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Jun 20, 2023

밀

과학 보고서 5권,

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 14341(2015) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

계층적 상부 구조를 갖는 금속 또는 금속 산화물/탄소 나노복합체는 센서, 촉매 작용, 에너지 변환 등에서 가장 유망한 기능성 재료 중 하나가 되었습니다. 이 연구에서 새로운 계층적 Fe3O4/탄소 상부 구조는 금속-유기 프레임워크(MOF)를 기반으로 제작되었습니다. ) 파생 방법. 형태가 서로 다른 세 종류의 Fe-MOF(MIL-88A)를 주형으로 미리 준비한 다음 열분해하여 상응하는 새로운 계층적 Fe3O4/탄소 상부구조를 제작했습니다. 세 가지 MIL-88A의 열분해 과정과 템플릿 형태가 제품에 미치는 영향에 대한 체계적인 연구가 진행되었습니다. 계층적 Fe3O4/탄소 상부 구조를 조사하기 위해 주사 전자 현미경, 투과 전자 현미경, X선 분말 회절, X선 광전자 분광법 및 열 분석을 사용했습니다. 이러한 결과로 얻은 계층적 Fe3O4/탄소 상부 구조를 기반으로 새롭고 민감한 비효소적 N-아세틸 시스테인 센서가 개발되었습니다. 다공성 및 계층적 상부 구조와 형성된 Fe3O4/탄소 상부 구조의 넓은 표면적은 결국 N-아세틸 시스테인의 산화에 대한 준비된 센서의 우수한 전기촉매 활성에 기여했습니다. 계층적 Fe3O4/탄소 상부구조의 제안된 준비 방법은 간단하고 효율적이며 저렴하고 대량 생산이 쉽습니다. 이는 계층적 상부구조 준비를 위한 새로운 방법을 열 수 있습니다.

Fe3O4는 새로운 자기 및 촉매 특성으로 인해 엄청난 주목을 받았습니다. 그러나 전도성이 낮고 응집이 용이하며 강산성 용액에서 무용지물이라는 점 때문에 전기화학, 생물학 등 여러 분야에서 유망한 소재로는 제외된다. 이러한 단점을 극복하기 위해 Fe3O41에 보상 특성을 갖는 다른 제제(예: 리포솜, 미셀, 폴리머, 실리카)가 도입되었습니다. 그 중 Fe3O4의 전도성과 안정성을 높이기 위해 사용되는 대표적인 물질은 탄소였다. 예를 들어, 다공성 탄소나노시트나 나노튜브에 내장된 Fe3O4는 탄소의 전도성을 활용해 내구성이 뛰어난 고속 리튬이온전지 음극소재로 활용됐다. 동시에, 탄소 매트릭스는 Fe3O42,3의 응집을 효과적으로 억제할 수 있습니다. 강력한 산화제로 추가 변형된 Fe3O4@탄소 나노복합체는 생체 적합성이 있어 약물 전달로 적용될 수 있습니다4. 최근 Fe3O4@탄소 나노복합체의 1단계 열수 합성이 생물의학 분야에서 뛰어난 성능을 보이는 것으로 보고되었습니다5.

일반적으로 Fe3O4@탄소 나노복합체를 합성하는 전략에는 두 가지가 있습니다. 첫 번째 방법은 습식화학(Wet chemistry) 즉, Fe3O4 나노입자 또는 그 전구체를 탄소원(예: 포도당, 도파민, 에틸렌글리콜, 구연산, 올레산, EDTA 등)과 혼합하여 Fe3O4@탄소를 합성한 후, 탄화 공정5,6,7,8,9,10. 이 전략을 위해서는 반응 조건에 대한 의존도가 높아 응집과 화학 폐기물이 필연적으로 발생했습니다. 또한, 대부분의 제품은 외관이 콤팩트하고 매끄러워 내부 표면의 효과적인 활용이 제한되었습니다. 두 번째 방법은 마그네트론 스퍼터링과 같은 건식 방식이다. 이 방법을 사용하면 결과 Fe3O4@carbon이 항상 낮은 차원성을 나타냅니다2. 실제로 재료의 특성은 모양, 크기 및 구성을 조정하여 향상시킬 수 있습니다11. 성능을 더욱 향상시키기 위해 재료의 형태를 설계하는 데 많은 노력이 기울여졌습니다. 최근에는 높은 다공성과 우수한 전도성을 모두 제공하기 위해 3차원(3D) 아키텍처가 템플릿으로 사용되었습니다. 예를 들어, Pt 기반 바이메탈 꽃 모양 또는 수지상 모양 NP는 Pt 소비를 줄이고 높은 표면적을 제공하며 촉매 응용 분야에서 향상된 성능을 촉진하기 위한 촉매로서 큰 잠재력을 보여주었습니다.