We studied the basic properties and fabrication of reduced graphene oxide (rGO) prepared using eco-friendly reduction agents in the graphene solution process. Hydrazine is generally used to reduce graphene oxide (GO), which results in polluting emissions as well as fixed nitrogen functional groups on different defects in the graphene sheets. To replace hydrazine, we developed eco-friendly reduction agents with similar or better reducing properties, and selected of them for further analysis. In this study, GO layers were produced from graphite flakes using a modified Hummer’s method, and rGO layers were reduced using hydrazine hydrate, L-ascorbic acid, and gluconic acid. We measured the particle sizes and the dispersion stabilities in the rGO dispersed solvents for the three agents and analyzed the structural, electrical, and optical properties of the rGO films. The results showed that the degree of reduction was in the order L-ascorbic acid ≥ hydrazine > glucose. GO reduced using L-ascorbic acid had a sheet resistance of 121 kΩ/sq, while that reduced using gluconic acid showed worse electrical properties than the other two reduction agents. Therefore, L-ascorbic acid is the most suitable eco-friendly reduction agent that can be substituted for hydrazine.

본 연구에서는 graphene oxide (GO)를 polyacrylonitrile (PAN)에 첨가하여 전기방사법을 이용해 나노섬유 복합막 을 제조한 뒤 물리적 특성을 관찰하였다. GO의 제조는 개선된 Hummer’s 방법을 이용하였으며, 표면처리가 되지 않은 GO의 경우 0.5 wt% 이상에서 전기방사가 이루어지지 않았다. GO의 안정성 및 분산도 증가를 개선하기 위해 계면활성제를 이용하 여 GO의 표면처리를 하였다. 표면처리가 된 GO를 사용하여 나노섬유 복합막의 GO의 함량을 0.5 wt% 이상 첨가할 수 있었 다. 특히, 표면처리가 된 GO가 첨가된 나노섬유 복합막은 향상된 물리적 특성을 가지며, 이는 나노섬유 분리막 내의 GO의 분산도와 상관관계가 있는 것으로 보인다.

We report on the dispersion state of partially reduced graphene oxide (PRGO) in organic solvents, namely methyl ethyl ketone, ethyl acetate, methylene chloride, toluene, and xylene, by controlling the carbon to oxygen (C/O) atomic ratio of the PRGOs. A two-phase solvent exchange method is also proposed to transfer PRGO from water to an aprotic solvent, such as methyl ethyl ketone. We achieve relatively good dispersion in aprotic and non-polar solvents by controlling the C/O atomic ratio of the PRGOs and applying the two-phase solvent exchange method. There is an increase in the glass transition temperatures with the dispersion of PRGOs into amorphous polymers, in particular a 4.4°C increase for poly(methyl methacrylate) and 3.0°C increase for polycarbonate. Good dispersion of PRGO in a nonpolar polymer, such as linear low density polyethylene, is also obtained.

Polyurethane (PU) nanofibers containing graphene oxide (GO) and Ag doped functionalized reduced graphene oxide (Ag-RGO) were successfully prepared via the electrospinning technique. The uniform distribution of GO sheets along with Ag nanoparticle in the nanofibers was investigated by scanning electron microscopy and the elemental mapping technique. X-ray diffraction and thermal gravimetric analysis verified the presence of GO and Ag in the bicomposite nanofibrous mats. Antibacterial tests against Escherichia coli demonstrated that the addition of GO and Ag-RGO to the PU nanofiber greatly enhanced bactericidal efficiency. Overall, these features of the synthesized nanofibers make them a promising candidate material in the biomedical field for applications such as tissue engineering, wound healing, and drug delivery systems.

에너지 저장 매체는 소형화, 고효율화 및 그린에너지 정책에 부합하면서 연구개발이 진행되고 있으며 유연성과 신축성을 갖는 디스플레이나 웨어러블 전자기기의 발전에 상응하는 에너지 저장 매체 의 개발이 시급한 상황으로 이를 실현 할 수 있는 물질가운데, 탄소나노 재료중의 하나인 그래핀과 그 래핀 하이브리드와 같은 뛰어난 전기화학적 특성을 지니고 있는 나노 재료가 각광을 받고 있다. 또한 슈퍼커패시터와 배터리 및 연료전지 등과 같은 에너지 저장 소자에 응용하기 위한 연구가 활발하게 진 행 중에 있으며, 여러 가지 에너지 저장 매체 중 단시간에 고출력을 구현하고 장시간 신뢰성을 갖추며, 빠른 충·방전 순환특성을 가지는 슈퍼커패시터는 차세대 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 플렉시블한 특성을 갖는 그래핀과 전도성 고분자 하이브리드 전극을 기반으로 하는 슈퍼커패시터를 개발하고자 하였으며 환원된 그래핀 옥사이드/폴리피롤 복합재료를 이용하여, 전기화학 적 특성을 최대화 하였다. 그 결과 굽힘 시험 전 전극의 초기 용량값은 198.5 F g-1 이었으며, 500번의 굽힘 시험 후 128.3 F g-1로 감소하는 것을 확인하였으나, 전극의 초기 전기 용량 값의 65 %의 성능을 유지하였다.

In the present work, graphene powder was synthesized by laser scribing method. The resultant flexible light-scribed graphene is very appropriate for use in micro-supercapacitors. The effect of the laser scribing process in reducing graphene oxide (GO) was investigated. GO was synthesized using a chemical mixture of GO solution; then, it was coated onto a LightScribe DVD disk and laser scribed to reduce GO and create laser-scribed graphene (LSG). The CV curves of pristine rGO at various scan rates showed that the ultimate product possesses the ability to store energy at the supercapacitor level. Charge-discharge curves of pristine rGO at two different current densities indicated that the specific capacitance (Cm) increases due to the reduction of the discharge current density. Finally, the long-term charge-discharge stability of the LSG was plotted and indicates that the specific capacitance decreases very slightly from its primary capacitance of ~10F cm−3 and that the cyclic stability is favorable over 1000 cycles.

PEBAX[poly(ether-block-amide)]는 기체 투과 시 높은 투과성을 가지는 동시에 우수한 기계적 강도와 기체 선택성을 가지는 열가소성 고분자이다. GO(Graphene oxide)는 흑연을 화학처리하여 박리시킨 물질로 표면에는 에폭사이드와 히드록실기를 함유하고 가장자리에 카르복실기를 가져 용매 내 용해성은 향상되었으나 흑연만의 독특한 구조(sp2)를 유지하고, 기체선택성이 매우 뛰어나 최근 기체투과 연구 뿐 아니라 배터리 및 커패시터 연구 등 다양한 분야에서 적용하고 있다. 본 연구에서는 합성된 GO의 조성을 달리하여 PEBAX 기반의 복합막을 제조하였고, 제조된 복합막의 기체투과특성과 물리화학적 특성을 연구하였다.

Recently, a few-layered graphene oxide (GO), which high CO2/N2 selective characters in the humidified feed, has been extensively investigated as a membrane material for gas and liquid separation. Although GO membrane is considered as one of promising membranes, it has a limitation to apply for practical application because of low CO2 permeance and low stability under dry condition. As such, in this study, we fabricated CO2-philic polymers and GO composite membranes by using GO as a filler for high CO2/N2 selectivity. We used two kinds of PEO-containing polymers to increase CO2 permeability by controlling the ratio of free volume in polymer networks. High CO2 permeability (~850barrer) and high CO2/N2 selectivity (~55) were achieved in CO2-philic composite membranes.

Graphene-based derivatives such as graphene oxide(GO) have great potential as membrane material due to their controllable d-spacing, extremely large surface area and tunability of multifunctional groups. GO, highly oxidized graphene, has especially good affinity to CO2 arose from its oxide functional groups(e.g. carboxylic acid, hydroxyl groups) on 2-D nanosheet plane. Here, we synthesized GO/polymer composite materials and fabricated large-area thin film composite(TFC) membrane for CO2 separation using polymeric porous support. Further, we have produced flat-sheet membrane modules with the TFC membranes and tested the performance of the module under CO2/N2 mixed gas and flue gas conditions. The membrane module exhibited high CO2 separation performance as 74% of purity and 22% of recovery under flue gas condition including CO2, O2 and N2.

그래핀 기반 소재는 높은 가공성과 초박성으로 인하여 분리막 소재로서 각광받고 있다. 본 연구에서는, 스핀 코팅 법을 이용하여 제조된 산화그래핀 분리막의 기체 투과 거동을 평가하였다. 산화그래핀 분리막의 구조는 산화그래핀의 크기와 산화그래핀 용액의 pH 조절을 통하여 조절될 수 있다. 산화그래핀의 크기가 작을수록 굴곡률이 작아짐에 따라 분리막의 기 체 투과도 및 선택도가 증가하는 경향을 보인다. 또한 산화그래핀에서의 기체 투과 거동은 적층된 산화그래핀 사이의 채널 크기에 따라 영향을 받는다. 특히 산화그래핀 분리막의 좁은 기공과 이산화탄소 선택적인 산화그래핀 자체의 특성으로 인하 여 산화그래핀 분리막은 이산화탄소에 대한 높은 투과도 및 선택성을 가지며, 이는 이산화탄소 포집에 적합한 특성을 가진다. 이러한 산화그래핀 분리막의 특이한 기체 투과 거동은 흡착-촉진 확산 거동(표면 확산 기작)으로 설명될 수 있다. 본 연구를 통하여 이산화탄소 선택성 분리막 소재 설계와 슬릿 형태의 기공과 적층 구조를 가진 분리막을 통한 기체 투과 거동 연구가 활발히 이루어질 것으로 기대한다.

식품 포장, 전자 기기 등에 활용되고 있는 고분자 기반 기체 차단성 필름은 경량성, 낮은 제조 원가, 높은 가공성 으로 인하여 많은 주목을 받고 있다. 특히 전자기기에 활용되기 위하여, 기체 차단 필름은 매우 높은 수준의 기체 차단성을 요구받고 있다. 하지만 현재 수준의 고분자 기반 기체 차단 필름은 다른 소재와 비교하여 상대적으로 높은 수준의 기체 투과 유량을 보이고 있다. 따라서 기존의 고분자 필름이 가지고 있는 장점을 유지하면서 더 높은 수준의 기체 차단성을 부여하기 위한 요구가 증대되고 있다. 최근 그래핀 소재는 기체 차단을 위한 2차원 소재로서 각광받고 있다. 그러나 그래핀 소재의 낮 은 가공성과 어려운 대면적화 문제 때문에 산화그래핀이 그 대안으로서 떠오르고 있다. 산화그래핀은 높은 종횡비를 가지는 2차원 층상구조의 그래핀에 산소관능기를 함유한 형태로서, 수용성 혹은 극성 용매에 잘 분산되는 성질을 가지며, 따라서 대 량 생산에 용이한 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는, 산화그래핀이 함유된 폴리이미드 나노복합막을 제조하였다. 폴리이미 드는 현재 널리 이용되고 있는 기체 차단성 고분자 중의 하나로서 높은 기계적 강도, 열적 안정성 및 내화학성을 가지고 있 다. 본 연구를 통하여 산화그래핀이 함유된 폴리이미드 나노복합막이 기체 차단성을 가지고 있음을 확인하였다. 더 나아가, Triton X-100이나 sodium deoxycholate (SDC) 등의 계면활성제를 나노복합막에 도입함으로써 산화그래핀의 고분자 매트릭스 내에서의 분산성을 향상시켜 기체 차단성을 높이고자 하였다. 그 결과로서, Triton X-100이 도입된 나노복합막이 예상치와 유 사한, 향상된 기체 차단성을 보임을 확인하였다. 본 연구를 기반으로 고분자 기반 나노복합막의 기체 차단성 분야로의 활용성 이 증대될 것으로 기대한다.

A highly facile and eco-friendly green synthesis of Annona squamosa (custard apple) leaf extract reduced graphene oxide (CRG) nanosheets was achieved by the reduction of graphene oxide (GO). The as-prepared CRG was characterized with X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), ultraviolet-visible (UV-Vis), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopic techniques. Removal of oxygen containing moieties from the GO was confirmed by UV-Vis, FT-IR and XPS spectroscopic data. The XRD and Raman data further confirmed the formation of the CRG. TEM images showed the sheet structure of the synthesized CRG. These results show that the phytochemicals present in custard apple leaf extract act as excellent reducing agents. The CRG showed good dispersion in water.

연구에서는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 전해질막의 성능향상을 위하여 sulfonated graphene oxide (sGO)와 Nafion을 이용하여 복합막을 개발하였다. sGO/Nafion 복합막 안의 sGO의 균일한 분산을 위해 각기 다른 용매를 사 용한 sGO 분산액과 Nafion 현탁액을 혼합하여 복합막들을 제조하였다. 제조된 복합막들의 물성 및 전기화학적 특성을 평가 하기 위해 SEM, FT-IR, 이온 전도도, 이온 교환 용량, 함수율, 열안정성 등을 수행하였다. 연구 결과 ODB와 DMAc 혼합 용 매로 sGO를 분산하여 고분자 용액 내에서의 분산도를 향상시켰으며, 이 결과 11 wt%의 낮은 함수율에도 불구하고, 0.06 S cm-1의 기존 연구와 유사한 이온 전도도를 나타내었다.

The effects of ammonia-treated graphene oxide (GO) on composites based on epoxy resin were investigated. Ammonia solutions of different concentrations (14–28%) were used to modify GO. Nitrogen functional groups were introduced on the GO surfaces without significant structural changes. The ammonia-treated GO-based epoxy composites exhibited interesting changes in their mechanical properties related to the presence of nitrogen functional groups, particularly amine (C-NH2) groups on the GO surfaces. The highest tensile and impact strength values were 42.1 MPa and 12.3 J/m, respectively, which were observed in an epoxy composite prepared with GO treated with a 28% ammonia solution. This improved tensile strength was 2.2 and 1.3 times higher than those of the neat epoxy and the non-treated GO-based epoxy composite, respectively. The amine groups on the GO ensure its participation in the cross-linking reaction of the epoxy resin under amine curing agent condition and enhance its interfacial bonding with the epoxy resin.

PTMSP[poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)]는 구조적으로 trimethylsilyl의 크기와 큰 자유부피를 인하여 기체의 투과도가 매우 우수한 장점을 가지고 있으나, 선택도가 낮은 단점이 있다. GO(Graphene oxide)는 흑연으로부터 제조하여 재료의 습득이 용이하고, 단일막 제조시, 기체투과에 선택적 배리어로서 작용한다. 본 연구에서는 PTMSP-GO 복합막을 제조하여 물리화학적 특성을 분석하고, 기체투과도를 측정하여 상대적 선택도를 도출하는 연구를 실행하였다.

Graphene oxide (GO) has received a lot of attention in membrane science for its CO2-philic nature, which can facilitate CO2 separation performance. In addition, GO has attractive properties for gas separation membrane material due to thin-film membrane formation and tunable transport channel. GO membrane can be generally prepared by coating GO nanosheets on microporous polymer supports for mechanical stability. However, the substrates for in thin GO layer should be carefully chosen for good adhesion between GO layer and support surface with maintaining good separation performance. In this study, we tried to modify the surface properties of high permeable support membranes by using gutter layer as an intermediate layer, and measured the gas transport properties of these GO thin-film composite membranes.

Recently, graphene oxide (GO) has been extensively investigated for gas and liquid separation because thin-film GO membranes show quite interesting separation performance. However, even GO membranes exhibit relatively low gas permeability due to high tortuosity caused by high aspect ratio of GO. Normally, the size of GO is in the range from a few hundred nanometers to a few micrometers, so inherent gas permeability would be very varied. For practical applications of GO membranes, the gas permeability should be improved. As such, in this study, we have modified the pristine GO sheets to reduce the gas permeation pathway, with maintaining GO’s excellent gas separation properties. This study will provide a further insight on how such two-dimensional nanosheets can be used for membrane applications, competing with existing membrane materials.

Graphene oxide (GO) is an intriguing two-dimensional nanosheet, a highly oxidized graphene sheet. Due to its various oxygen-containing polar functional groups, graphene oxide shows high CO2 sorption properties, and also thin-film GO membranes exhibit good CO2 separation properties, particularly in the presence of water molecules. Recently, GO nanosheets have been incorporated into polymer membranes, in the form of mixed-matrix membranes, to expect the synergistic effect of GO and polymer matrix. Here, we prepared novel GO/polymer membranes via crosslinking reactions between polar groups on basal plane of GO and bi-functional crosslinking agents, and then conducted the gas permeation measurements to see the possible enhancement for permeability/selectivity performance.