WO2016171466A1 - 그래핀 옥사이드 및 그 제조 방법 - Google Patents

그래핀 옥사이드 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2016171466A1
WO2016171466A1 PCT/KR2016/004111 KR2016004111W WO2016171466A1 WO 2016171466 A1 WO2016171466 A1 WO 2016171466A1 KR 2016004111 W KR2016004111 W KR 2016004111W WO 2016171466 A1 WO2016171466 A1 WO 2016171466A1
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WO
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compound
graphene oxide
acid
bond
graphene
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/004111
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English (en)
French (fr)
Inventor
이종찬
임민영
신휘섭
Original Assignee
서울대학교산학협력단
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20—Graphite

Definitions

  • the present invention relates to graphene oxide and a method for producing the same.
  • Graphene is a two-dimensional material made of carbon atoms and has a honeycomb-like structure. It is structurally and chemically stable and can exhibit charge mobility more than 100 times that of silicon.
  • graphene since graphene is only one carbon atom thick (0.35 nm), it has very high transparency and excellent thermal / mechanical properties, so that it has high charge mobility, high current density, excellent thermal conductivity, low calorific value, and chemical resistance. And high mechanical strength, variety of chemical reactions, simple patterning process, flexibility, elasticity and the like.
  • the possibility of application to various electronic devices has increased.
  • the downward method includes a method of mechanically peeling from graphite, a method of chemically peeling by dispersing with a surfactant or the like on a solution, a method of oxidizing to form a graphene oxide and then dispersing on a solution and then reducing.
  • the upward method includes a method of forming graphene on the surface of the metal catalyst by chemical vapor deposition (CVD), a method of forming graphene on the surface of silicon carbide (SiC) by thermal decomposition.
  • the most popular method for synthesizing a large amount of graphene at low cost is to synthesize graphene oxide (GO), which is chemically oxidized graphene using graphite (Graphite, graphite), and then reduce (reduced GO, rGO) is a GO / rGO method.
  • GO graphene oxide
  • Graphite, graphite graphite
  • reduce reduced GO, rGO
  • a functional group is introduced and a single layer of GO is coated on a substrate through a solution process and then reduced, or reduced on a solution and then coated on a substrate to produce an rGO thin film.
  • This method has the advantage of being able to be applied to the printing process using a low-cost solution process, which has a high ratio obtained by a single layer.
  • the present invention provides a graphene oxide having excellent physical properties and a large area.
  • the present invention is a simple process Provided are methods for preparing graphene oxide.
  • Graphene oxide according to embodiments of the present invention is formed by a first compound containing a hydroxyl group and a second compound containing a hydroxyl group, a first bond between the first compound and the second compound, and A second bond between the second compound.
  • the first bond may be formed using the first compound as a core, and the second bond may be continuously formed around the core.
  • the first bond and the second bond may include bonds formed due to a carbonization reaction.
  • the first compound may comprise a polyphenol.
  • the first compound is tannic acid, ellagic acid, gallic acid, galloglucinol carboxylic acid, humic acid, fulvic acid, And flavonoids.
  • the second compound may form a graphene structure by the second bond.
  • the second compound may include citric acid.
  • Graphene oxide manufacturing method is a step of mixing a first compound having a hydroxy group and a second compound having a hydroxy group, and performing a polymerization reaction of the mixture to form a graphene oxide It includes.
  • the first compound may be polyphenol, tannic acid, ellagic acid, gallic acid, phloroglucinol carboxylic acid, humic acid, grass, or the like. It includes one or more selected from vicvic acid (Fulvic acid), and flavonoids (Flavonoid), the second compound may include citric acid (Citric acid).
  • the first compound and the second compound may be mixed at 1: 1 to 1: 5.
  • Graphene oxide according to embodiments of the present invention may be formed in a large area including a core.
  • the graphene oxide since the graphene oxide has a large area and excellent physical properties, the graphene oxide may be utilized in various industrial fields such as electronic materials and sensors.
  • the graphene oxide includes a variety of oxygen functional groups on the surface and can be applied to biosensors, polymer nanocomposites, and separators by introducing functional functional groups through various chemical reactions.
  • Graphene oxide manufacturing method is economical using a relatively inexpensive material.
  • the graphene oxide manufacturing method can be used in a variety of industries, such as simple, environmentally friendly and high practicality compared to conventional methods.
  • the graphene oxide manufacturing method is safe because it does not include an oxidation process.
  • FIG 1 shows graphene oxide according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 shows the results of infrared spectroscopy (IR) analysis of graphene oxide according to embodiments of the present invention.
  • FIG 3 shows the results of atomic force microscope (AFM) analysis of graphene oxide according to a comparative example of the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 show the results of atomic force microscope (AFM) analysis of graphene oxide according to embodiments of the present invention.
  • first and second used in the present specification are used to distinguish the components, and thus the present invention is not particularly limited.
  • first and the second are not intended to limit the order, and other components such as third and fourth may be further included between the first and the second.
  • Graphene oxide according to embodiments of the present invention is formed by a first compound having a hydroxyl group (Hydroxyl group) and a second compound having a hydroxyl group (Hydroxyl group), the first compound and the second A first bond of the compound and a second bond between the second compound.
  • the first compound may include a plurality of hydroxyl groups.
  • the hydroxyl group included in the first compound and the hydrogen of the second compound may be removed by a dehydration reaction to form the first bond.
  • the first compound may perform the role of the core of the graphene oxide as the first hydroxyl group has more.
  • the graphene oxide may be well formed, which may be because the graphene oxide has a planar structure.
  • the first compound may be polyphenol.
  • the first compound is tannic acid, ellagic acid, gallic acid, phloroglucinol carboxylic acid, humic acid, and fulvic acid. Fulvic acid), and flavonoids (Flavonoid) may be included.
  • the tannic acid has a plurality of the hydroxyl groups through an ester reaction of a hydroxyl group of glucose (Glucose) and the gallic acid, and has an advantage of being very inexpensive as a substance derived from a plant.
  • the tannic acid may be represented by the following formula (1).
  • the ellagic acid has a number of hydroxyl groups, and the material derived from the plant has the advantage that the price is very low.
  • the ellagic acid may be represented by the following formula (2).
  • the gallic acid is also called a molar asset, and is a component of the tannic acid contained in green tea, black tea, wine, and coffee.
  • the gallic acid may be represented by the following Chemical Formula 3.
  • the phloroglucinol carboxylic acid may be represented by the following formula (4).
  • the humic acid may be represented by the following Formula 5.
  • the fulvic acid may be represented by the following Chemical Formula 6.
  • the flavonoids may include flavones.
  • the flavone may include a phenyl side chain in a ketone having a condensed ring composed of a benzene ring and a pyran ring as a mother nucleus.
  • the flavonoids may include, but are not limited to, anthoxanthins, anthocyanins, and catechins.
  • the flavone may include the following Formula 7.
  • the second compound may have a plurality of hydroxyl groups.
  • the hydroxyl group may be involved in the first bond and the second bond.
  • the second compound may include citric acid, but is not limited thereto, and the second compound may be formed to form the first bond and the second bond.
  • the first bond may be formed.
  • the first bond may be a bond between carbons by a carbonization reaction.
  • the carbonization reaction may mean that the organic compound is changed to carbon by pyrolysis or chemical change.
  • Hydrogen of the hydroxy group of the second compound and another second compound may be removed by the dehydration reaction and the second bond may be formed.
  • the second bond may be a bond between carbons by the carbonization reaction.
  • the second compound may form the second bond continuously around the first compound as a core.
  • the second bond may form a graphene structure.
  • the graphene structure may mean that carbon atoms form a hexagonal two-dimensional crystal shape by sp 2 hybrid bonds. Since the first compound acts as the core, the second bond may be stably and continuously formed, thereby forming the graphene oxide in a large area.
  • Graphene oxide manufacturing method is a step of mixing a first compound having a hydroxy group and a second compound having a hydroxy group, and performing a polymerization reaction of the mixture to form a graphene oxide It may include. After the graphene oxide is formed, it may further comprise the step of purifying the graphene oxide. Specific methods for preparing the graphene oxide are as follows.
  • the first compound and the second compound are mixed.
  • the first compound and the second compound may be mixed in a ratio of 1: 1 to 1: 5, but are not limited thereto.
  • the first compound and the second compound may be mixed 1: 1 to 1: 3.
  • the mixing ratio may be selected according to the kind of the first compound, the kind of the second compound, the conditions of the reaction, and the like.
  • the ratio of carbon: hydrogen: oxygen in the mixture of the first compound and the second compound may be 1: 1: 1 to 1: 5: 1. This is because the hydrogen can later be removed in the form of H 2 O, even if the proportion of the hydrogen in the mixture is higher.
  • the graphene oxide may be formed by performing the polymerization reaction of the first compound and the second compound.
  • the polymerization reaction may be performed at 150 to 250 ° C. for 1 to 4 hours.
  • the polymerization reaction may form a second bond between the first compound and the second compound of the first compound and the second compound.
  • the first compound serves as a core of the graphene oxide
  • the second compound forms the first bond in the core
  • the second compounds continuously form the second bond
  • the polymerization reaction may be a carbonization reaction.
  • the polymerization reaction may not be performed well below 150 ° C, and when the temperature exceeds 250 ° C, the mixture may be burned.
  • the conditions of the polymerization reaction are not particularly limited, and may be variously selected according to the type and amount of the second compound. For example, after putting the first compound and the second compound into a reaction vessel and mixing at 150 ° C. for 10 minutes, the temperature is raised to 200 ° C. to form the graphene oxide through the polymerization reaction for 2 hours, and water is To terminate the reaction.
  • the graphene oxide may be purified.
  • the product containing graphene oxide is subjected to sonication and filtration using water as a solvent, the unreacted material of the polymerization reaction can be removed.
  • the ultrasonic wave treatment and the filtration using the ethanol as a solvent to the product containing the graphene oxide it is possible to remove the graphene oxide of a small size.
  • the first compound may include a plurality of hydroxyl groups.
  • a first hydroxy group hydrogen of the first hydroxy group and the second compound is dehydrated, and the first compound and the second compound form the first bond. Can be formed.
  • the first compound may perform the role of the core of the graphene oxide as the first hydroxyl group has more.
  • the graphene oxide may be well formed, which may be because the graphene oxide has a planar structure.
  • the first compound may be polyphenol.
  • the first compound is tannic acid, ellagic acid, gallic acid, phloroglucinol carboxylic acid, humic acid, and fulvic acid. Fulvic acid), and flavonoids (Flavonoid) may be included. Description of the example of the first compound is as described in the description of the graphene oxide according to the embodiments of the present invention.
  • the second compound may have a plurality of hydroxyl groups.
  • the hydroxyl group may be involved in the first bond and the second bond.
  • the second compound may include citric acid, but is not limited thereto, and the second compound may be formed to form the first bond and the second bond.
  • the first bond may be formed.
  • the first bond may be a bond between carbons by a carbonization reaction.
  • the carbonization reaction may mean that the organic compound is changed to carbon by pyrolysis or chemical change.
  • Hydrogen of the hydroxy group of the second compound and another second compound may be removed by the dehydration reaction and the second bond may be formed.
  • the second bond may be a bond between carbons by the carbonization reaction.
  • the second compound may form the second bond continuously around the first compound as a core.
  • the second bond may form a graphene structure.
  • the graphene structure may mean that carbon atoms form a hexagonal two-dimensional crystal shape by sp 2 hybrid bonds. Since the first compound acts as the core, the second bond may be stably and continuously formed, thereby forming the graphene oxide in a large area.
  • graphene oxide formed by the second bond between the second compound was prepared.
  • the following description does not limit the present invention, and specific manufacturing methods such as reaction conditions may vary depending on various variables such as the type of the second compound.
  • the second compound used citric acid.
  • the citric acid was placed in a reaction vessel at room temperature and placed at 150 ° C. for 10 minutes.
  • the citric acid was heated to 200 ° C. to carry out a polymerization reaction of the citric acid to form the graphene oxide.
  • water was added to terminate the polymerization reaction.
  • Ultrasonication and filtration were performed using water as a solvent, and in this process, unreacted materials of the polymerization reaction may be removed. Since the ultrasonication and the filtration was performed using ethanol as a solvent, the graphene oxide of a small size can be removed in the process.
  • Example 1 The method of preparing Example 1 is as follows, but these do not limit the present invention, and specific production methods such as reaction conditions may be performed by various variables such as the type of the first compound and / or the type of the second compound. Can vary.
  • the citric acid and the tannic acid were added to the reaction vessel in a 3: 1 at room temperature, and mixed at 150 ° C. for 10 minutes to form a mixture.
  • the mixture was heated to 200 ° C to induce a polymerization reaction, wherein the graphene oxide may be formed.
  • water was added to terminate the polymerization reaction.
  • Ultrasonication and filtration were performed using water as a solvent, and in this process, unreacted materials of the polymerization reaction may be removed. Since the ultrasonication and the filtration was performed using ethanol as a solvent, the graphene oxide of a small size can be removed in the process.
  • Example 2 The method of preparing Example 2 is as follows, but these are not intended to limit the present invention, and specific production methods such as reaction conditions may vary depending on various variables such as the type of the first compound and / or the type of the second compound. Can vary.
  • the mixture was heated to 200 ° C to induce a polymerization reaction, wherein the graphene oxide may be formed.
  • Ultrasonication and filtration were performed using water as a solvent, and in this process, unreacted materials of the polymerization reaction may be removed. Since the ultrasonication and the filtration was performed using ethanol as a solvent, the graphene oxide of a small size can be removed in the process.
  • Table 1 shows the mixing ratio and reaction temperature of the citric acid and the tannic acid.
  • the graphene oxide prepared using only the citric acid is referred to as a comparative example, the manufactured by adjusting the ratio of the citric acid and the tannic acid to 3: 1 in order to control the size of the graphene oxide.
  • Graphene oxide was referred to as Example 1, and the graphene oxide prepared by adjusting the ratio of the citric acid and the tannic acid to 1: 1 was called Example 2.
  • the graphene oxide may be formed by a polymerization reaction of a carboxylic acid (b) which is performed around tannic acid (a).
  • Tannic acid (a) is the polyphenol containing the ring structure. Tannic acid (a) has the hydroxy group rich in the ester reaction of the hydroxyl group of glucose (Glucose) and the gallic acid, there is an advantage that the price is very low as a substance derived from plants.
  • GO_H infrared spectroscopy
  • the hummer method may be a method of obtaining graphene oxide by chemically oxidizing graphite as one of chemical stripping methods.
  • the hummer method has an advantage in that it has excellent physical properties and can form a large area of graphene oxide, but has a disadvantage in that a lot of energy is consumed in the oxidation process.
  • Example 1 and Example 2 in which the tannic acid is included as a core has a structure similar to that of GO_H.
  • the structure of the comparative example was found to be different from the structure of the graphene oxide prepared by the Hummer method. That is, when the second compound forms the first bond and the second bond using the first compound as a core, the first compound has a structure similar to that of graphene oxide by the Hummer method, which is a conventional chemical method. It has been shown to play an important role in the formation of graphene oxide structures.
  • Figure 3 shows the results of the atomic force microscope (AFM) analysis of graphene oxide according to a comparative example of the present invention
  • Figures 4 and 5 are AFM analysis of graphene oxide according to embodiments of the present invention Results are shown.
  • AFM atomic force microscope
  • the comparative example has a size distribution of 22 to 36 nm
  • Example 1 has a size distribution of 96 to 106 nm
  • Example 2 has a size distribution of 82 to 100 nm. appear. That is, the size of the comparative example prepared using the citric acid as an example of the second compound as a single was smaller than that of Example 1 and Example 2 including the tannic acid. It is difficult to form the graphene oxide having a large size when the second compound is polymerized in a single form, and the graphene oxide having a large size is formed when a bond of the second compound is formed using the first compound as a core. It can be shown as easy.
  • FIG. 6 and 7 illustrate a Raman spectrum of graphene oxide according to embodiments and comparative examples of the present invention.
  • GO_H GO_Hummer's method
  • the hummer method may be a method of obtaining graphene oxide by chemically oxidizing graphite as one of chemical stripping methods.
  • the hummer method has an advantage in that it has excellent physical properties and can form a large area of graphene oxide, but has a disadvantage in that a lot of energy is consumed in the oxidation process.
  • Example 2 including the tannic acid as a core shows a similar peak to GO_H prepared by the Hummer method, and has similar characteristics.
  • Example 2 shows a G peak around 1580 cm ⁇ 1 (a mode in which hexagonal carbon atoms oscillate in opposite directions with adjacent atoms) and a D peak near about 1340 cm ⁇ 1 due to defects in the crystal. ).
  • the ratio of the tannic acid and the citric acid may be about 1: 1 to 1: 3, but is not limited thereto.
  • the ratio may be similarly applied to the first compound and the second compound within a range having a structure and / or molecular weight similar to the tannic acid and the citric acid, but is not limited thereto.
  • Graphene oxide according to embodiments of the present invention may be formed in a large area including a core.
  • the graphene oxide since the graphene oxide has a large area and excellent physical properties, the graphene oxide may be utilized in various industrial fields such as electronic materials and sensors.
  • the graphene oxide includes a variety of oxygen functional groups on the surface and can be applied to biosensors, polymer nanocomposites, and separators by introducing functional functional groups through various chemical reactions.
  • Graphene oxide manufacturing method is economical using a relatively inexpensive material.
  • the graphene oxide manufacturing method can be used in a variety of industries, such as simple, environmentally friendly and high practicality compared to conventional methods.
  • the graphene oxide manufacturing method is safe because it does not include an oxidation process.

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Abstract

그래핀 옥사이드 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 그래핀 옥사이드는 하이드록시기를 포함하는 제1 화합물 및 하이드록시기를 포함하는 제2 화합물에 의해 형성되고, 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물 간의 제1 결합, 및 상기 제2 화합물 간의 제2 결합을 포함한다.

Description

그래핀 옥사이드 및 그 제조 방법
본 발명은 그래핀 옥사이드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
그래핀은 탄소 원자로 만들어진 2차원 물질로 벌집 모양의 구조를 가지고 있으며, 구조적 화학적으로 매우 안정하고 실리콘보다 100배 이상 높은 전하 이동도를 나타낼 수 있다. 또한 그래핀은 탄소 원자 하나의 두께(0.35 nm)에 불과하기 때문에 매우 높은 투명도를 지니며, 열적/기계적 특성도 우수하여, 높은 전하이동도, 높은 전류밀도, 뛰어난 열 전도도 및 낮은 발열량, 내화학성 및 높은 기계적 강도, 화학반응의 다양성, 간단한 패터닝 공정, 유연성, 신축성 등의 장점이 존재한다. 특히 최근에는 대면적/대량 생산을 위한 새로운 그래핀 합성법들이 개발되면서 다양한 전자 소자로서의 응용 가능성이 한층 더 높아졌다.
그래핀을 합성하는 방법은 크게 흑연으로부터 박리하는 하방 방법(Top-down approach)과 탄소원으로부터 화학적으로 합성하는 상방 방법(Bottom-up approach)의 두 가지로 나뉠 수 있다. 상기 하방 방법에는 흑연으로부터 기계적으로 박리하는 방법, 용액 상에서 계면활성제 등으로 분산시켜 화학적으로 박리하는 방법, 산화시켜 그래핀 산화물을 만든 뒤 용액 상에 분산시킨 후 환원시키는 방법 등이 있다. 상기 상방 방법에는 화학증기증착법(CVD)을 이용하여 금속 촉매표면에 그래핀을 형성시키는 방법, 실리콘 카바이드(SiC)를 열로 분해해서 표면에 그래핀을 형성시키는 방법 등이 있다.
현재 저가격으로 대량의 그래핀을 합성하는 방법으로 가장 주목 받고 있는 방법은 그래파이트(Graphite, 흑연)를 이용해서 화학적으로 산화된 그래핀인 그래핀 옥사이드(GO)를 합성한 뒤 다시 환원(reduced GO, rGO)시키는 GO/rGO 방법이다. 용액 상에서 화학적인 방법으로 작용기가 도입되어 단층으로 분리된 GO를 용액 공정을 통해 기판에 코팅한 뒤 환원하거나 또는 용액 상에서 환원한 뒤 기판에 코팅하여 rGO 박막을 제조하는 방법이다. 이 방법은 단층으로 얻을 수 있는 비율이 높고, 저가격의 용액 공정을 이용하여 프린팅 공정에 적용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한 기계적인 안정성이 우수하고 높은 투명도를 가진 전도성 박막을 제작할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 산화 과정이 들어가기 때문에 위험한 산화제의 사용 문제와 상대적으로 낮은 전도도 및 전하 이동도(0.001∼10 cm2/Vs)를 가진다는 단점이 있으며, 기판 상에 균일한 단층 박막을 제조하는 것이 매우 힘들어 광학적인 특성이 다른 방법에 비해 떨어지는 단점을 가지고 있다. 따라서 저가격, 고품질의 그래핀을 대량으로 합성하기 위해 보다 안전하고 용이한 합성 방법이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 물성이 우수하고 면적이 큰 그래핀 옥사이드를 제공한다.
본 발명은 간단한 공정으로 그래핀 옥사이드를 제조할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해 질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드는 하이드록시기를 포함하는 제1 화합물 및 하이드록시기를 포함하는 제2 화합물에 의해 형성되고, 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물 간의 제1 결합, 및 상기 제2 화합물 간의 제2 결합을 포함한다.
상기 제1 화합물을 코어로 상기 제1 결합이 형성되고, 상기 제2 결합은 상기 코어의 주변으로 연속적으로 형성될 수 있다.
상기 제1 결합 및 상기 제2 결합은 탄화 반응으로 인해 형성된 결합을 포함할 수 있다.
상기 제1 화합물은 폴리페놀을 포함할 수 있다.
상기 제1 화합물은 탄닌산(Tannic acid), 엘라그산(Ellagic acid), 갈산(Gallic acid), 플로로글루시놀 카르복실산(Phloroglucinol carboxylic acid), 휴믹산(Humic acid), 풀빅산(Fulvic acid), 및 플라보노이드(Flavonoid) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제2 화합물은 상기 제2 결합에 의해 그래핀 구조를 형성할 수 있다.
상기 제2 화합물은 시트르산(Citric acid)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드 제조 방법은 하이드록시기를 갖는 제1 화합물 및 하이드록시기를 갖는 제2 화합물을 혼합하는 단계, 및 상기 혼합물의 중합 반응을 수행하여 그래핀 옥사이드를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 화합물은 폴리페놀(Polyphenol), 탄닌산(Tannic acid), 엘라그산(Ellagic acid), 갈산(Gallic acid), 플로로글루시놀 카르복실산(Phloroglucinol carboxylic acid), 휴믹산(Humic acid), 풀빅산(Fulvic acid), 및 플라보노이드(Flavonoid) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 제2 화합물은 시트르산(Citric acid)을 포함할 수 있다.
상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물은 1:1 내지 1:5로 혼합될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드는 코어를 포함하여 대면적으로 형성될 수 있다. 또한 상기 그래핀 옥사이드는 대면적이면서도 우수한 물성을 갖고 있어 전자재료, 센서 등 다양한 산업 분야에 활용이 가능하다. 또한 상기 그래핀 옥사이드는 표면에 다양한 산소 기능기를 포함하고 있어 다양한 화학반응을 통해 기능성 작용기를 도입하여 바이오 센서, 고분자 나노복합재료, 및 분리막 등에 적용 가능하다.
본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드 제조 방법은 비교적 저렴한 재료를 이용하여 경제적이다. 또한 상기 그래핀 옥사이드 제조 방법은 기존의 방법에 비해 간단하고 친환경적이며 실용성이 높아 다양한 산업 분야에서 이용될 수 있다. 상기 그래핀 옥사이드 제조 방법은 산화 과정을 포함하지 않으므로 안전하다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드의 IR(Infrared spectroscopy) 분석 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 그래핀 옥사이드의 AFM(Atomic force microscope) 분석 결과를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드의 AFM(Atomic force microscope) 분석 결과를 나타낸다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들 및 비교예에 따른 그래핀 옥사이드의 라만 스펙트럼(Raman spectrum)을 나타낸다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용되는 제1 및 제2 등의 용어는 구성요소를 구분하기 위한 것이며, 이에 의해 본 발명이 특별히 제한되지 않는다. 또한, 상기 제1 및 상기 제2 는 순서를 한정하기 위한 것이 아니며, 상기 제1 및 상기 제2 사이에 제3 및 제4 등의 다른 구성요소가 더 포함될 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드는 하이드록시기(Hydroxyl group)를 갖는 제1 화합물 및 하이드록시기(Hydroxyl group)를 갖는 제2 화합물에 의해 형성되고, 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물의 제1 결합 및 상기 제2 화합물 간의 제2 결합을 포함한다.
상기 제1 화합물은 복수의 하이드록시기를 포함할 수 있다. 상기 제1 화합물에 포함된 하이드록시기와 상기 제2 화합물의 수소가 탈수 반응으로 제거되고 상기 제1 결합이 형성될 수 있다. 상기 제1 화합물은 상기 제1 하이드록시기를 많이 가질수록 상기 그래핀 옥사이드의 상기 코어 역할을 잘 수행할 수 있다. 상기 제1 화합물의 구조는 평면에 가까울 때 상기 그래핀 옥사이드가 잘 형성될 수 있으며, 이는 상기 그래핀 옥사이드가 평면 구조이기 때문일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 화합물은 폴리페놀(Polyphenol)일 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1 화합물은 탄닌산(Tannic acid), 엘라그산(Ellagic acid), 갈산(Gallic acid), 플로로글루시놀 카르복실산(Phloroglucinol carboxylic acid), 휴믹산(Humic acid), 풀빅산(Fulvic acid), 및 플라보노이드(Flavonoid) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 탄닌산은 글루코스(Glucose)의 하이드록시기(Hydroxyl group)와 상기 갈릭산의 에스터 반응을 통해 다수의 상기 하이드록시기를 가지며, 식물로부터 유래한 물질로 가격이 매우 저렴하다는 장점이 있다. 상기 탄닌산은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2016004111-appb-I000001
상기 엘라그산은 다수의 하이드록시기를 가지며, 식물로부터 유래한 물질로 가격이 매우 저렴하다는 장점이 있다. 상기 엘라그산은 하기 화학식 2로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2016004111-appb-I000002
상기 갈산은 몰식자산으로도 불리며, 녹차, 홍차, 포도주, 및 커피 등에 많이 함유되어 있는 상기 탄닌산의 성분이다. 상기 갈산은 하기 화학식 3으로 표현될 수 있다.
[화학식 3]
Figure PCTKR2016004111-appb-I000003
상기 플로로글루시놀 카르복실산은 하기 화학식 4로 표현될 수 있다.
[화학식 4]
Figure PCTKR2016004111-appb-I000004
상기 휴믹산은 하기 화학식 5로 표현될 수 있다.
[화학식 5]
Figure PCTKR2016004111-appb-I000005
상기 풀빅산은 하기 화학식 6으로 표현될 수 있다.
[화학식 6]
Figure PCTKR2016004111-appb-I000006
상기 플라보노이드는 플라본(Flavone)을 포함할 수 있다. 상기 플라본은 벤젠 고리와 피란 고리로 구성된 축합 고리를 모핵으로 하는 케톤에 페닐 곁사슬을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 플라보노이드는 안토잔틴(Anthoxanthins), 안토시아닌(Anthocyanin), 및 카테킨(Catechin) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 플라본은 하기 화학식 7을 포함할 수 있다.
[화학식 7]
Figure PCTKR2016004111-appb-I000007
상기 제2 화합물은 복수의 하이드록시기를 가질 수 있다. 상기 하이드록시기는 상기 제1 결합 및 상기 제2 결합에 관여할 수 있다. 상기 제2 화합물은 시트르산(Citric acid)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 제1 결합 및 상기 제2 결합을 형성할 수 있으면 된다.
상기 제1 화합물의 하이드록시기와 상기 제2 화합물의 수소가 탈수 반응으로 제거되면 상기 제1 결합이 형성될 수 있다. 상기 제1 결합은 탄화 반응에 의한 탄소 간의 결합일 수 있다. 상기 탄화 반응은 유기 화합물이 열분해나 화학적 변화에 의하여 탄소로 변하는 것을 의미할 수 있다.
상기 제2 화합물의 상기 하이드록시기와 다른 제2 화합물의 수소가 상기 탈수 반응으로 제거되고 상기 제2 결합이 형성될 수 있다. 상기 제2 결합은 상기 탄화 반응에 의한 탄소 간의 결합일 수 있다. 상기 제2 화합물은 상기 제1 화합물을 코어로 하여 주변에 연속적으로 상기 제2 결합을 형성할 수 있다. 상기 제2 결합은 그래핀 구조를 형성할 수 있다. 상기 그래핀 구조는 탄소 원자들이 sp2 혼성 결합으로 육각형 형태의 2차원 결정 모양을 이루는 것을 의미할 수 있다. 상기 제1 화합물이 상기 코어로 작용하기 때문에 상기 제2 결합이 안정적이고 연속적으로 형성될 수 있으며, 이로 인해 상기 그래핀 옥사이드가 큰 면적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드 제조 방법은 하이드록시기를 갖는 제1 화합물 및 하이드록시기를 갖는 제2 화합물을 혼합하는 단계, 및 상기 혼합물의 중합 반응을 수행하여 그래핀 옥사이드를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 그래핀 옥사이드가 형성된 후, 상기 그래핀 옥사이드를 정제하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 그래핀 옥사이드를 제조하는 구체적인 방법은 아래와 같다.
상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물을 혼합한다. 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물은 1:1 내지 1:5로 혼합될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물은 1:1 내지 1:3으로 혼합될 수 있다. 상기 혼합 비율은 상기 제1 화합물의 종류, 상기 제2 화합물의 종류, 및 상기 반응의 조건 등에 따라 선택될 수 있다. 상기 제1 화합물과 상기 제2 화합물이 혼합된 혼합물에서 탄소:수소:산소의 비는 1:1:1 내지 1:5:1일 수 있다. 이는 상기 수소가 나중에 H2O의 형태로 제거될 수 있기 때문이며, 상기 혼합물 내 상기 수소의 비율이 더 높아도 상관없다.
상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물의 상기 중합 반응을 수행하여 상기 그래핀 옥사이드를 형성할 수 있다. 상기 중합 반응은 150 내지 250℃에서 1 내지 4 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 중합 반응은 상기 제1 화합물과 상기 제2 화합물의 제1 결합 및 상기 제2 화합물 간의 제2 결합을 형성할 수 있다. 이때 상기 제1 화합물은 상기 그래핀 옥사이드의 코어 역할을 하며, 상기 제2 화합물은 상기 코어에 상기 제1 결합을 형성하고, 연속적으로 상기 제2 화합물들이 상기 제2 결합을 형성하며 상기 그래핀 옥사이드가 형성될 수 있다. 상기 중합 반응은 탄화 반응일 수 있다. 상기 중합 반응은 150℃ 미만에서 잘 수행되지 않을 수 있으며, 250℃를 초과하면 상기 혼합물이 연소 될 수 있다. 상기 중합 반응이 1시간 미만 수행되면 미반응물이 많을 수 있다. 상기 중합 반응의 조건은 특별히 한정되지 않으며, 상기 제2 화합물의 종류 및 양에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물을 반응 용기에 넣고 150℃에서 10분간 혼합한 후에, 200℃로 승온하여 2시간 동안 상기 중합 반응을 통해 상기 그래핀 옥사이드를 형성하고, 물을 넣어 상기 반응을 종결시킬 수 있다.
상기 그래핀 옥사이드를 정제할 수 있다. 상기 그래핀 옥사이드를 포함하는 생성물에 물을 용매로 이용하여 초음파 처리 및 여과를 하면, 상기 중합 반응의 미반응물을 제거할 수 있다. 상기 그래핀 옥사이드를 포함하는 생성물에 에탄올을 용매로 이용하여 상기 초음파 처리 및 상기 여과를 하면, 작은 크기의 그래핀 옥사이드를 제거할 수 있다.
상기 제1 화합물은 복수의 하이드록시기를 포함할 수 있다. 상기 제1 화합물에 포함된 하이드록시기를 제1 하이드록시기라고 하면, 상기 제1 하이드록시기와 상기 제2 화합물의 수소가 탈수 반응하여, 상기 제1 화합물과 상기 제2 화합물이 상기 제1 결합을 형성할 수 있다. 상기 제1 화합물은 상기 제1 하이드록시기를 많이 가질수록 상기 그래핀 옥사이드의 상기 코어 역할을 잘 수행할 수 있다. 상기 제1 화합물의 구조는 평면에 가까울 때 상기 그래핀 옥사이드가 잘 형성될 수 있으며, 이는 상기 그래핀 옥사이드가 평면 구조이기 때문일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 화합물은 폴리페놀(Polyphenol)일 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1 화합물은 탄닌산(Tannic acid), 엘라그산(Ellagic acid), 갈산(Gallic acid), 플로로글루시놀 카르복실산(Phloroglucinol carboxylic acid), 휴믹산(Humic acid), 풀빅산(Fulvic acid), 및 플라보노이드(Flavonoid) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 제1 화합물의 예시에 대한 설명은 상기 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드의 설명에서 기재된 바와 같다.
상기 제2 화합물은 복수의 하이드록시기를 가질 수 있다. 상기 하이드록시기는 상기 제1 결합 및 상기 제2 결합에 관여할 수 있다. 상기 제2 화합물은 시트르산(Citric acid)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 제1 결합 및 상기 제2 결합을 형성할 수 있으면 된다.
상기 제1 화합물의 하이드록시기와 상기 제2 화합물의 수소가 탈수 반응으로 제거되면 상기 제1 결합이 형성될 수 있다. 상기 제1 결합은 탄화 반응에 의한 탄소 간의 결합일 수 있다. 상기 탄화 반응은 유기 화합물이 열분해나 화학적 변화에 의하여 탄소로 변하는 것을 의미할 수 있다.
상기 제2 화합물의 상기 하이드록시기와 다른 제2 화합물의 수소가 상기 탈수 반응으로 제거되고 상기 제2 결합이 형성될 수 있다. 상기 제2 결합은 상기 탄화 반응에 의한 탄소 간의 결합일 수 있다. 상기 제2 화합물은 상기 제1 화합물을 코어로 하여 주변에 연속적으로 상기 제2 결합을 형성할 수 있다. 상기 제2 결합은 그래핀 구조를 형성할 수 있다. 상기 그래핀 구조는 탄소 원자들이 sp2 혼성 결합으로 육각형 형태의 2차원 결정 모양을 이루는 것을 의미할 수 있다. 상기 제1 화합물이 상기 코어로 작용하기 때문에 상기 제2 결합이 안정적이고 연속적으로 형성될 수 있으며, 이로 인해 상기 그래핀 옥사이드가 큰 면적으로 형성될 수 있다.
[ 비교예 ]
본 비교예에서, 상기 제2 화합물 간의 상기 제2 결합으로 형성된 그래핀 옥사이드를 제조하였다. 하기의 설명은 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 상기 제2 화합물의 종류 등의 다양한 변수에 의해서 반응 조건 등의 구체적인 제조 방법은 달라질 수 있다. 본 비교예에서, 상기 제2 화합물은 상기 시트르산을 사용하였다.
먼저, 상기 시트르산을 상온에서 반응 용기에 넣고 150℃에서 10분간 두었다. 상기 시트르산을 200℃로 승온하여 상기 시트르산의 중합 반응을 수행하여 상기 그래핀 옥사이드를 형성하였다. 상기 중합 반응을 약 2시간 동안 수행한 후, 물을 넣고 상기 중합 반응을 종결시켰다. 물을 용매로 사용하여 초음파 처리 및 여과를 수행하였으며, 이 과정에서 상기 중합 반응의 미반응물이 제거될 수 있다. 이후 에탄올을 용매로 사용하여 상기 초음파 처리 및 상기 여과를 수행하였으며, 이 과정에서 작은 크기의 상기 그래핀 옥사이드가 제거될 수 있다.
[ 실시예 1]
실시예 1을 제조한 방법은 다음과 같으나, 이들이 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 상기 제1 화합물의 종류 및/또는 상기 제2 화합물의 종류 등의 다양한 변수에 의해서 반응 조건 등의 구체적인 제조 방법은 달라질 수 있다.
상기 제2 화합물은 상기 시트르산(CA)을 사용하였고, 상기 제1 화합물은 상기 탄닌산(TA)을 사용하였다.
먼저, 상온에서 상기 시트르산 및 상기 탄닌산을 3:1로 반응 용기에 넣고 150℃에서 10분간 혼합하여 혼합물을 형성하였다. 상기 혼합물을 200℃로 승온하여 중합 반응을 유도하였으며, 이때 상기 그래핀 옥사이드가 형성될 수 있다. 상기 중합 반응을 약 2시간 동안 수행한 후, 물을 넣고 상기 중합 반응을 종결시켰다. 물을 용매로 사용하여 초음파 처리 및 여과를 수행하였으며, 이 과정에서 상기 중합 반응의 미반응물이 제거될 수 있다. 이후 에탄올을 용매로 사용하여 상기 초음파 처리 및 상기 여과를 수행하였으며, 이 과정에서 작은 크기의 상기 그래핀 옥사이드가 제거될 수 있다.
[실시예 2]
실시예 2를 제조한 방법은 다음과 같으나, 이들이 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 상기 제1 화합물의 종류 및/또는 상기 제2 화합물의 종류 등의 다양한 변수에 의해서 반응 조건 등의 구체적인 제조 방법은 달라질 수 있다.
상기 제2 화합물은 상기 시트르산(CA)을 사용하였고, 상기 제1 화합물은 상기 탄닌산(TA)를 사용하였다.
먼저, 상온에서 상기 시트르산 및 상기 탄닌산을 1:1로 반응 용기에 넣고 150℃에서 10분간 혼합하여 혼합물을 형성하였다. 상기 혼합물을 200℃로 승온하여 중합 반응을 유도하였으며, 이때 상기 그래핀 옥사이드가 형성될 수 있다. 상기 중합 반응을 약 2시간 동안 수행한 후, 물을 넣고 상기 중합 반응을 종결시켰다. 물을 용매로 사용하여 초음파 처리 및 여과를 수행하였으며, 이 과정에서 상기 중합 반응의 미반응물이 제거될 수 있다. 이후 에탄올을 용매로 사용하여 상기 초음파 처리 및 상기 여과를 수행하였으며, 이 과정에서 작은 크기의 상기 그래핀 옥사이드가 제거될 수 있다.
비율(중량%) 반응온도(℃)
시트르산(CA) 탄닌산(TA)
비교예 100 0 200
실시예 1 75 25 200
실시예 2 50 50 200
표 1은 상기 시트르산 및 상기 탄닌산의 혼합 비율 및 반응온도를 나타낸다. 표 1을 참조하면, 상기 시트르산만 사용하여 제조한 상기 그래핀 옥사이드를 비교예이라 하고, 상기 그래핀 옥사이드의 크기를 조절하기 위하여 상기 시트르산과 상기 탄닌산의 비율을 3:1로 조절하여 제조한 상기 그래핀 옥사이드를 실시예 1라 하였으며, 상기 시트르산과 상기 탄닌산의 비율을 1:1로 조절하여 제조한 상기 그래핀 옥사이드를 실시예 2라 하였다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 상기 그래핀 옥사이드는 탄닌산(a)을 중심으로 수행되는 카복실산(b)의 중합 반응으로 형성될 수 있다. 탄닌산(a)은 상기 고리 구조를 포함하는 상기 폴리페놀이다. 탄닌산(a)은 글루코스(Glucose)의 하이드록시기(Hydroxyl group)와 상기 갈릭산의 에스터 반응을 통해 풍부한 상기 하이드록시기를 가지며, 식물로부터 유래한 물질로 가격이 매우 저렴하다는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드의 IR(Infrared spectroscopy) 분석 결과를 나타낸다. 상기 IR 분석을 통하여, 본 발명의 실시예들에 따른 상기 그래핀 옥사이드가 허머 방법(Hummer's method)으로 형성된 그래핀 옥사이드인 GO_Hummer's method(이하 GO_H)의 구조적 특징을 확인할 수 있다. 상기 허머 방법은 화학적 박리법의 하나로서, 흑연(Graphite)를 화학적으로 산화시켜 그래핀 옥사이드를 얻는 방법일 수 있다. 상기 허머 방법은 물성이 우수하고, 면적이 큰 그래핀 옥사이드를 형성할 수 있다는 장점이 존재하지만, 상기 산화 과정에서 에너지가 많이 소모된다는 단점이 존재한다.
도 2를 참조하면, 상기 탄닌산이 코어로 포함된 실시예 1 및 실시예 2는 GO_H와 비슷한 구조를 갖는 것으로 나타났다. 반면, 비교예의 구조는 상기 허머 방법으로 제조된 상기 그래핀 옥사이드의 구조와 차이가 있는 것으로 나타났다. 즉, 상기 제1 화합물을 코어로 상기 제2 화합물이 상기 제1 결합 및 상기 제2 결합을 형성하면 기존의 화학적 방법인 상기 허머 방법에 의한 그래핀 옥사이드와 유사한 구조를 가지며, 상기 제1 화합물이 그래핀 옥사이드 구조 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 그래핀 옥사이드의 AFM(Atomic force microscope) 분석 결과를 나타내고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드의 AFM(Atomic force microscope) 분석 결과를 나타낸다. 상기 AFM 분석을 통하여, 상기 제1 화합물의 일 실시예인 상기 탄닌산의 코어 역할로 인해 큰 면적의 그래핀 옥사이드를 형성할 수 있는지 확인할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 비교예는 22 ~ 36 nm의 크기 분포를 갖고, 실시예 1은 96 ~ 106 nm의 크기 분포를 가지며, 실시예 2은 82 ~100 nm의 크기 분포를 갖는 것으로 나타났다. 즉, 상기 제2 화합물의 일 실시예인 상기 시트르산을 단일로 사용하여 제조한 비교예의 크기는 상기 탄닌산을 포함하여 제조한 실시예 1 및 실시예 2에 비하여 작은 것으로 나타났다. 이는 상기 제2 화합물이 단일로 중합될 때는 큰 크기의 상기 그래핀 옥사이드가 형성되기 어렵고, 상기 제1 화합물을 코어로 하여 상기 제2 화합물의 결합이 형성되면 큰 크기의 상기 그래핀 옥사이드가 형성되기 쉽다는 것을 나타낼 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들 및 비교예에 따른 그래핀 옥사이드의 라만 스펙트럼(Raman spectrum)을 나타낸다. 상기 라만 스펙트럼 분석을 통하여, 본 발명의 실시예들에 따른 상기 그래핀 옥사이드가 허머 방법(Hummer's method)으로 형성된 그래핀 옥사이드인 GO_Hummer's method(이하 GO_H)와 유사한 특성을 나타내는지 확인할 수 있다. 상기 허머 방법은 화학적 박리법의 하나로서, 흑연(Graphite)를 화학적으로 산화시켜 그래핀 옥사이드를 얻는 방법일 수 있다. 상기 허머 방법은 물성이 우수하고, 면적이 큰 그래핀 옥사이드를 형성할 수 있다는 장점이 존재하지만, 상기 산화 과정에서 에너지가 많이 소모된다는 단점이 존재한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 탄닌산을 코어로 포함하는 실시예 2는 상기 허머 방법으로 제조된 GO_H와 유사한 피크를 나타내어, 유사한 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 상기 실시예 2는 약 1580 cm-1 부근의 G 피크(6각형 구조의 탄소 원자들이 인접한 원자와 서로 반대방향으로 진동하는 모드)와 약 1340 cm-1 부근에 D 피크(결정 내의 결함에 의한 피크)를 나타냈다. 상기 시트르산과 상기 탄닌산을 1:1로 혼합하여 제조한 실시예 2가 기존의 허머 방법에 의한 상기 그래핀 옥사이드와 가장 유사한 것으로 나타났다. 따라서 상기 제1 화합물이 상기 탄닌산이고, 상기 제2 화합물이 상기 시트르산인 경우, 상기 탄닌산 및 상기 시트르산의 비율이 약 1:1 내지 1:3인 것이 바람직할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 비율은 상기 탄닌산 및 상기 시트르산과 유사한 구조 및/또는 분자량을 갖는 범위 내의 제1 화합물 및 제2 화합물에 유사하게 적용될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드는 코어를 포함하여 대면적으로 형성될 수 있다. 또한 상기 그래핀 옥사이드는 대면적이면서도 우수한 물성을 갖고 있어 전자재료, 센서 등 다양한 산업 분야에 활용이 가능하다. 또한 상기 그래핀 옥사이드는 표면에 다양한 산소 기능기를 포함하고 있어 다양한 화학반응을 통해 기능성 작용기를 도입하여 바이오 센서, 고분자 나노복합재료, 및 분리막 등에 적용 가능하다.
본 발명의 실시예들에 따른 그래핀 옥사이드 제조 방법은 비교적 저렴한 재료를 이용하여 경제적이다. 또한 상기 그래핀 옥사이드 제조 방법은 기존의 방법에 비해 간단하고 친환경적이며 실용성이 높아 다양한 산업 분야에서 이용될 수 있다. 상기 그래핀 옥사이드 제조 방법은 산화 과정을 포함하지 않으므로 안전하다.

Claims (10)

  1. 하이드록시기를 포함하는 제1 화합물 및 하이드록시기를 포함하는 제2 화합물에 의해 형성되고,
    상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물 간의 제1 결합; 및
    상기 제2 화합물 간의 제2 결합을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 화합물을 코어로 상기 제1 결합이 형성되고,
    상기 제2 결합은 상기 코어의 주변으로 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 결합 및 상기 제2 결합은 탄화 반응으로 인해 형성된 결합을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 화합물은 폴리페놀을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 화합물은 탄닌산(Tannic acid), 엘라그산(Ellagic acid), 갈산(Gallic acid), 플로로글루시놀 카르복실산(Phloroglucinol carboxylic acid), 휴믹산(Humic acid), 풀빅산(Fulvic acid), 및 플라보노이드(Flavonoid) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 화합물은 상기 제2 결합에 의해 그래핀 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 화합물은 시트르산(Citric acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드.
  8. 하이드록시기를 갖는 제1 화합물 및 하이드록시기를 갖는 제2 화합물을 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합물의 중합 반응을 수행하여 그래핀 옥사이드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 화합물은 폴리페놀(Polyphenol), 탄닌산(Tannic acid), 엘라그산(Ellagic acid), 갈산(Gallic acid), 플로로글루시놀 카르복실산(Phloroglucinol carboxylic acid), 휴믹산(Humic acid), 풀빅산(Fulvic acid), 및 플라보노이드(Flavonoid) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
    상기 제2 화합물은 시트르산(Citric acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물은 1:1 내지 1:5로 혼합되는 것을 특징으로 하는 그래핀 옥사이드 제조 방법.
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