthesizing the nanoporous structure with the structure
Wherein the nano-porous structure is synthesized by electrochemically reducing the complex material by bromination in the aqueous solution of NaCl aqueous solution.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150180356A KR101720437B1 (en) | 2015-12-16 | 2015-12-16 | Synthesis Method for Fabricating Nano-porous Metal Structure Utilizing Electro Reduction Process |
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| KR (1) | KR101720437B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040062690A (en) * | 2001-12-18 | 2004-07-07 | 아사히 가세이 가부시키가이샤 | Metal oxide dispersion |
| KR20060041028A (en) * | 2004-11-08 | 2006-05-11 | 한국지질자원연구원 | Production method and apparatus of silver powder by electro-chemical reduction |
| KR20060120559A (en) * | 2006-11-09 | 2006-11-27 | 한국지질자원연구원 | Production method of silver powder by electro-chemical reduction |
| KR20120032803A (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-06 | 세종대학교산학협력단 | Three dimensional porous structure, producing method of the same, and uses of the same |
-
2015
- 2015-12-16 KR KR1020150180356A patent/KR101720437B1/en active IP Right Grant
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