단신 : 다공성 그래핀 필름의 슈퍼캐패시터 전극용 전기화학적 특성

최봉길 ( Bong Gill Choi ),허윤석 ( Yun Suk Huh ),홍원희 ( Won Hi Hong ) 한국화학공학회 2012 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.50 No.4

In this report, we fabricate the porous graphene films through embossing process and vacuum filtration method and demonstrate their superior electrochemical properties as supercapacitor electrode materials, Insertion/ removal of polystyrene nanoparticles between the graphene sheets allows to provide pore structures, leading to the effective prevention of restacking in graphene films, As-prepared porous graphene films have a large surface area, a bicontinuous porous structures, high electrical conductivity, and excellent mechanical integrity. The electrochemical properties of the porous graphene films as electrode materials of supercapacitor are investigated by using aqueous H2SO4 and ionic liquid solution under three-electrode system. The porous graphene films exhibit a high specific capacitance (284.5 F/g), which is two-fold higher than that of packing graphene films (138.9 F/g). In addition, the rate capability (98.7% retention) and long-term cycling stability (97.2%) for the porous graphene films are significantly enhanced, due to the facilitated ion mobility between the graphene layers.

2차원 이황화몰리브덴의 성질, 제조 및 에너지 저장 소자 응용

최봉길 ( Bong Gill Choi ) 한국공업화학회 2019 공업화학 Vol.30 No.2

Two-dimensional (2D) ultrathin molybdenum dichalcogenides MoS₂ has gained a great deal of attention in energy conversion and storage applications because of its unique morphology and property. The 2D MoS₂ nanosheets provide a high specific surface area, 2D charge channel, sub-nanometer thickness, and high conductivity, which lead to high electrochemical performances for energy storage devices. In this paper, an overview of properties and synthetic methods of MoS₂ nanosheets for applications of supercapacitors and rechargeable batteries is introduced. Different phases triangle prismatic 2H and metallic octahedral 1T structured MoS₂ were characterized using various analytical techniques. Preparation methods were focused on top-down and bottom-up approaches, including mechanical exfoliation, chemical intercalation and exfoliation, liquid phase exfoliation by the direct sonication, electrochemical intercalation exfoliation, microwave-assisted exfoliation, mechanical ball-milling, and hydrothermal synthesis. In addition, recent applications of supercapacitors and rechargeable batteries using MoS₂ electrode materials are discussed.

망간산화물/기능화된 그래핀 나노복합체에 기반한 고성능 슈퍼커패시터 개발

최봉길 ( Bong Gill Choi ) 한국공업화학회 2016 공업화학 Vol.27 No.4

본 연구에서는 MnO2 나노입자들이 기능화된 그래핀에 증착된 나노복합체를 제조하고 이의 우수한 전기화학적 특성을 순환전압전류법, 정전류 충전-방전법 및 임피던스 분석을 통하여 증명하였다. 환원된 그래핀 산화물의 표면 개질을 위하여 이온성 액체를 도입함으로써, 그래핀 시트들 간의 뭉침현상을 제어하고 MnO2 나노입자들의 성장부위를 제공하였다. 상기 제조된 MnO2/RGO 나노복합체는 전자주사현미경, 투과전자현미경, X선 광전자 분광기, X선 회절기를 사용하여 분석하였다. MnO2/RGO 전극의 전기화학적 특성은 Na2SO4 전해액을 사용하여 3상 전극 시스템 하에서 분석실시하였다. MnO2/RGO 전극은 높은 비정전용량(251 F/g), 고속 충방전(80.5% 용량 유지율) 및 장수명 특성(93.6% 용량 유지율)을 나타내었다. In this report, MnO2 nanoparticle-deposited functionalized graphene sheets were prepared and their superior electrochemical performances were demonstrated by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and impedance analysis. Ionic liquids were employed to functionalize the surface of reduced graphene oxides (RGOs), leading to prevention of the aggregation of RGO sheets and abundant growth sites for deposition of MnO2 nanoparticles. As-prepared MnO2/RGO nanocomposites were characterized using scanning electron microscope, transition electron microscope, X-ray photoelectron spectroscopy, and X-ray diffraction. Electrochemical properties of MnO2/RGO electrode were evaluated using Na2SO4 electrolyte under a three-electrode system. The MnO2/RGO electrode showed a high specific capacitance (251 F/g), a high rate capability (80.5% retention), and long-term stability (93.6% retention).

전기화학 커패시터 응용을 위한 용액기반의 2차원 소재 제조

최봉길 ( Bong Gill Choi ) 한국공업화학회 2017 공업화학 Vol.28 No.3

2차원 소재인 그래핀과 이황화몰리브덴(MoS₂)은 슈퍼커패시터 응용을 위한 많은 관심과 무한한 가능성을 보여주었다. 2차원 소재의 슈퍼커패시터 응용성을 높이기 위해서는 2차원 소재 제조를 위한 효율적이면서 친환경적인 저비용 합성법이 개발되어야 한다. 본 논문에서 우리는 최근 개발된 슈퍼커패시터용 용액기반 2차원 소재 제조 기술을 논하고자 한다. 화학적 박리-환원, 화학적 삽입, 액상 박리 기술법들을 소개하고자 한다. 또한 그래핀과 이황화몰리브덴의 전기화학적 특성들을 정리하였다. 용액기반 공정들과 함께 개선되어야 할 나노시트들의 조성, 크기 및 두께 조절 기술개발을 다룬다. Two-dimensional (2D) materials, especially graphene and MoS2 sheets, have gained much attention and shown great promise for the application in supercapacitors. To widely use the 2D materials for supercapacitors, highly efficient, low cost, and environmentally friendly synthetic methods for the preparation of 2D materials should be developed. Here, we will review recently developed solution-based processes for preparing 2D materials for supercapacitors. Chemical exfoliation-reduction, chemical intercalation, and liquid phase exfoliation methods will be introduced. Moreover, the electrochemical characteristics of graphene and MoS₂-based electrodes for supercapacitors are summarized. In addition to solution-based processes, other challenges and opportunities are discussed in terms of controlling nanosheet compositions, sizes, and thicknesses.

전기화학 증착법에 의해 합성된 폴리옥소메탈레이트/폴리피롤/탄소천 전극의 전기화학적 특성

윤조희 ( Jo Hee Yoon ),최봉길 ( Bong Gill Choi ) 한국공업화학회 2016 공업화학 Vol.27 No.4

본 연구에서는 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate, POM)가 도핑된 폴리피롤(polypyrrole, Ppy)을 3차원 구조의 탄소천(carbon cloth, CC) 표면 위에 전기화학적 증착법을 이용하여 합성하고 이의 의사커패시터 특성을 순환전압전류법과 정전류 충전-방전법을 사용하여 분석하였다. POM-Ppy의 코팅은 전기화학적 증착 시간에 따라서 얇은 conformal형태의 코팅으로 조절되었다. 제조된 POM-Ppy/CC의 재료 특성은 전자주사현미경과 X-선 분광분석을 사용하여 분석하였다. POM-Ppy/CC의 3차원 나노복합체 구조는 높은 비정전용량(561 mF/cm2), 고속 충방전(85% 용량 유지율) 및 장수명특성(97% 용량 유지율)을 나타내었다. In this report, polyoxometalte (POM)-doped polypyrrole (Ppy) was deposited on surface of three-dimensional carbon cloth (CC) using an electrodeposition method and its pseudocapacitive behavior was investigated using cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge. The POM-Ppy coating was thin and conformal which can be controlled by electrodeposition time. As-prepared POM-Ppy/CC was characterized using scanning electron microscope and energy-dispersive X-ray spectroscopy. The unique 3D nanocomposite structure of POM-Ppy/CC was capable of delivering excellent charge storage performances: a high areal capacitance (561 mF/cm2), a high rate capability (85%), and a good cycling performance (97% retention).

표면 개질된 금나노입자의 제조 및 이의 측방유동면역 센서 응용

김동석 ( Dong Seok Kim ),최봉길 ( Bong Gill Choi ) 한국공업화학회 2018 공업화학 Vol.29 No.1

본 연구에서는 높은 민감성을 가진 측방유동면역분석(lateral flow immunoassay) 스트립 센서를 제작하기 위하여 mer-captoundecanoic acid (MUA)와 L-lysine 단분자를 사용하여 금나노입자 표면을 개질할 수 있는 합성법을 개발하였다. 균일한 사이즈의 금나노입자를 합성하기 위하여 Turkevich-Frens 합성법을 이용하였으며 16.7 ± 2.1 nm 크기의 금나노입자를 제조하였다. 기능화된 금나노입자의 특성을 확인하기 위하여 투과전자현미경(TEM), 자외선-가시광선 분광광도계(UV-vis spectroscopy), X선 광전자분광기(XPS), 푸리에 변환 적외선 분광기(FT-IR)를 사용하여 분석하였다. 금나노입자와 항체 간의 안정적인 접합(conjugation)을 위한 pH 및 항체의 농도 조건은 pH 7.07, 항원의 농도 10 μg/mL로 최적화되었다. B형간염 표면항원을 검출하기 위하여 측방유동면역분석 스트립 센서를 제작하였으며, 표면개질된 금나노입자로 제작된 면역스트립 센서에서 10 ng/mL로 낮은 검출한계를 나타내었으며, 이는 기능화되지 않은 금나노입자 기반 면역스트립센서의 100 ng/mL보다 높았다. In this work, the surface of gold nanoparticles (AuNPs) was modified with small molecules including mercaptoundecanoic acid (MUA) and L-lysine for the development of highly sensitive lateral flow (LF) sensors. Uniformly sized AuNps were synthesized by a modified Turkevich-Frens method, showing an average size of 16.7 ± 2.1 nm. Functionalized AuNPs were then characterized by transmission electron microscopy, UV-vis spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy. The stable conjugation of AuNPs and antibodies was obtained at pH 7.07 and the antibody concentration of 10 μg/mL. The functionalized AuNP-based LF sensor exhibited lower detection limit of 10 ng/mL for hepatitis B surface antigens than that of using the bare AuNP-based LF sensor (100 ng/mL).

전기 화학 응용을 위한 폴리옥소메탈레이트와 나노물질의 나노하이브리드화

양민호 ( Minho Yang ),최봉길 ( Bong Gill Choi ) 한국공업화학회 2018 공업화학 Vol.29 No.4

Polyoxometalates (POMs)는 뛰어난 특성과 전기 화학 응용 분야에 대한 많은 잠재력을 가지고 있다. POM은 매우 잘 녹는 성질 때문에 전기화학 소자에서 POM의 잠재력을 최대한 활용하기 위해서는 다양한 기능성 재료에 POM을 고정화하는 과정이 필수이다. 본 논문에서는 우리는 최근 개발된 고정화 방법인 나노 카본 및 전도성 고분자와 같은 전도성 나노 물질에 POM을 도입하는 기술들에 대해서 논하고자 한다. Langmuir-Blodgett 기술, 층별 자기 조립 및 전기화학 in-situ 중합을 사용하여 전도성 고분자 매트릭스 및 POM을 나노 카본으로 도입할 수 있는 다양한 고정화 전략을 소개한다. 또한 우리는 POM의 응용 분야인 물 산화용 전극 촉매, 리튬 이온 배터리, 슈퍼커패시터 및 전기화학적 바이오 센서 등의 다양한 전기 화학 응용 분야를 다룬다. Polyoxometalates (POMs) have outstanding properties and a great deal of potential for electrochemical applications. As POMs are highly soluble, the implementation of POMs in various functional materials is required to fully use their potential in electrochemical devices. Here, we will review the recently developed immobilization methods to incorporate POMs into conductive nanomaterials, such as nanocarbons and conducting polymers. Various immobilization strategies involve POMs entrapped in conducting polymer matrix and integration of POMs into nanocarbons using a Langmuir-Blodgett technique, a layer-by-layer self-assembly, and an electrochemical in-situ polymerization. In addition, we will review a variety of electrochemical applications including electrocatalysts for water oxidation, lithium-ion batteries, supercapacitors, and electrochemical biosensors.

전기화학 소자용 1차원과 3차원 이온성 액체-알루미늄 수산화물 하이브리드의 이온열 합성

박호석 ( Ho Seok Park ),최봉길 ( Bong Gill Choi ),홍원희 ( Won Hi Hong ) 한국공업화학회 2007 응용화학 Vol.11 No.1

루테늄 지르코니아 불균일 촉매를 이용한 알켄 또는 알킨의 효과적인 산화절단반응

모비나이르샤드 ( Mobina Irshad ),최봉길 ( Bong Gill Choi ),강온유 ( Onyu Kang ),홍석복 ( Seok Bok Hong ),황성연 ( Sung Yeon Hwang ),허영민 ( Young Min Heo ),김정원 ( Jung Won Kim ) 한국공업화학회 2016 공업화학 Vol.27 No.6

알켄 또는 알킨의 산화 반응이 루테늄 지르코니아 불균일 촉매에 의해 매우 선택적이며 효율적으로 전환되었다. 절단반응을 통해, C-C 이중 결합은 알데히드 관능기로, 삼중 결합은 다이케톤 또는 카르복시산으로 전환되었는데, 다양한 기질들이 30 ℃에서 PhI(OAc)₂ 산화제와 dichloromethane 및 물(각각 5 mL와 0.5 mL)의 혼합 용매 조건에서 반응이 수행되었다. 사용된 촉매 Ru(OH)_x/ZrO₂는 이 절단 반응에 대해 기존의 다른 루테늄 기반 불균일 또는 균일 촉매들보다 더 좋은 활성과 선택성을 보였다. 반응이 진행되는 동안, 제조된 촉매의 기계적인 물성은 안정적이었고, 금속의 침출은 전혀 보이지 않았다. 불포화된 탄화수소들의 산화적 절단에 대해, 합성된 촉매는 여러 번 재사용해도 그 촉매의 성능을 그대로 유지하였다. The efficiency of a heterogeneous ruthenium zirconia catalyst (Ru(OH)_x/ZrO₂) was demonstrated to the selective oxidative transformation of alkenes or alkynes. The scissions of C-C double bonds to aldehydes and triple bonds to diketones or carbox-ylic acids were carried out with (diacetoxyiodo)benzene as an oxidant under dichloromethane (5 mL)/water (0.5 mL) solvent system at 30 ℃ for wide range of substrates. The Ru(OH)_x/ZrO₂ composite showed higher catalytic activity and selectivity than other ruthenium-based homogeneous or heterogeneous catalysts for the scission reaction. The catalyst exhibited a high mechanical stability, and no leaching of the metal was observed during the reaction. These features ensured the reusability of the catalyst for several times for the oxidative cleavage of unsaturated hydrocarbons.

전기화학 및 분리 분야의 적용을 위한 1차원 나노하이브리드의 상을 조절한 합성

박호석 ( Ho Seok Park ),최봉길 ( Bong Gill Choi ),홍원희 ( Won Hi Hong ) 한국공업화학회 2007 응용화학 Vol.11 No.2