음이온 계면활성제 소듐 도데실 설페이트(SDS) 인터칼레이션으로 층간 간격 제어가 가능한 열환원 그래핀 산화물(TRG) 복합체를 설계했습니다. SDS 인터칼레이션된 TRG(TRGS)를 이온액체(IL) 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(EMI-TFSI)로 세척하는 간단한 후처리 공정으로 쿨롱 상호작용을 통해 층간 거리를 추가 확장했습니다. EMI-TFSI 전해질에서 전기화학 테스트 결과, TRGSE 전극의 비에너지 밀도가 1 A/g에서 34.9에서 61.8 Wh/kg으로 상승, 층간 간격 확대가 IL 이온 접근 가능 표면적 증가함을 확인했습니다.
슈퍼커패시터(전기 이중층 커패시터, EDLC)는 높은 전력 밀도, 긴 수명, 넓은 온도 범위, 적은 유지보수로 전기차 및 휴대용 전자기기에 매력적. EDLC 에너지 저장은 전극/전해질 계면에서 이온 흡착에 의존하므로 전극 비표면적 최대화와 전극/전해질 계면 최적화가 핵심 설계 목표.
이온액체(IL)는 넓은 전기화학적 창(>3 V)과 우수한 열안정성으로 수계 전해질보다 높은 셀 전압과 에너지 밀도 구현. 그러나 IL의 큰 이온 직경이 고비표면적 탄소의 미세기공 접근 제한. 환원 그래핀 산화물(RGO)은 높은 이론 비표면적(2630 m²/g)과 우수 전도성 보유하나, 환원 후 산소 작용기 소실로 소수성화, 재적층 경향.
SDS 같은 계면활성제는 음이온 헤드그룹과 잔류 산소 종 간 정전기 인력, 소수성 꼬리의 기저면 앵커링으로 그래핀 층간 인터칼레이션, 재적층 방지, 수계 분산 가능. 선행 연구에서 계면활성제 인터칼레이션 RGO가 수계에서 IL보다 높은 정전용량 보임, IL 이온 크기(≈0.7 nm, EMI-TFSI)가 계면활성제 단독 시스템 층간 간격(≈0.4 nm) 초과 때문.
본 연구에서 2단계 인터칼레이션 전략 도입: (1) SDS 인터칼레이션으로 TRGS 제조; (2) TRGS를 EMI-TFSI로 세척하여 TRGSE 형성, SDS와 IL 분자 간 쿨롱 힘으로 층간 간격 추가 팽창.
SEM에서 원시 TRG는 흑연 유사 입자로 응집 경향, TRGS와 TRGSE는 더 박리된 구겨진 형태에 주름진 가장자리 보여 SDS 인터칼레이션 및 후속 IL 유도 간격 확대 확인(그림 2).
a TRG, b TRGS, c TRGSE
열중량 분석(TGA)에서 전 시료 100 °C 근처 미세 중량 감소(수분). TRG는 500 °C까지 완만 8% 감소 후 급속 분해, TRGS와 TRGSE는 200 °C 근처 24-28% 급격한 감소로 SDS 및 IL 성분 분해 반영(그림 3).
TRG, TRGS, TRGSE 열중량 분석
푸리에 변환 적외선(FTIR) 스펙트럼으로 SDS-IL 상호작용 확인. SO₂ 대칭 진동이 TRGS에서 1084→1080 cm⁻¹ 이동, TRGSE에서 1195/1226 cm⁻¹로 추가 이동, 강한 이온 교환 지시(그림 4).
a TRG, SDS, TRGS, TRGSE FTIR 스펙트럼. (b) 특정 파수 영역 확대
분말 XRD에서 TRG (001) 피크 24.6°(d = 0.36 nm), TRGS 13.3°(d = 0.66 nm), TRGSE는 더 넓은 피크로 추가 팽창 시사. 소각 X선 산란(SAXS) TRGSE 층간 간격 3.92 nm 확인, SDS/IL 응집체 형성과 일치(그림 5).
a XRD 패턴. b TRG, TRGS, TRGSE SAXS 프로파일
전기화학 임피던스 분광법(EIS)에서 TRGS, TRGSE 접촉 저항(Rc ≈ 200-270 Ω cm⁻²)이 원시 TRG(Rc ≈ 388 Ω cm⁻²)보다 낮음. TRGSE 큰 층간 간격으로 확산 저항(Rp = 11.2 Ω cm⁻²)이 TRGS(21.3 Ω cm⁻²)보다 낮으나 전체 내부 저항(R ≈ 285 Ω cm⁻²)은 약간 높음(그림 6).
TRG, TRGS, TRGSE EDLC 셀 임피던스 스펙트럼
순환 전압전류법(CV)에서 TRGS, TRGSE 근직사각형 곡선으로 이상적 정전 용량 거동, TRG는 현저한 편차(그림 7). 1 A/g 비정전용량: TRG 43.1, TRGS 112.6, TRGSE 200.5 F/g, TRGSE가 TRGS보다 1.78배 높음(그림 8).
a TRG, b TRGS, c TRGSE 다양한 주사 속도 CV 곡선. d 비정전용량 대 주사 속도
갈바노스태틱 방전 곡선에서 TRGSE가 1 A/g 기준 최고 에너지 밀도 61.8 Wh/kg 유지, TRGS 34.9 Wh/kg, TRG 15.3 Wh/kg. 고전류 밀도에서 TRGSE 18 A/g 기준 4.1 Wh/kg 유지, TRG 0.5 Wh/kg 미만(그림 9). 라곤 플롯에서 TRGSE 에너지-파워 트레이드오프 우수(그림 10).
a TRG, b TRGS, c TRGSE(IL), d TRGSE(2 M H₂SO₄) 갈바노스태틱 방전
비정전용량 대 방전 속도
TRG, TRGS, TRGSE 라곤 플롯
열환원 그래핀 산화물에 SDS 인터칼레이션 후 EMI-TFSI 도입으로 층간 간격 0.66→3.92 nm 제어 가능. 구조 조절로 IL 전해질 접근 가능 표면적 대폭 증가, 1 A/g에서 비정전용량 1.78배, 에너지 밀도 1.77배 향상. 그래핀 구조적 장점과 이온액체 전기화학적 이점 결합 고성능 EDLC 실현 가능 경로 제시.
TRG는 천연 흑연을 변형 Hummers 법 후 열환원으로 합성. TRGS: 10 mg TRG를 30 mL 0.1 M SDS에 분산, 12시간 초음파 처리, Celgard 3500 분리막에 진공 여과. 여과 중 0.2 M EMI-TFSI 에탄올 용액 15 mL로 세척하여 TRGSE 제조. 대조군 TRG 전극: 10 mg TRG를 20 mL 20 wt% 에탄올 분산, 동일 여과. 전극(1 cm²) 304 스테인리스 집전체에 프레스. 양극 EDLC 셀 밀봉 백에 EMI-TFSI 전해질 충전, VersaSTAT 4 포텐쇼스테이트로 측정. 형태: JEOL-6700 SEM, 구조: Bruker-AXS D8 XRD, Nanostar U SAXS, 열안정성: TA Q50 TGA(10 °C/min, N₂), 진동 스펙트럼: Bruker Vertex 70v FTIR(4000-400 cm⁻¹).
EDLC 셀 개략 구조
나노물질
초록 본 연구에서는 개선된 로신 전사 공정을 제안합니다. 로신 전사 공정을 기반으로 아니솔 코팅을 도입해 전사된 그래핀 표면의 잔류 입자를 감소시켰습니다. 로신/그래핀 및 아니솔/로신/그래핀 시료를 굽지 않은 상태와 100°C, 150°C, 200°C에서 굽은 상태로 처리했습니다. 원자력 현미경(AFM)과 라만 분광법을 이용해 전사된 그래핀의 표면 특성을 특성화했습니다. 굽지 않은 상태에서 보호 로신 층과 아니솔/로신 층을 제거하는 것이 기존 PMMA 전사 공정보다 더 효과적이고 유익한 것으로 밝혀졌습니다. 또한 개선된 로신 전사
요약 항암제 전달 효율을 암세포 타겟팅 관점에서 개선해 더 나은 항종양 효능을 달성하는 것이 시급합니다. 본 연구에서는 마이크로파 보조 환원법으로 키토산 기능화 산화그래핀(ChrGO) 나노시트를 제조해 유방암 세포 내 항암제 전달 나노시스템으로 활용했습니다. 약물 적재 및 방출 연구 결과 아드리아마이신이 ChrGO 나노시트에 효율적으로 적재되고 방출됨을 확인했습니다. 전달 중 적은 약물 방출과 ChrGO/아드리아마이신의 우수한 생체적합성이 HER2 과발현 BT-474 세포에서 안전성과 치료 효능을 크게 개선했습니다. 또한 ChrGO
