KR101732879B1 - Hybrid film of two-demensional materials comprising transition metal dichalcogenides and reduced graphene oxide and preparing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 빛을 흡수하는 2H 상의 전이금속 칼코겐화합물 필름 상에 1T 상의 전이금속 칼코겐화합물 필름을 전사함으로써 광 촉매효율을 증가시킬 수 있는 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a chalcogenide compound comprising a transition metal chalcogenide compound capable of increasing photocatalytic efficiency by transferring a 1T-phase transition metal chalcogenide compound film onto a 2H-phase transition metal chalcogenide compound film absorbing light, Dimensional material hybrid film and a method of manufacturing the same.
요즘 지속적인 에너지의 요구를 충족 시키기 위해 에너지 변환 차원에서 광 촉매를 이용하여 물 분해를 통해 수소 발생 반응에 많은 이목이 집중 되어 오고 있다.Nowadays, in order to meet the demand of continuous energy, many attention has been focused on the hydrogen generation reaction through the water decomposition using the photocatalyst in the energy conversion level.
구체적으로, 첫째, 여기자(Exciton)의 생성할 수 있는 능력과, 둘째, 표면에서 수소 발생 반응(hydrogen evolution reaction; 이하 'HER') 또는 물 산화 반응(Oxygen evolution reaction; 이하'OER')의 촉매 반응성의 두 가지 성질을 포함하는 광촉매를 이용하여 광 촉매 반응을 통해 에너지 변환을 진행하고 있다.Specifically, first, the ability of excitons to form and secondly, the catalytic properties of a hydrogen evolution reaction (HER) or an oxygen evolution reaction (OER) The photocatalytic reaction is carried out using a photocatalyst containing two properties of reactivity.
상기 두 가지 촉매 성질을 만족시키는 광 촉매로서 전이금속 디칼코게나이드(transition metal dichalcogenides; 이하 'TMDs')를 이용하고 있으며, TMDs의 여러가지 종류가 가지는 특성을 이용한 광 촉매 응용 연구가 최근에 많이 진행되고 있다. Transition metal dichalcogenides (hereinafter, referred to as 'TMDs') are used as photocatalysts satisfying the above two catalytic properties, and photocatalyst application studies using various types of properties of TMDs have been conducted recently have.
그러나, 수소 발생 반응(HER)에서 TMDs 나노 시트들이 광 촉매로서의 효율 면에서 실질적인 촉매로 사용되기에는 여전히 제한적이 요소들이 남아 있어, 극복해야 될 과제들이 많다. 그 중에 하나는 전극 제작 과정에서 액상 박리 방법을 통해 얻어진 TMDs 나노 시트들의 재 적층 및 불필요한 응집이 발생한다는 점이다. 이는 반응성을 높이는데 필요한 노출된 시트들의 가장자리를 급격히 감소시킬 뿐만 아니라 활성 부분들을 제거하는 결과를 초래하게 된다. However, there are still many limitations to be solved for TMDs nanosheets to be used as a practical catalyst in terms of efficiency as a photocatalyst in the hydrogen generation reaction (HER), and there are many problems to be overcome. One of them is re-lamination of TMDs nanosheets obtained by liquid phase separation and unnecessary coagulation in the electrode manufacturing process. This not only dramatically reduces the edges of the exposed sheets needed to increase reactivity, but also results in the removal of active portions.
또 다른 제한적 요소는, 전자의 이동을 저해하는 요소인데, 이는 TMDs가 본연의 낮은 전도도를 가지기 때문이다. 따라서 이러한 제한적인 요소들을 극복하기 위해서, 높은 전도성을 가지는 물질과의 하이브리드 및 2성분계 물질에 대한 합성의 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다. Another limiting factor is the inhibition of electron transport, since TMDs have inherently low conductivity. Therefore, in order to overcome these limitations, research on the synthesis of a hybrid and a two-component material with a material having a high conductivity is progressing actively.
따라서 전극 제작과 적절한 응용분야에 사용되기 위해서는 이러한 하이브리드 및 다성분계 물질의 대면적 합성과 경제적으로 저렴한 물질을 이용한 TMD 기반의 연구가 HER 연구 분야에서 시급한 극복 과제로 남아있다. 따라서, 화학적 박리법으로 합성한 TMD 시트들을 사용함으로써 쉽게 일정하게 고른 대면적 필름을 만들 수 있는 연구 개발이 시급한 실정이다.Therefore, large-area synthesis of these hybrid and multicomponent materials and TMD-based research using economically inexpensive materials remain an urgent challenge in the field of HER research in order to be used in electrode fabrication and appropriate applications. Therefore, it is in urgent need of research and development that TMD sheets synthesized by chemical peeling method can be easily and uniformly formed into a large area film.
본 발명의 목적은 값 비싼 백금을 대체할 수 있는 이차원 물질 하이브리드 필름을 제조함으로써 이를 광 촉매에 적용하여 수소 발생 반응의 효율을 증가시킬 수 있는 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.It is an object of the present invention to provide a two-dimensional material hybrid film capable of replacing expensive platinum, which can be applied to a photocatalyst to increase the efficiency of a hydrogen generation reaction, and a two- And to provide a hybrid film and a manufacturing method thereof.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명전극; 상기 투명전극 상에 환원된 산화그래핀 필름, 1 이상의 2H-상 전이금속 칼코겐화합물 필름, 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 순차적으로 적층시킨 다중층 필름을 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a transparent electrode, On the transparent electrode, a reduced oxide graphene film, at least one 2H-phase transition metal chalcogenide compound film, and a 1T-phase transition metal chalcogenide compound There is provided a two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and a reduced oxidized graphene, including a multi-layer film in which films are sequentially laminated.
또한 본 발명은 투명전극; 상기 투명전극 상에 적층시킨 환원된 산화그래핀과 1 이상의 2H-상 전이금속 칼코겐합물로 구성된 다중 성분의 복합필름; 및 상기 다중 성분 복합필름 상에 적층된 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름을 제공한다.The present invention also relates to a transparent electrode; A multi-component composite film composed of reduced graphene oxide laminated on the transparent electrode and at least one 2H-phase transition metal chalcogenide; And a 1T-phase transition metal chalcogenide compound layered on the multi-component composite film A two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced graphene grains, comprising a film.
또한 본 발명은 환원된 산화그래핀, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물을 개별적으로 멤브레인을 통해 진공여과(vacuum filtration)하고 필터링하는 단계; 상기 환원된 산화그래핀, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물이 필터링된 멤브레인을 KOH 용액에 띄어 놓은 후 멤브레인을 녹여내어 환원된 산화그래핀 필름, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 필름 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 각각 준비하는 단계; 상기 준비된 환원된 산화그래핀 필름, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 필름을 투명전극 상에 순차적으로 적층하여 다중층을 형성하는 단계; 상기 다중층이 형성된 투명전극을 어닐링 처리하여 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물을 2H 상으로 상 변화시키는 단계; 및 상기 2H-상 전이금속 칼코겐화합물 필름 상에 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 전사하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for the preparation of reduced graphene grains, one or more transition metal chalcogen compounds And 1T-phase transition metal chalcogen compounds separately by vacuum filtration through a membrane and filtering; The reduced graphene grains, one or more transition metal chalcogen compounds And the 1T-phase transition metal chalcogen compound is filtered After the membrane is placed in a KOH solution, the membrane is melted to form a reduced oxide graphene film, at least one transition metal chalcogenide film And a 1T-phase transition metal chalcogenide compound film, respectively; Sequentially stacking the prepared reduced graphene oxide film and at least one transition metal chalcogenide compound film on a transparent electrode to form multiple layers; Annealing the transparent electrode having the multilayer structure to phase-convert one or more transition metal chalcogen compounds to a 2H state; And transferring the 1T-phase transition metal chalcogenide film onto the 2H-phase transition metal chalcogenide film. .
또한 본 발명은 환원된 산화그래핀, 및 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물의 혼합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물을 개별적으로 멤브레인을 통해 진공여과(vacuum filtration)하고 필터링하는 단계; 상기 혼합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물이 필터링된 멤브레인을 KOH 용액에 띄어 놓은 후 멤브레인을 녹여내어 환원된 산화그래핀, 및 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물로 이루어진 다중성분 필름 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 준비하는 단계; 상기 준비된 다중성분 필름을 투명전극 상에 적층시키는 단계; 상기 다중성분 필름이 적층된 투명전극을 어닐링 처리하여 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물을 각각 2H 상으로 상 변화시키는 단계; 및 상기 다중성분 필름 상에 준비된 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 전사하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for preparing a mixture comprising: preparing a mixture of reduced graphene grains and at least one transition metal chalcogenide compound and a 1T-phase transition metal chalcogenide; Vacuum filtration and filtering the mixture and the 1T-phase transition metal chalcogen compound separately through a membrane; The mixture and the 1T-phase transition metal chalcogen compound are separated from the filtered membrane in a KOH solution, and then the membrane is melted to form reduced oxidized graphene and at least one transition metal chalcogen compound Multiple components Preparing a film and a 1T-phase transition metal chalcogenide compound film; Laminating the prepared multi-component film on a transparent electrode; Annealing the transparent electrode on which the multi-component film is laminated to phase-convert one or more transition metal chalcogen compounds to 2H phase; And the multi- There is provided a method for manufacturing a two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and a reduced oxide graphene, which comprises the step of transferring a prepared 1T-phase transition metal chalcogenide film on a film.
본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 및 이의 제조방법은 벌크 상태의 얇은 필름을 만드는 것이 아니라 용액상의 시트 상태의 물질들을 혼합 또는 필름들이 겹겹이 쌓여 하이브리드 형태를 이루는 필름을 손쉽고 빠르게 제조할 수 있다. 이를 통해 필름 내에서 1 이상의 전이금속칼코겐화합물 사이에 접합을 이루어 전자와 정공의 흐름이 용이한 밴드 구조를 이룸으로써 빛에 반응하여 PEC 셀에서 보다 높은 효율을 제공할 수 있다. The two-dimensional material hybrid film comprising the transition metal chalcogenide compound and the reduced graphene graphene according to the present invention and the method for producing the same can be applied not only to a thin film in a bulk state but also to a mixture of materials in a sheet state in a solution state, Can be easily and quickly manufactured. This makes it possible to provide higher efficiency in the PEC cell in response to light by forming a band structure in which electrons and holes flow easily through bonding between one or more transition metal chalcogen compounds in the film.
또한, 서로 다른 밴드 갭을 가지는 두 가지 TMDs 물질을 하이브리드 형태로 제작함으로써 더 넓은 영역의 빛을 흡수 할 수 있고, 더불어 상 전환을 통해 빛을 흡수하는 2H-상 구조와 활성 촉매 층 역할을 수행하는 1T-상 구조의 필름을 더함으로써, 광 촉매효율을 증가시킬 수 있다.In addition, two TMDs having different band gaps are formed in a hybrid form, thereby absorbing a broader range of light. In addition, they act as a 2H-phase structure and an active catalyst layer that absorb light through phase conversion By adding a film having a 1T-phase structure, the photocatalytic efficiency can be increased.
도 1은 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(a), 수소 발생 반응에서 전하 이동 프로세스(b), 및 PEC 전극에서의 측정 시스템(c)을 나타낸 도면이고,
도 2는 진공여과법의 과정은 나타낸 이미지(a), 0.04 ㎎ MoS2 (b) 및 0.2 ㎎ MoS2(c)를 이용하여 제조된 MoS2 필름의 AFM 이미지, 0.04 ㎎ MoS2 (b) 및 0.2 ㎎ MoS2(c)를 이용하여 제조된 MoS2 필름의 SEM 이미지(삽도), 다양한 기판 상에 시료를 증착한 이미지(d) 및 2.5 인치 직경을 갖는 하이브리드 필름(e)를 나타낸 도면이며,
도 3은 실시예 2에 따라 제조된 이차원의 하이브리드 필름의 SEM 이미지(삽도는 SEM 이미지 단면도를 나타냄)(a), 실시예 2에 따라 제조된 이차원의 하이브리드 필름의 라만 스팩트럼(b), UV-vis를 이용하여 실시예 1 및 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름의 각 층이 더해짐에 따른 흡광도의 변화(c), 실시예 1에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(d) 및 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(e)의 HRTEM 및 매핑 이미지(EDS의 라인 매핑; C Kα 1(녹색 선), W Kα1(붉은 선), 및 Mo kα1(푸른 선))를 나타낸 도면이고,
도 4는 실시예 1에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름의 개략도(a), 어두운(직선) 및 빛 조사(데쉬선) 하에 실시 예 1에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름의 편광 곡선(b), 실시예 1에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(On-Off cycle: 100초)의 I-T 곡선(c), 및 광 촉매 수소 발생 활성(d)을 나타낸 도면이며,
도 5는 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름의 개략도(a), 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름에 대한 각각의 구성인 ITO/2H-상 MoS2(검은 색), ITO/2H-상 MoS2 + 2H-상 WS2 (붉은 색), ITO/rGO + 2H-상 MoS2 + 2H-상 WS2(푸른 색), 어두운(직선) 및 빛 조명(데쉬선) 하에 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름의 구성인 ITO/rGO + 2H-상 MoS2 + 2H-상 WS2/1T-상 MoS2의 편광곡선(b), 광 촉매 수소 발생 활성(c), 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(On-Off cycle: 150초)의 I-T 곡선(c), 및 광 촉매 수소 발생 활성(d)을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a hybrid film (a) of a two-dimensional material produced according to Example 1 and Example 2, a charge transfer process (b) in a hydrogen generation reaction, and a measurement system (c)
Figure 2 shows the process of vacuum filtration using an AFM image of a MoS 2 film prepared using image (a), 0.04 mg MoS 2 (b) and 0.2 mg MoS 2 (c), 0.04 mg MoS 2 (b) ㎎ MoS a diagram showing a hybrid film (e) having a SEM image (sapdo), images of the sample deposited on a variety of substrate (d) and 2.5-inch diameter of the MoS 2 film produced by using a 2 (c),
Fig. 3 is a SEM image of a two-dimensional hybrid film produced according to Example 2 (the illustration shows a cross-sectional view of an SEM image), a Raman spectrum (b) of a two-dimensional hybrid film prepared according to Example 2, (c), the hybrid film (d) of the two-dimensional material prepared in Example 1 and the hybrid film (d) of the two-dimensional material prepared in Example 1, HRTEM and mapping image (line mapping of EDS; CK alpha 1 (green line), WK alpha 1 (red line), and Mo k alpha 1 (blue line)) of the hybrid film (e) of the two- Fig.
4 is a schematic view (a) of a hybrid film of a two-dimensional material prepared in Example 1, a polarization curve (b) of a hybrid film of a two-dimensional material produced by Example 1 under dark (straight line) (C) and photocatalyst hydrogen generating activity (d) of a hybrid film (On-Off cycle: 100 sec) of the two-dimensional material prepared in Example 1,
5 is a schematic view (a) of a hybrid film of a two-dimensional material produced by Example 2, ITO / 2H-phase MoS 2 (black), which is a constituent of a hybrid film of a two- , ITO / 2H- the MoS 2 + 2H- the WS 2 (red), ITO / rGO + 2H- the MoS 2 + 2H- the WS 2 (blue), dark (straight line) and the light illumination (dash line) The composition of the hybrid film of the two-dimensional material prepared in Example 2 was ITO / rGO + 2H-phase MoS 2 + 2H-phase WS 2 / 1T-phase MoS 2 (B), photocatalytic hydrogen generating activity (c), IT curve (c) of the hybrid film of the two-dimensional material prepared in Example 2 (On-Off cycle: 150 sec) d.
이하, 본 발명의 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 및 이의 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and a reduced oxide graphene of the present invention and a method for producing the same will be described in detail.
본 발명의 발명자들은 빠르고 간편한 제조방법으로 이차원 물질들을 사용하고, 전이금속 칼코겐화합물의 상 변화를 통해 변화된 전기적 특성을 이용하여, 하이브리드 필름 내에서 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물이 접합을 이루어 전자와 정공의 흐름이 용이한 밴드 구조를 이루게 됨으로써 빛에 반응하여 PEC 전극에서 높은 효율을 가질 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have found that by using two-dimensional materials as a quick and easy manufacturing method and by using electrical characteristics changed through phase change of a transition metal chalcogenide compound, at least one transition metal chalcogenide compound is bonded in the hybrid film, It is possible to achieve high efficiency in the PEC electrode in response to light by forming a band structure in which holes flow easily. Thus, the present invention has been completed.
본 발명은 투명전극; 및 상기 투명전극 상에 환원된 산화그래핀 필름, 1 이상의 2H-상 전이금속 칼코겐화합물 필름, 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 순차적으로 적층시킨 다중층 필름을 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름을 제공한다.The present invention relates to a transparent electrode; And a reducing oxide graphene film, at least one 2H-phase transition metal chalcogenide compound film, and a 1T-transition metal chalcogenide compound There is provided a two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and a reduced oxidized graphene, including a multi-layer film in which films are sequentially laminated.
또한 본 발명은 투명전극; 상기 투명전극 상에 적층시킨 환원된 산화그래핀과 1 이상의 2H-상 전이금속 칼코겐합물로 구성된 다중 성분의 복합필름; 및 상기 다중 성분 복합필름 상에 적층된 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름을 제공한다.The present invention also relates to a transparent electrode; A multi-component composite film composed of reduced graphene oxide laminated on the transparent electrode and at least one 2H-phase transition metal chalcogenide; And a 1T-phase transition metal chalcogenide compound layered on the multi-component composite film A two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced graphene grains, comprising a film.
상기 투명전극은 ITO, ZnO, FTO, AZO, GZO, IZO, 및 IGZO로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The transparent electrode may be any one selected from the group consisting of ITO, ZnO, FTO, AZO, GZO, IZO, and IGZO, but is not limited thereto.
상기 전이금속 칼코겐화합물은 TiS2, TiSe2, TiTe2, ZrS2, ZrSe2, ZrTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, NbS2, NbSe2, NbTe2, WS2, WSe2, WTe2, MoS2, MoSe2, 및 MoTe2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The transition metal chalcogenide is TiS 2, TiSe 2, TiTe 2 ,
특히, 이황화몰리브덴(이하 'MoS2')은 다른 물질과는 확연히 상이한 전기적 특성, 즉 금속성을 지닌 1T-상 구조와 반도체적 특성을 지닌 2H-상 구조의 두 가지 상이 존재한다. 1T-MoS2는 금속성을 가지기 때문에 뛰어난 촉매로서의 역할을 수행할 수 있고, 또한 2H-MoS2는 반도체적 특성을 가지기 때문에 빛을 흡수 하기 용이한 직접 밴드 갭을 가지고 있다.In particular, there are two phases of molybdenum disulfide (hereinafter referred to as 'MoS 2 ') which have distinct electrical characteristics from other materials, namely, a 1T-phase structure with metallic properties and a 2H-phase structure with semiconductor properties. 1T-MoS 2 can serve as an excellent catalyst because it has a metallic property, and 2H-MoS 2 has a direct bandgap for easy absorption of light since it has semiconductor characteristics.
상기 이차원 물질 하이브리드 필름은 환원된 산화그래핀, 1 이상의 2H-상 전이금속 칼코겐화합물, 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물이 1 : (0.5 ~ 1.5) : (0.5 ~ 1.5)의 중량비로 이루어질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The two-dimensional material hybrid film is produced by mixing the reduced graphene grains, the at least one 2H-phase transition metal chalcogenide compound, and the 1T-phase transition metal chalcogenide compound in a weight ratio of 1: (0.5-1.5) :( 0.5-1.5) But is not limited thereto.
상기 이차원 물질 하이브리드 필름은 상기 투명전극 상에 평균두께가 10 내지 15 nm인 환원된 산화그래핀 필름, 평균두께가 5 내지 10 nm인 1 이상의 2H-상 전이금속 칼코겐화합물 필름, 및 평균두께가 4 내지 6 nm인 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 순차적으로 적층시킬 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The two-dimensional material hybrid film comprises a reduced graphene oxide film having an average thickness of 10 to 15 nm on the transparent electrode, at least one 2H-phase transition metal chalcogenide compound film having an average thickness of 5 to 10 nm, A 1T-phase transition metal chalcogen compound having 4 to 6 nm The films may be sequentially laminated, but are not limited thereto.
상기 이차원 물질 하이브리드 필름은 상기 투명전극 상에 평균두께가 35 내지 40 nm인 다중 성분의 복합필름 및 평균두께가 4 내지 6 nm인 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The two-dimensional material hybrid film has a multi-component composite film having an average thickness of 35 to 40 nm on the transparent electrode and a 1T-phase transition metal chalcogenide compound having an average thickness of 4 to 6 nm Film, but is not limited thereto.
또한 본 발명은 환원된 산화그래핀, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물을 개별적으로 멤브레인을 통해 진공여과(vacuum filtration)하고 필터링하는 단계; 상기 환원된 산화그래핀, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물이 필터링된 멤브레인을 KOH 용액에 띄어 놓은 후 멤브레인을 녹여내어 환원된 산화그래핀 필름, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 필름 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 각각 준비하는 단계; 상기 준비된 환원된 산화그래핀 필름, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 필름을 투명전극 상에 순차적으로 적층하여 다중층을 형성하는 단계; 상기 다중층이 형성된 투명전극을 어닐링 처리하여 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물을 2H 상으로 상 변화시키는 단계; 및 상기 2H-상 전이금속 칼코겐화합물 필름 상에 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 전사하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for the preparation of reduced graphene grains, one or more transition metal chalcogen compounds And 1T-phase transition metal chalcogen compounds separately by vacuum filtration through a membrane and filtering; The reduced graphene grains, one or more transition metal chalcogen compounds And the 1T-phase transition metal chalcogen compound is filtered After the membrane is placed in a KOH solution, the membrane is melted to form a reduced oxide graphene film, at least one transition metal chalcogenide film And a 1T-phase transition metal chalcogenide compound film, respectively; Sequentially stacking the prepared reduced graphene oxide film and at least one transition metal chalcogenide compound film on a transparent electrode to form multiple layers; Annealing the transparent electrode having the multilayer structure to phase-convert one or more transition metal chalcogen compounds to a 2H state; And transferring the 1T-phase transition metal chalcogenide film onto the 2H-phase transition metal chalcogenide film. .
또한 본 발명은 환원된 산화그래핀, 및 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물의 혼합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물을 개별적으로 멤브레인을 통해 진공여과(vacuum filtration)하고 필터링하는 단계; 상기 혼합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물이 필터링된 멤브레인을 KOH 용액에 띄어 놓은 후 멤브레인을 녹여내어 환원된 산화그래핀, 및 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물로 이루어진 다중성분 필름 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 준비하는 단계; 상기 준비된 다중성분 필름을 투명전극 상에 적층시키는 단계; 상기 다중성분 필름이 적층된 투명전극을 어닐링 처리하여 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물을 각각 2H 상으로 상 변화시키는 단계; 및 상기 다중성분 필름 상에 준비된 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 전사하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for preparing a mixture comprising: preparing a mixture of reduced graphene grains and at least one transition metal chalcogenide compound and a 1T-phase transition metal chalcogenide; Vacuum filtration and filtering the mixture and the 1T-phase transition metal chalcogen compound separately through a membrane; The mixture and the 1T-phase transition metal chalcogen compound are separated from the filtered membrane in a KOH solution, and then the membrane is melted to form reduced oxidized graphene and at least one transition metal chalcogen compound Multiple components Preparing a film and a 1T-phase transition metal chalcogenide compound film; Laminating the prepared multi-component film on a transparent electrode; Annealing the transparent electrode on which the multi-component film is laminated to phase-convert one or more transition metal chalcogen compounds to 2H phase; And the multi- There is provided a method for manufacturing a two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and a reduced oxide graphene, which comprises the step of transferring a prepared 1T-phase transition metal chalcogenide film on a film.
상기 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물을 각각 2H 상으로 상 변화시키는 단계는 투명전극을 250 내지 350℃에서 120 내지 180분 동안 어닐링 처리할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The step of phase-converting the at least one transition metal chalcogenide compound into the 2H phase may be performed by annealing the transparent electrode at 250 to 350 ° C for 120 to 180 minutes, but is not limited thereto.
상기 투명전극은 ITO, ZnO, FTO, AZO, GZO, IZO, 및 IGZO로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The transparent electrode may be any one selected from the group consisting of ITO, ZnO, FTO, AZO, GZO, IZO, and IGZO, but is not limited thereto.
상기 전이금속 칼코겐화합물은 TiS2, TiSe2, TiTe2, ZrS2, ZrSe2, ZrTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, NbS2, NbSe2, NbTe2, WS2, WSe2, WTe2, MoS2, MoSe2, 및 MoTe2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The transition metal chalcogenide is TiS 2, TiSe 2, TiTe 2 ,
본 발명을 보다 구체적으로 설명하면, 투명전극; 상기 투명전극 상에 환원된 산화그래핀 필름, 2H-상 MoS2 필름, 2H-상 WS2 필름, 1T-상 MoS2 필름을 순차적으로 적층시킨 다중층 필름을 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원 그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름일 수 있다.The present invention will be described in more detail. A transition metal chalcogenide compound comprising a multilayer film comprising a transparent oxide film, a reduced graphene film, a 2H-phase MoS 2 film, a 2H-phase WS 2 film and a 1T-phase MoS 2 film sequentially laminated on the transparent electrode, Dimensional material hybrid film including reduced graphene.
또 다른 측면에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면, 투명전극; 상기 투명전극 상에 적층시킨 환원된 산화그래핀, 2H-상 MoS2, 및 2H-상 WS2로 구성된 다중 성분의 복합필름; 상기 다중 성분 복합필름 상에 전사된 1T-상 MoS2 필름을 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원 그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a transparent electrode comprising: a transparent electrode; A multi-component composite film composed of reduced graphene grains laminated on the transparent electrode, 2H-phase MoS 2 , and 2H-phase WS 2 ; Dimensional hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and reducing graphene, including a 1T-phase MoS 2 film transferred onto the multi-component composite film.
또 다른 측면에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면, 환원된 산화그래핀, MoS2, WS2 및 1T-상 MoS2를 개별적으로 멤브레인을 통해 진공여과(vacuum filtration)하고 필터링하는 단계; 상기 환원된 산화그래핀, MoS2, WS2 및 1T-상 MoS2가 필터링된 멤브레인을 KOH 용액에 띄어 놓은 후 멤브레인을 녹여내어 환원된 산화그래핀 필름, MoS2 필름, WS2 필름, 및 1T-상 MoS2 필름을 각각 준비하는 단계; 상기 준비된 환원된 산화그래핀 필름, MoS2 필름, 및 WS2 필름을 투명전극 상에 순차적으로 적층하여 다중층을 형성하는 단계; 상기 다중층이 형성된 투명전극을 어닐링 처리하여 MoS2, 및 WS2를 각각 2H 상으로 상 변화시키는 단계; 및 상기 2H-상 WS2 필름 상에 1T-상 MoS2 필름을 전사하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원 그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 제조방법일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for fabricating a semiconductor device, comprising: vacuum-filtering and filtering reduced graphene grains, MoS 2 , WS 2 and 1T-phase MoS 2 individually through a membrane; The reduced graphene grains, MoS 2 , WS 2, and 1T-phase MoS 2 , Separating the membrane into a KOH solution, and then dissolving the membrane to prepare a reduced oxidized graphene film, a MoS 2 film, a WS 2 film, and a 1T-phase MoS 2 film, respectively; Sequentially stacking the prepared reduced oxidized graphene film, MoS 2 film, and WS 2 film on a transparent electrode to form multiple layers; Annealing the transparent electrode having the multilayer structure to phase-change MoS 2 and WS 2 to 2H; And transferring the 1T-phase MoS 2 film onto the 2H-phase WS 2 film, wherein the transition metal chalcogen compound and the reducing graphene are mixed with each other.
또 다른 측면에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면, 환원된 산화그래핀, MoS2, 및 WS2의 혼합물 및 1T-상 MoS2를 준비하는 단계; 상기 혼합물 및 1T-상 MoS2를 개별적으로 멤브레인을 통해 진공여과(vacuum filtration)하고 필터링하는 단계; 상기 혼합물 및 1T-상 MoS2가 필터링된 멤브레인을 KOH 용액에 띄어 놓은 후 멤브레인을 녹여내어 환원된 산화그래핀, MoS2, 및 WS2로 이루어진 다중성분 필름 및 1T-상 MoS2 필름을 준비하는 단계; 상기 준비된 다중성분 필름을 투명전극 상에 적층시키는 단계; 상기 다중성분 필름이 적층된 투명전극을 어닐링 처리하여 MoS2, 및 WS2를 각각 2H 상으로 상 변화시키는 단계; 및 상기 환원된 산화그래핀, 2H-상 MoS2, 및 2H-상 WS2로 이루어진 다중성분 필름 상에 준비된 1T-상 MoS2 필름을 전사하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원 그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 제조방법일 수 있다.In another aspect, the present invention is more specifically described by a method comprising: preparing a mixture of reduced graphene grains, MoS 2 , and WS 2 and 1T-phase MoS 2 ; Vacuum filtration and filtering the mixture and 1T-phase MoS 2 separately through a membrane; The membrane and the 1T-phase MoS 2 filtered membrane were placed in a KOH solution, and the membrane was melted to form a solution of reduced graphene, MoS 2 , and WS 2 Multiple components Preparing a film and a 1T-phase MoS 2 film; Laminating the prepared multi-component film on a transparent electrode; Annealing the transparent electrode on which the multi-component film is laminated to phase-change MoS 2 and WS 2 to 2H respectively; And the reduced graphene oxide, 2H-phase MoS 2 , and 2H-phase WS 2 Multiple components And transferring the prepared 1T-phase MoS 2 film onto a film, wherein the transition metal chalcogen compound and the reducing graphene are contained.
이하, 하기 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited by these examples.
<실시예 1> 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 다중층 필름의 제조Example 1 Preparation of a Two-Dimensional Hybrid Multilayer Film Containing Transition Metal Chalcogen Compound and Reduced Oxide Graft
1. 재료의 준비1. Preparation of materials
이차원 물질을 제조 하기 위해 두께 조절이 용이한 리튬을 이용한 화학적 박리법을 사용하였다. 리튬을 Bulk MoS2 사이 사이에 n-Butyllithium을 이용하여 삽입하는 작업을, 3일 동안 90℃, Ar 분위기에서 반응을 수행하였다. 그 후 1시간 동안 소성을 통해, 실질적인 박리를 시행하였다. 그 후 원심분리를 통해 남은 잔여물을 씻어 낸 후, 상등액을 취해 단일층(monolayer)들을 걸러내었고, 단일층 MoS2 확인은 AFM을 통하여 하였으며, 시트 두께는 ~ 1.1 nm 이었다. A chemical stripping method using lithium, which is easy to control the thickness, was used to fabricate two - dimensional materials. The reaction between lithium and Bulk MoS 2 was performed using n-Butyllithium in an Ar atmosphere at 90 ° C for 3 days. Subsequently, substantial peeling was carried out through firing for 1 hour. The supernatant was then removed by centrifugation and the supernatant was filtered to remove monolayers. Monolayer MoS 2 confirmation was done through AFM and the sheet thickness was ~1.1 nm.
또한, 상기 화학적 박리법을 사용하여 ~ 1 nm의 시트 두께를 갖는 단일층의 WS2를 준비하였고, 환원된 산화그래핀(Reduced graphene oxide; 이하 'rGO')은 일반적으로 알려진 Hummer's 방법을 통해 얻어 낸 후, 하이드라진 환원법을 통해 합성하였다.Further, a single layer of WS 2 having a sheet thickness of ~ 1 nm was prepared using the chemical peeling method, and reduced graphene oxide (hereinafter, referred to as 'rGO') was obtained through a generally known Hummer's method And then synthesized by the hydrazine reduction method.
2. 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 다중층 필름의 제조2. Preparation of a two-dimensional material hybrid multilayer film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced oxidized graphene
rGO 0.04 ㎎을 0.2 ㎛ 기공을 갖는 아노디스크(anodisc) (시그마 알드리치, 미국) 멤브레인을 통해 진공여과(vacuum filtration)하여 필터링하고 KOH 용액 표면에 아노디스크 멤브레인을 10분 동안 띄어 놓은 후 아노디스크 멤브레인을 녹여내어 rGO 필름을 준비하였다.0.04 mg of rGO was filtered by vacuum filtration through anodisc (Sigma Aldrich, USA) membrane having a pore size of 0.2 탆, anodisc membrane was placed on the surface of KOH solution for 10 minutes, and anodisc membrane And the rGO film was prepared.
KOH 용액을 세정하기 위해, KOH 용액 표면 상에 존재하는 rGO 필름을 물 위로 옮겨 10분 동안 띄어 놓는 후, 인듐 주석 산화물 기판 상에 전사하였다.In order to clean the KOH solution, the rGO film existing on the surface of the KOH solution was transferred onto water and allowed to stand for 10 minutes, and then transferred onto the indium tin oxide substrate.
또한, 흡수 층으로 사용되는 MoS2(0.04 ㎎), 및 WS2(0.04 ㎎)을 상기 rGO 필름 제조공정과 동일한 방법을 이용하여 각각의 필름을 준비하였고, 이를 rGO 필름이 전사된 인듐 주석 산화물 기판 상에 순차적으로 적층하였다.Further, MoS 2 (0.04 mg) and WS 2 (0.04 mg) used as an absorption layer were prepared in the same manner as in the above rGO film production process, and each film was prepared, and this was coated on the indium tin oxide substrate As shown in Fig.
1T 상태의 TMD 층을 흡수 층으로 사용 할 수 있도록, 300℃에서 150분 동안 어닐링 과정을 통해 MoS2, 및 WS2 각각을 2H 상으로 상 변화를 한 후, 촉매 활성층으로 사용되는 1T MoS2(0.02 ㎎) 층을 전사하여 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 다중층 필름을 제조하였다.MoS 2 and WS 2 were each phase-changed to 2H by annealing at 300 ° C for 150 minutes so that the TMD layer in the 1T state could be used as an absorption layer. Then, 1T MoS 2 ( 0.02 mg) layer was transferred to prepare a two-dimensional material hybrid multilayer film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced oxidized graphene.
<실시예 2> <실시예 1> 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 다중성분 필름의 제조≪ Example 2 > Example 1: Preparation of a two-dimensional material hybrid multi-component film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced oxide graphene
rGO(0.04 ㎎), MoS2(0.04 ㎎), 및 WS2(0.04 ㎎)를 모두 섞은 용액을 0.2 ㎛ 기공을 갖는 아노디스크(anodisc) (시그마 알드리치, 미국) 멤브레인을 통해 진공여과(vacuum filtration)하여 필터링하고 KOH 용액 표면에 아노디스크 멤브레인을 10분 동안 띄어 놓은 후 아노디스크 멤브레인을 녹여내어 rGO, MoS2, 및 WS2 다중성분 필름을 준비하였다. rGO (0.04 ㎎), MoS 2 (0.04 ㎎), and WS 2-cyano disk (anodisc) having a 0.2 ㎛ pore mixing both (0.04 ㎎) solution (Sigma Aldrich, USA), vacuum filtered through a membrane (vacuum filtration) And the anodisc membrane was left on the surface of the KOH solution for 10 minutes. The anodisc membrane was melted to prepare rGO, MoS 2 , and WS 2 multi-component films.
KOH 용액을 세정하기 위해, KOH 용액 표면 상에 존재하는 rGO, MoS2, 및 WS2 다중성분 필름을 물 위로 옮겨 10분 동안 띄어 놓는 후, 인듐 주석 산화물 기판 상에 전사하였다.In order to clean the KOH solution, the rGO, MoS 2 , and WS 2 multi-component films present on the surface of the KOH solution were transferred onto water and allowed to stand for 10 minutes, and then transferred onto the indium tin oxide substrate.
1T 상태의 TMD 층을 흡수 층으로 사용 할 수 있도록, 300℃에서 150분 동안 어닐링 과정을 통해 MoS2, 및 WS2 각각을 2H 상으로 상 변화를 한 후, 촉매 활성층으로 사용되는 1T MoS2(0.02 ㎎) 층을 전사하여 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 다중성분 필름을 제조하였다.MoS 2 and WS 2 were each phase-changed to 2H by annealing at 300 ° C for 150 minutes so that the TMD layer in the 1T state could be used as an absorption layer. Then, 1T MoS 2 ( 0.02 mg) layer was transferred to prepare a two-dimensional material hybrid multi-component film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced oxidized graphene.
<실험예 1> PEC 전극의 성능 평가≪ Experimental Example 1 > Performance evaluation of PEC electrode
PEC 전극의 성능을 측정하기 위해 3-셀 전극 시스템을 사용하여 front-side 의 광 조사 방법을 통해 시행하였다. 이때 Xe lamp의 AM 1.5G 빛을 사용하였으며, Ag/AgCl 및 백금을 각각 표준전극과 상대전극으로 사용하였다. 전해질은 Na2SO4 0.5 M을 사용하였고, 광전류 안정성(Photocurrent stability) 시험은 빛을 100초 간격으로 조사 유무에 따라 0.8 V vs. Ag/AgCl에서의 광 전류 유지 정도를 통해 확인 하였다.In order to measure the performance of the PEC electrode, a 3-cell electrode system was used to perform the front-side light irradiation method. At this time, AM 1.5G light of Xe lamp was used, and Ag / AgCl and platinum were used as a standard electrode and a counter electrode, respectively. The electrolyte was Na 2 SO 4 0.5 M, and the photocurrent stability test was performed at 0.8 V vs. Ag / AgCl.
도 1(a)를 참조하면, 이차원 하이브리드 형태의 필름을 진공여과를 통해 제작하여 PEC 연구에 적용하였다. 구체적으로, 첫 번째로는 실시예 1에 따라 제조된 다증충(multi-layered) 필름(1T MoS2/2H WS2/2H MoS2/rGO/ITO)과 실시예 2에 따라 제조된 다중성분(multi-component) 필름(1T MoS2/2H MoS2+ 2H WS2+rGO/ ITO)을 vacuum filtration을 통해 제작 하였다. Referring to Fig. 1 (a), a two-dimensional hybrid film was formed through vacuum filtration and applied to the PEC study. Specifically, the first to the embodiment is first prepared according to jeungchung (multi-layered) film (1T MoS 2 / 2H WS 2 /
도 1(b)를 참조하면, 상기 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름에서, 2H-상 MoS2와 2H-상 WS2가 빛을 흡수하는 역할을 하고 환원된 산화그래핀 필름은 전도도를 증가시키는 가교 역할을 하여 이동자의 흐름을 원활하게 함으로써 전자 정공의 재결합을 막는 효과를 기대할 수 있다.Referring to FIG. 1 (b), in a hybrid film of a two-dimensional material produced according to Examples 1 and 2, 2H-phase MoS 2 and 2H-phase WS 2 absorb light, The graphene film acts as a bridge to increase the conductivity and smoothes the flow of the mover, thereby preventing the recombination of the electron holes.
PEC 전극의 전하 이동 과정은 먼저 2H-상 MoS2와 2H-상 WS2가 빛을 흡수 하는 영역이 다르고, 여기자에 의해 생성된 전자가 쉽게 이동할 수 있는 밴드 구조를 가지게 되어, PEC를 통한 수소 발생 반응에 사용 되는 전자를 흥분상태에 이르게 하고, 흥분상태에 있는 전자가 1T-상 MoS2의 가장자리 부분, 즉 표면 부분으로 이동하게 되어 수소 양성자에게 전자를 전달하게 됨으로써 수소 분자가 발생하게 된다. PEC 전극 측정 방법은 일반적으로 사용 되어지는 방법과 동일하며, 상기 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제작된 하이브리드 필름은 광 환원 전극으로 사용되었다.(도 1(c) 참조). In the charge transfer process of the PEC electrode, first, 2H-phase MoS 2 and 2H-phase WS 2 have different band-absorbing regions, and electrons generated by the excitons have a band structure in which they can move easily. The electrons used in the reaction reach the excited state, and electrons in the excited state move to the edge portion of the 1T-phase MoS 2 , that is, the surface portion, thereby transferring electrons to the hydrogen protons, thereby generating hydrogen molecules. The PEC electrode measurement method is the same as that generally used, and the hybrid film fabricated according to Examples 1 and 2 was used as a photoreceiving electrode (see Fig. 1 (c)).
이차원 물질 하이브리드 필름을 PEC 전극에 사용하기 위해, 진공여과를 통해 환원 전극을 제작하였다(도 2(a) 참조). 먼저 아노디스크(anodisc) 멤브레인에 리튬 삽입 방법을 통해 얻어진 MoS2와 WS2를 필터링 하였다. 그 후에, 산화 알루미늄으로 이루어진 아노디스크(anodisc) 멤브레인을 KOH 용액 상에 띄워 산화 알루미늄을 식각하여 얇은 이차원 물질의 하이브리드 필름을 얻었다. In order to use a two-dimensional material hybrid film for a PEC electrode, a reduction electrode was prepared by vacuum filtration (see Fig. 2 (a)). First, MoS 2 and WS 2 obtained through the lithium insertion method were filtered through an anodisc membrane. Thereafter, an anodisc membrane made of aluminum oxide was floated on the KOH solution to etch the aluminum oxide to obtain a hybrid film of a thin two-dimensional material.
상기 실시예 1 및 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름의 두께를 측정하기 위해 원자힘현미경(Bruker Dimension Icon)을 이용하여 원자힘현미경분석(Atomic force microscopy; 이하'AFM')을 수행하였다.Atomic force microscopy (AFM) was performed using an atomic force microscope (Bruker Dimension Icon) to measure the thickness of the hybrid film of the two-dimensional material prepared in Examples 1 and 2 Respectively.
도 2(b) 및 도 2(c)를 참조하면, 필터링하는 액상 속의 MoS2의 농도가 0.02 ㎎/㎖ 일 때와 0.04 ㎎/㎖ 일 때의 두께가 각각 ~ 3.4 nm, 및 ~ 6.2 nm 인 것을 알 수 있는 바, 이는 목적 물질 농도의 변화 비율을 조절함으로써 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름의 두께도 동일한 비율로 변한다는 것을 알 수 있다.2 (b) and 2 (c), when the concentrations of MoS 2 in the liquid phase to be filtered are 0.02 mg / ml and 0.04 mg / ml, the thicknesses are ~ 3.4 nm and ~ It can be seen that the thickness of the hybrid film of the two-dimensional material produced by controlling the rate of change of the target material concentration also changes at the same rate.
이렇게 두께 조절이 용이한 이차원 물질의 하이브리드 필름을 응용 분야에 따라 필요한 기판 상에 전사하게 되는데, 기존의 수열합성법, 또는 화학기상증착법과 같은 필름 제작방법은 고열 반응 등으로 인해 PEC 전극에 보편적으로 사용되는 유리기판을 사용함에 있어서 제한이 있었다. 하지만 상기 실시예 1 및 실시예 2에 따른 방법은 다양한 기판 상에 전사가 용이할 뿐만 아니라, 이미 합성된 다른 물질 위에 덫붙여 상호적 도움을 줄 수 있는 조 촉매로 사용될 수 있음을 알 수 있다(도 2(d) 참조). The hybrid film of the two-dimensional material which is easy to control the thickness is transferred to the substrate according to the application field. The film manufacturing method such as the conventional hydrothermal synthesis method or the chemical vapor deposition method is commonly used for the PEC electrode due to the high temperature reaction There is a limitation in using the glass substrate. However, it can be seen that the method according to Examples 1 and 2 is not only easy to transfer onto various substrates, but also can be used as a cocatalyst capable of trapping and mutually assisting on already synthesized other substances 2 (d)).
또한, 이전의 PEC 전극을 제작하는 과정에서, 얇은 필름 등을 전극에 사용되는 충분한 크기로 합성하는 것이 여전히 도전적인 과제로 남아 있었지만, 진공여과 방법을 이용할 경우, 사용되는 멤브레인의 크기에 따라, 필요에 따른 크기로 제작 가능하다는 또 하나의 장점을 가지고 있다(도 2(e) 참조). Further, in the process of manufacturing the PEC electrode, it has been still a challenge to synthesize a thin film or the like having a sufficient size to be used for the electrode. However, when the vacuum filtration method is used, depending on the size of the membrane used, (See Fig. 2 (e)).
상기 실시예 1 및 실시예 2에 의헤 제조된 하이브리드 필름의 특성을 분석하기 위하여, 전자주사현미경 분석은(scanning electron microscopy analysis; 이하 'SEM')은 전자주사현미경(FEI verios 460 scanning electron microscope with EDS)을 이용하였고, 라만분광법 분석(Raman spectroscopy analysis)은 라만현미경(WITec confocal Raman Microscope system alpha300M)을 이용하였으며, UV-vis 스펙트럼 분석(UV-vis spectrum analysis)은 UV-vis 분광광도계(Cary series UV-vis-NIR spectrophotometer)를 이용하였고, 또한 고분해능 투과전자현미경 분석(High-resolution transmission electron microscopy analysis; 이하 'HRTEM') 및 에너지분산형 X선 분광분석법(Enery Disperse X-ray Spectrum analysis; 이하 'EDS')은 고분해능 투과전자 현미경(JEM-2100F)를 이용하였다.In order to analyze the characteristics of the hybrid films prepared according to Examples 1 and 2, scanning electron microscopy (SEM) was performed using a FEI Verios 460 scanning electron microscope with EDS The UV-vis spectrum analysis was carried out using a UV-vis spectrophotometer (Cary series UV-vis spectrophotometer), and the Raman spectroscopy analysis was carried out using a Raman microscope (WITec confocal Raman Microscope system, -vis-NIR spectrophotometer and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and Enery Disperse X-ray Spectroscopy (EDS) ') Was a high-resolution transmission electron microscope (JEM-2100F).
도 3(a)를 참조하면, SEM 이미지 상에서 볼 수 있듯이, 사용된 물질로 표면이 균일하게 빼곡히 메워져 있는 것을 볼 수 있고, 평평한 구조를 이루고 있는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 (a), as can be seen from the SEM image, it can be seen that the surface is uniformly filled with the material used, and that the structure is flat.
또한, 도 3(b)를 참조하면, SEM 이미지 및 SEM 이미지 내에 삽입된 단면적 사진에 나타낸 바와 같이, 두께는 30 ~ 40 nm로 아주 얇은 막으로 이루어 진 것을 알 수 있으며, 라만분광법으로 필름을 표면 분석을 해보아도, MoS2, WS2의 E2g, A1g 피크와 동시에 rGO의 고유 피크인 D, G 밴드 피크를 확인 할 수 있었다. Referring to FIG. 3 (b), as shown in the SEM image and the cross-sectional photographs inserted in the SEM image, it can be seen that the thickness is 30 to 40 nm, which is a very thin film, Analysis showed that the intrinsic peaks of rGO at the same time as the E 2 g and A 1 g peaks of MoS 2 and WS 2 were observed.
도 3(c)를 참조하면, 상기 실시예 1 및 실시예 2에 의헤 제조된 하이브리드 필름으로 UV-vis를 이용하여 각 층이 더해짐에 따라 흡광도의 변화를 살펴 보았다. rGO와 2H-상 WS2 필름에서 흡수하는 영역보다, 2H-상 MoS2를 더하였을 때 흡수하는 영역이 눈에 뛰게 증가함을 알 수 있다. 이는 PEC 전극으로 사용 할 때 2H-상 WS2만을 흡수 층으로 사용할 때 보다 2H-상 MoS2층과 같이 사용할 때 더욱더 빛을 더 많이 흡수 할 수 있음을 뜻한다. 각각의 단일 물질의 UV 스팩트라를 확인하여 비교하여도, 각각 다른 흡수 피크가 존재함으로써, 이를 적층할 경우 시너지한 흡수가 일어날 수 있음을 예측할 수 있었다. Referring to FIG. 3 (c), changes in absorbance of the hybrid films prepared according to Examples 1 and 2 were examined as UV-vis was added to each layer. It can be seen that the area absorbed when 2H-phase MoS 2 is added is more noticeable than the area absorbed by rGO and 2H-phase WS 2 films. This means that when used as a PEC electrode, it can absorb more light more when used as a 2H-phase MoS 2 layer than when only 2H-phase WS 2 is used as an absorption layer. Even if UV spectra of each single substance were identified and compared, it was predicted that there would be different absorption peaks, so that when they were laminated, a synergistic absorption could occur.
도 3(d) 및 도 3(e)를 참조하면, 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름에서 rGO 필름 부분과 WS2, 및 MoS2 부분의 층간 간격(d-spacing) 값이 각각 0.37 nm(기준 0.33 nm)와 0.62 nm(기준 0.62 nm), 0.72 nm(기준 0.7 nm) 인 것으로 한 층에서 여러 가지 시트들이 고르게 섞인 것을 알 수 있다.3 (d) and 3 (e), the d-spacing values of the rGO film portion and the WS 2 and MoS 2 portions in the hybrid film of the two-dimensional material prepared in Example 2 are 0.37 nm (reference 0.33 nm), 0.62 nm (reference 0.62 nm) and 0.72 nm (reference 0.7 nm), indicating that the various sheets are evenly mixed in one layer.
또한, EDS 이미지 매핑을 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(multi-layered 필름)에서는 C층, W층, 및 Mo층이 순차적으로 적층되어 있는 것을 볼 수 있으며, 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(multi-component 필름)에서는 한 층에 Mo, W, 및 C 원소들이 고르게 퍼져 있는 것을 확인 할 수 있다.Referring to the EDS image mapping, it can be seen that the C layer, the W layer, and the Mo layer are sequentially laminated in the hybrid film (multi-layered film) of the two-dimensional material manufactured in Example 1, In the hybrid film of a two-dimensional material manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Mo, W, and C are uniformly distributed in one layer.
또한, 실시예 1 및 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름의 하이브리드 구조에 따라 빛에 감응 하는 정도, 즉 PEC 효율의 차이를 테스트 하였다.In addition, the degree of sensitivity to light, that is, the difference in PEC efficiency, was tested according to the hybrid structure of the hybrid film of the two-dimensional material prepared in Example 1 and Example 2.
먼저, 도 4(a)를 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(multi-layered 필름)에서의 빛을 흡수 하는 정도를 선형주사전위법(Linear sweep voltammetry; 이하 'LSV')을 통해 확인 하였다. 이는 TMDs 시트가 기존에 촉매 활성을 지니고 있기 때문에 빛을 조사 하기 전에도 -50 ㎂/cm2 의 전류밀도를 나타내었다.4 (a), the degree of light absorption in a hybrid film of a two-dimensional material prepared in Example 1 was measured by linear sweep voltammetry (hereinafter referred to as LSV) ). This indicates that the TMDs sheet had a current density of -50 / / cm 2 even before the light irradiation because the TMDs sheet had catalytic activity.
도 4(b)를 참조하면, 빛을 조사 하게 되면 전류밀도가 약 -80 ㎂/cm2 정도로 증가하게 되는데, 이는 실시예 1에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(multi-layered 필름)의 각 시트의 역할에 대한 조절 실험을 바탕으로 2H-상 WS2와 2H-상 MoS2 필름에서 여기 되는 전자의 이동으로 인해, 1T-상 MoS2 필름에서의 촉매효과를 증가 시키기 때문이라는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 (b), when the light is irradiated, the current density is increased to about -80 / / cm 2 , which is the difference between the angle of the multi-layered film of the two- it can be seen that, because due to the
도 4(c)를 참조하면, 빛 감응 정도를 알아보기 쉽게 표현 하기 위해, 가해 주는 포텔셜 -0.8 V에서의 100초 단위로 빛을 껐다 켰다를 반복하며 빛의 반응 정도를 확인하였다. Referring to FIG. 4 (c), in order to easily show the degree of light responsiveness, light was turned on and off repeatedly for 100 seconds at the potential of -0.8 V, and the degree of light response was confirmed.
LSV에 상응하는 전류의 차이 만큼 빛을 켜고 끔에 따라 차이가 남을 알 수 있다. 기존의 TMDs를 이용하여 PEC 전극을 테스트 하였을 때 광 반응도는 10%를 나타내었으나, 실시예 1 및 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름은 60%의 빛에 의한 전류밀도의 증가율을 보임을 알 수 있다. 또한, 수소 발생 정도 값도 기존의 좋은 흡수 물질로 보고된 CdS 또는 TiO2로 PEC 전극을 제조하여 테스트한 결과의 값과 동일한 수치의 값을 가짐을 알 수 있다.It can be seen that the difference in current is caused by the difference of the electric current corresponding to the LSV. When the PEC electrode was tested using the conventional TMDs, the photoreactivity was 10%, but the hybrid film of the two-dimensional material produced by Example 1 and Example 2 showed an increase rate of current density due to light of 60% . In addition, the value of the hydrogen generation degree has the same numerical value as that of the test result of the PEC electrode manufactured using CdS or TiO 2 , which is reported as a good absorption material.
도 5(a)를 참조하면, 한 층에 2H-상 WS2와 2H-상 MoS2, 및 rGO를 모두 포함 하고 있는 다중성분 필름을 이용하여 LSV 곡선을 통해 각 필름들의 역할들에 대해 확인하였다. Referring to Figure 5 (a), the role of each film was verified through LSV curves using a multi-component film containing both 2H-phase WS 2 and 2H-phase MoS 2 and rGO in one layer .
먼저 2H-상 MoS2/ITO 하이브리드 필름에서는 -30 mA/cm2의 낮은 전류 밀도를 가짐을 알 수 있고(도 5(b)의 검은 선), 2H-상 MoS2/ITO 하이브리드 필름에 2H-상 WS2를 더 포함하였을 때(도 5(b)의 붉은 선) 전류 밀도는 증가하지만, 오히려 빛 감응도는 감소하였다. 이는 2H-상 WS2가 더해 짐으로써, 빛을 흡수하는 영역은 증가하지만, 여기된 전자가 2H-상 WS2의 낮은 전도도로 재결합이 되는 현상을 시사한다.
하지만, 이는 rGO가 더해짐에 따라(도 5(b)의 푸른 선), 여기된 전자가 rGO에 의해 높아진 필름의 전도도로 인하여 전자 정공의 재결합 정도가 낮아지고, 2H-상 TMDs 자체가 가지는 반응 부분으로 전자를 잘 이동 시켜주었기 때문에 광 전류 밀도가 증가하고, 빛 감응도 역시 증가하였다.However, as rGO is added (blue line in FIG. 5 (b)), the degree of recombination of the electron holes is lowered due to the conductivity of the film where the excited electrons are raised by rGO, , The photocurrent density was increased and the light sensitivity was also increased.
마지막으로 1T-상 MoS2 필름을 첨가해주었을 때(도 5(b)의 녹색 선), 가장 큰 빛 감응도와 1.2배 낮은 개시 포텐셜을 보이게 되는데, 이는 1T-상 MoS2의 좋은 촉매 활성과 기존에 가지고 있던 2H-상 MoS2 에서 동시에 촉매 활성을 가지기 때문에 높은 빛 감응도와 전류 밀도를 가지게 됨을 알 수 있다.Finally 1T- the MoS 2 when the mixture allowed us to film (Fig. 5 (b) of the green line), there is shown the largest light sensitivity and a 1.2-fold lower initiation potential, which a good catalytic activity of the
또한 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(multi-component 필름)의 빛 감응 정도를 확인하기 위하여 가해 주는 포텔셜 -0.8 V에서 150초 단위로 빛을 껐다 켰다를 반복함에 따른 전류밀도를 측정 하였을 때, 실시예 1에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(multi-layered 필름)의 경우보다 전류 밀도가 1.2배 정도 높고, 1.3배 더 높은 산소 발생 정도가 나타나는 것을 확인하였다.Also, in order to confirm the light sensitivity of the hybrid film of the two-dimensional material prepared in Example 2, the light intensity was turned on and off repeatedly for 150 seconds at the potential of -0.8 V, It was confirmed that the current density was about 1.2 times higher and the oxygen generation degree was 1.3 times higher than that of the hybrid film of the two-dimensional material prepared in Example 1 (multi-layered film).
도 3의 HRTEM 이미지를 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(multi-layered 필름)과는 다르게 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(multi-component 필름)의 구조에서는 rGO가 2H-상 WS2와 2H-상 MoS2 사이에 삽입되어 있는 부분이 존재함으로써 각각의 2H-상 WS2와 2H-상 MoS2에서 발생되는 전자들의 이동을 보다 더 용이하게 만들어 주며, 이는 전자 정공의 재결합 정도도 다르기 때문이다.Referring to the HRTEM image of FIG. 3, the structure of a multi-component film of a two-dimensional material prepared in Example 2, different from the hybrid film of a two-dimensional material produced by Example 1 in the
또한, 2H-상 WS2와 2H-상 MoS2의 밴드 구조에서 전자가 흘러감에 있어서, 2H-상 WS2 와 2H-상 MoS2가 접합된 부분에서 유리하기 때문에, 2H-상 WS2와 2H-상 MoS2가 접합된 부분이 랜덤적으로 더 많이 분포 되어있는 실시예 2에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(multi-component 필름) 구조에서 더 유리한 PEC 전극에서의 반응을 보일 것으로 시사한다.Further, 2H- and the WS 2 and
즉 실시예 1에 의해 제조된 이차원 물질의 하이브리드 필름(multi-layered 필름)에서는 전자 흐름을 유리하게 만들어 주고, 그 밴드 구조로 인해 전도성이 좋은 환원된 산화그래핀 필름으로의 전자의 이동 또는 반응 활성 부분으로의 전자 이동이 2H-상 MoS2와 2H-상 WS2가 접합 되어 있는 부분이 층간에서만 존재할 뿐 층 내부에서는 접합된 부분이 없어 전자가 고립되면서 발생할 수 있는 재결합 정도와 한 층의 필름 두께로 이해 발생되는 저항을 무시하지 못한다는 것을 시사한다.That is, in the multi-layered film of the two-dimensional material prepared in Example 1, the electron flow is advantageously made advantageous, and the electron transfer or reaction activity to the reduced graphene graphene film And the electron transfer to the portion of the 2H-phase MoS 2 and the 2H-phase WS 2 is only in the interlayer, and there is no junction in the layer, This is not to say that we can not ignore the resistance that comes into being.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.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. It is to be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.
Claims (10)
상기 투명전극 상에 환원된 산화그래핀 필름, 1 이상의 2H-상 전이금속 칼코겐화합물 필름, 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 순차적으로 적층시킨 다중층 필름을 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름.A transparent electrode; And
On the transparent electrode, a reduced oxide graphene film, at least one 2H-phase transition metal chalcogenide compound film, and a 1T-phase transition metal chalcogenide compound A two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced graphene grains, the multilayer film comprising a sequentially laminated film.
상기 투명전극 상에 적층시킨 환원된 산화그래핀과 1 이상의 2H-상 전이금속 칼코겐합물로 구성된 다중 성분의 복합필름; 및
상기 다중 성분 복합필름 상에 적층된 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름.A transparent electrode;
A multi-component composite film composed of reduced graphene oxide laminated on the transparent electrode and at least one 2H-phase transition metal chalcogenide; And
The 1T-phase transition metal chalcogen compound layered on the multi-component composite film A two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced graphene grains, the film comprising:
상기 투명전극은,
ITO, ZnO, FTO, AZO, GZO, IZO, 및 IGZO로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름.The method according to claim 1 or 2,
The transparent electrode
A two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced oxide graphene, wherein the transition metal chalcogen compound is any one selected from the group consisting of ITO, ZnO, FTO, AZO, GZO, IZO, and IGZO.
상기 전이금속 칼코겐화합물은,
TiS2, TiSe2, TiTe2, ZrS2, ZrSe2, ZrTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, NbS2, NbSe2, NbTe2, WS2, WSe2, WTe2, MoS2, MoSe2, 및 MoTe2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름.The method according to claim 1 or 2,
The transition metal chalcogen compound may be,
TiS 2, TiSe 2, TiTe 2 , ZrS 2, ZrSe 2, ZrTe 2, HfS 2, HfSe 2, HfTe 2, NbS 2, NbSe 2, NbTe 2, WS 2, WSe 2, WTe 2, MoS 2, MoSe 2 , And MoTe 2 , wherein the transition metal chalcogen compound and the reduced graphene oxide are selected from the group consisting of a transition metal chalcogenide compound and a reduced oxide graphene.
상기 이차원 물질 하이브리드 필름은,
환원된 산화그래핀, 1 이상의 2H-상 전이금속 칼코겐화합물, 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물이 1 : (0.5 ~ 1.5) : (0.5 ~ 1.5)의 중량비로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름.The method according to claim 1 or 2,
The two-dimensional material hybrid film may include a two-
Characterized in that the reduced graphene grains, the at least one 2H-phase transition metal chalcogen compound, and the 1T-phase transition metal chalcogen compound are in a weight ratio of 1: (0.5-1.5) :( 0.5-1.5) A two-dimensional material hybrid film comprising a metal chalcogen compound and reduced graphene oxide.
상기 이차원 물질 하이브리드 필름은,
상기 투명전극 상에 평균두께가 10 내지 15 nm인 환원된 산화그래핀 필름, 평균두께가 5 내지 10 nm인 1 이상의 2H-상 전이금속 칼코겐화합물 필름, 및 평균두께가 4 내지 6 nm인 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 순차적으로 적층시킨 것을 특징으로 하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름.The method according to claim 1,
The two-dimensional material hybrid film may include a two-
On the transparent electrode, a reduced graphene oxide film having an average thickness of 10 to 15 nm, at least one 2H-phase transition metal chalcogenide compound film having an average thickness of 5 to 10 nm, and a 1T - Phase transition metal chalcogen compounds A two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced oxidized graphene, wherein the film is sequentially laminated.
상기 이차원 물질 하이브리드 필름은,
상기 투명전극 상에 평균두께가 35 내지 40 nm인 다중 성분의 복합필름 및 평균두께가 4 내지 6 nm인 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름.The method of claim 2,
The two-dimensional material hybrid film may include a two-
On the transparent electrode, a multi-component composite film having an average thickness of 35 to 40 nm and a 1T-phase transition metal chalcogenide compound having an average thickness of 4 to 6 nm A two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced graphene grains, characterized in that it comprises a film.
상기 환원된 산화그래핀, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물이 필터링된 멤브레인을 KOH 용액에 띄어 놓은 후 멤브레인을 녹여내어 환원된 산화그래핀 필름, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 필름 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 각각 준비하는 단계;
상기 준비된 환원된 산화그래핀 필름, 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물 필름을 투명전극 상에 순차적으로 적층하여 다중층을 형성하는 단계;
상기 다중층이 형성된 투명전극을 어닐링 처리하여 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물을 2H 상으로 상 변화시키는 단계; 및
상기 2H-상 전이금속 칼코겐화합물 필름 상에 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 전사하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 제조방법.Reduced oxidation graphene, at least one transition metal chalcogen compound And 1T-phase transition metal chalcogen compounds separately by vacuum filtration through a membrane and filtering;
The reduced graphene grains, one or more transition metal chalcogen compounds And the 1T-phase transition metal chalcogen compound is filtered After the membrane is placed in a KOH solution, the membrane is melted to form a reduced oxide graphene film, at least one transition metal chalcogenide film And a 1T-phase transition metal chalcogenide compound film, respectively;
Sequentially stacking the prepared reduced graphene oxide film and at least one transition metal chalcogenide compound film on a transparent electrode to form multiple layers;
Annealing the transparent electrode having the multilayer structure to phase-convert one or more transition metal chalcogen compounds to a 2H state; And
And transferring the 1T-phase transition metal chalcogen compound film onto the 2H-phase transition metal chalcogen compound film, wherein the transition metal chalcogen compound film and the reduced oxide chalcogen compound film are transferred to the 2H-phase transition metal chalcogen compound film.
상기 혼합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물을 개별적으로 멤브레인을 통해 진공여과(vacuum filtration)하고 필터링하는 단계;
상기 혼합물 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물이 필터링된 멤브레인을 KOH 용액에 띄어 놓은 후 멤브레인을 녹여내어 환원된 산화그래핀, 및 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물로 이루어진 다중성분 필름 및 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 준비하는 단계;
상기 준비된 다중성분 필름을 투명전극 상에 적층시키는 단계;
상기 다중성분 필름이 적층된 투명전극을 어닐링 처리하여 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물을 각각 2H 상으로 상 변화시키는 단계; 및
상기 다중성분 필름 상에 준비된 1T-상 전이금속 칼코겐화합물 필름을 전사하는 단계를 포함하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 제조방법.Preparing a mixture of reduced graphene grains and at least one transition metal chalcogenide compound and a 1T-phase transition metal chalcogenide compound;
Vacuum filtration and filtering the mixture and the 1T-phase transition metal chalcogen compound separately through a membrane;
The mixture and the 1T-phase transition metal chalcogen compound are separated from the filtered membrane in a KOH solution, and then the membrane is melted to form reduced oxidized graphene, and one or more transition metal chalcogen compounds Multiple components Preparing a film and a 1T-phase transition metal chalcogenide compound film;
Laminating the prepared multi-component film on a transparent electrode;
Annealing the transparent electrode on which the multi-component film is laminated to phase-convert one or more transition metal chalcogen compounds to 2H phase; And
The multi- A method for producing a two-dimensional material hybrid film comprising a transition metal chalcogenide compound and reduced oxide graphene, which comprises the step of transferring a prepared 1T-phase transition metal chalcogenide film on a film.
상기 1 이상의 전이금속 칼코겐화합물을 각각 2H 상으로 상 변화시키는 단계는,
투명전극을 250 내지 350℃에서 120 내지 180분 동안 어닐링 처리하는 것을 특징으로 하는, 전이금속 칼코겐화합물과 환원된 산화그래핀을 포함하는 이차원 물질 하이브리드 필름 제조방법.
The method according to claim 8 or 9,
The step of phase-transforming the at least one transition metal chalcogenide compound into a 2H-
Characterized in that the transparent electrode is subjected to an annealing treatment at 250 to 350 DEG C for 120 to 180 minutes, wherein the transition metal chalcogen compound and the reduced graphene graphene are annealed.
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