서강대학교

초록/요약

Part I. Preparation of Uniform FeCo/Graphitic-Shell Nanocrystals using Ordered Mesoporous Silica SBA-15 규칙성 메조포러스 실리카 (Ordered mesoporous silica) 인 SBA-15 을 담지체로 사용하여 간단한 화학 기상 증착 (Chemical vapor deposition) 방법으로 FeCo/GC (Graphitic-shell) 나노입자를 5.7 ± 0.3 nm 크기로 균일하게 합성했다. 합성한 SBA-15 실리카는 기공의 크기가 6 nm 정도 이고, 벽의 두께가 5 nm 정도로 두꺼워 높은 온도에서 열적 안정성을 가진다. 따라서 합성 과정에서 실리카 구조의 변형 없이 기공 안이라는 제한된 공간을 제공해주기 때문에 나노입자가 기공의 크기와 동일한 크기로 합성될 수 있었고 상대적으로 균일한 크기를 가진다는 것을 확인했다. 또한 많은 양의 metal precursor를 담지시켜서 나노입자의 수득률을 높였고 Fe과 Co의 비율도 넣어준 양과 거의 동일하게 유지되어 순수한 bcc (body-centered-cubic) FeCo 구조를 가진다는 것을 확인했다. Part II. Covalent Functionalization of FeCo/Graphitic-Shell Nanocrystals via 1,3-Dipolar Cycloaddition 메조포러스 실리카 SBA-15을 담지체로 사용하여 간단한 화학 기상 증착 (chemical vapor deposition) 방법으로 FeCo/GC (graphitic？shell) 나노입자를 합성했다. 합성한 FeCo/GC 나노입자는 높은 자성을 가지고 있고 작은 크기로 인해 고밀도 응용이 가능하다. 또한 탄소껍질에 의해 보호되기 때문에 산화가 방지되고 독성이 차단되어 생의학 분야의 연구에 적합한 소재이다. 기존의 연구에서는 생체 적합성을 증가시키고 분산성을 높이기 위해 나노입자의 표면을 소수성 상호작용 (hydrophobic interaction)을 이용하여 polymer로 기능화하였다. 하지만 이러한 비공유결합은 고온에서 나노입자와의 결합력이 약해져서 안정적이지 못하다. 따라서 우리는 간단한 유기반응을 통해서 더욱 강한 결합인 공유결합으로 나노입자 표면을 기능화하였고 더 나아가 표면의 성질을 친수성 또는 소수성으로 선택적으로 변형시킬 수 있었다. 이는 물 뿐만 아니라 유기용매에서도 분산성을 높였고 여러가지 생의학 물질들과도 강한 공유결합을 형성할 수 있다는 가능성을 가져 다양한 바이오 분야에서의 응용성이 기대된다. Part III. Co3O4@Hollow Carbon Spheres as Anode materials of Lithium Ion Batteries 간단한 화학 기상 증착 (chemical vapor deposition) 방법으로 속이 비어있는 hollow 탄소껍질이 cobalt oxide (Co3O4) 나노입자를 둘러싸고 있는 특이한 구조의 복합체를 합성하였다. 먼저 Co/GC (graphitic shell) 나노입자가 담지되어있는 메조포러스 실리카를 합성한 뒤 그 위에 단단한 실리카 층을 씌우고 이 층을 지지체로 사용하여 가장 바깥쪽에 탄소 껍질을 씌웠다. 우리 물질은 금속입자 주변을 graphitic shell이 둘러싸고 있기 때문에 HF용액으로 쉽고 간단하게 실리카를 제거할 수 있었다. 또한 Co/GC 나노입자 주변의 graphitic shell만 선택적으로 공기 중에서 산화시켜서 Co3O4로 만들었다. 따라서 실험적으로 매우 간단하게 Co3O4@Hollow carbon spheres (Co3O4@HCS)를 합성할 수 있다. Cobalt oxide 물질은 리튬이온 배터리의 음극물질로 응용함에 있어서 여러가지 문제점들을 가진다. 우리의 복합체는 특이한 hollow 구조를 가지기 때문에 특정 공간을 제공해줌으로써 이를 극복할 수 있는 구조적 장점을 가진다.