Ni nanoparticles (NPs)-graphitic carbon nanofiber (GCNF) composites were fabricated using an electrospinning method. The amounts of Ni precursor used as catalyst for the catalytic graphitization were controlled at 0, 2, 5, and 8 wt% to improve the photovoltaic performances of the nanoparticles and make them suitable for use as counter electrodes for dyesensitized solar cells (DSSCs). As a result, Ni NPs-GCNF composites that were fabricated with 8 wt% Ni precursors showed a high circuit voltage (0.73 V), high photocurrent density (14.26 mA/cm2), and superb power-conversion efficiency (6.72 %) when compared to those characteristics of other samples. These performance improvements can be attributed to the reduced charge transport resistance that results from the synergetic effect of the superior catalytic activity of Ni NPs and the efficient charge transfer due to the formation of GCNF with high electrical conductivity. Thus, Ni NPs-GCNF composites may be used as promising counter electrodes in DSSCs.

Ni nanoparticles (NPs)-graphitic carbon nanofiber (GCNF) composites were fabricated using an electrospinning method. The amounts of Ni precursor used as catalyst for the catalytic graphitization were controlled at 0, 2, 5, and 8 wt% to improve the photovoltaic performances of the nanoparticles and make them suitable for use as counter electrodes for dyesensitized solar cells (DSSCs). As a result, Ni NPs-GCNF composites that were fabricated with 8 wt% Ni precursors showed a high circuit voltage (0.73 V), high photocurrent density (14.26 mA/cm2), and superb power-conversion efficiency (6.72 %) when compared to those characteristics of other samples. These performance improvements can be attributed to the reduced charge transport resistance that results from the synergetic effect of the superior catalytic activity of Ni NPs and the efficient charge transfer due to the formation of GCNF with high electrical conductivity. Thus, Ni NPs-GCNF composites may be used as promising counter electrodes in DSSCs.

In this study investigated a facile method to prepare modified hydrophilic polypropylene-grafted-maleic anhydride/polyamide 6 (PP-grafted-MAH/PA6), poly(methyl methacrylate) (PMMA) substrate and polyvinyl alcohol-chitosan (PVA-Chitosan) nanofiber membranes for selective urea and excess water flux under various conditions. Fiber diameters and pore sizes were controlled via electrodeposition spinning. The prepared membranes were applied to blood-dialysis membrane, such and a high water and urea flux of 150-250 mg/g membranes were found under the defined optimum conditions. Smaller fiber diameter with a mesopore density increased the efficiency of urea and water flux in blood. In the as-prepared smart membranes showed high flux capacity and selectivity, and promising demonstration.

Synthesis of Li+-selective 14-crown ether (CE) having rigid and bulky subunits was reported. CE-poly(vinyl alcohol) (PVA) dope solutions were electrospun. CEs were immobilized on PVA matrix via acid-catalyzed acetalization using novel aerosol method. Structures of new compounds and their immobilization to PVA were confirmed and characterized. Adsorption experiments show superior lithium capacity and selectivity among previously reported solid-supported CEs. Dihydroxy-dibenzo-14-crown-4 ether-PVA nanofiber membrane showed superior performance. This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Science, ICT and future Planning (2015R1A2A1A15055407) and Ministry of Education (2009-0093816).

본 연구는 Hummer`s method를 이용하여 GO를 합성 후, 필터링을 통해 GO 막을 만들어. PVdF를 이용하여 나노섬유 막을 제조하였다. PVdF의 경우 접촉각 측정의 분석을 통해 친수성의 특징이 나타남을 알 수 있었으며, SEM, FT-IR, 라 만 분석 및 인장시험기, flux 실험을 실시하여, 카드뮴 이온 및 납 이온이 제거되는 것을 확인할 수 있었다. PVdF/GO 나노섬유 막의 경우 수처리에 활용 시, 중금속이온의 함량이 감소할 것이라 예상된다.

본 연구는 수중 비소제거를 위해 망간-철 산화물을 합성하고, PVdF와 복합화하여 전기방사법으로 제조하였다. TEM에서 산화물은 철이 망간을 감싼 형태이다. 인장강도는 PMF10이 PVdF보 다 2배 증가하였고 기공크기는 PVdF보다 작아지는 것이 확인되었다. 비소제거 실험에서 산화물은 As(Ⅲ)제거율이 80%이상 나왔고, As(V)도 제거되 었다. As(Ⅲ) 제거율은 PMF01이 30%로 상대적으로 우수한 결과를 보였다. 따라 서 이산화물은 나노섬유와 복합화를 통해 수처리 필터소재에 대한 기초연구에 활용될 것으로 기대된다.

본 연구에서는, 전기방사를 위하여 알지네이트와 키토산을 이용하여 알지네이트/poly(ethylene oxide)(PEO)와 키 토산/PEO 용액을 준비하였다. 준비된 용액을 10 mL 플라스틱 주사기에 넣고 금속 노즐에 높은 전압을 공급하였다. 키토산과 알지네이트 용액은 고분자 농도, 온도, 상대습도, 인가전압, 노즐과의 거리, 그리고 용액 속도에 의해 컨트롤되었다. 제조된 나노섬유막은 전자주사현미경을 이용하여 모폴로지를 관찰하였다. 알지네이트 전기방사를 위한 나노 섬유막의 최적화된 조건 은 2 wt% 알지네이트, 2 wt% PEO, 60°C, 노즐과의 거리 15 cm, 20~24 kV, 8 μm/min이었으며, 키토산 섬유막의 최적화 조 건은 2 wt% 키토산, 2 wt% PEO, 25°C, 노즐과의 거리 15 cm, 24 kV, 8 μm/min이었다. 복합 나노섬유 제조조건은 노즐과의 거리 20 cm, 8 μm/min, 26 kV이었다.

Octahedral Co3O4/carbon nanofiber (CNF) composites are fabricated using electrospinning and hydrothermal methods. Their morphological characteristics, chemical bonding states, and electrochemical properties are used to demonstrate the improved photovoltaic properties of the samples. Octahedral Co3O4 grown on CNFs is based on metallic Co nanoparticles acting as seeds in the CNFs, which seeds are directly related to the high performance of DSSCs. The octahedral Co3O4/CNFs composites exhibit high photocurrent density (12.73 mA/m2), superb fill factor (62.1 %), and excellent power conversion efficiency (5.61 %) compared to those characteristics of commercial Co3O4, conventional CNFs, and metallic Co-seed/CNFs. These results can be described as stemmnig from the synergistic effect of the porous and graphitized matrix formed by catalytic graphitization using the metal cobalt catalyst on CNFs, which leads to an increase in the catalytic activity for the reduction of triiodide ions. Therefore, octahedral Co3O4/CNFs composites can be used as a counter electrode for Pt-free dye-sensitized solar cells.

전기방사를 사용하여 제조된 나노섬유의 활용은 필터분야, 보호 의류 분야, 에너지 저장기능분야 등 다양한 분야가 있다. 이에 본 연구에서는 우수한 물성을 가지는 polybenzimidazole을 이용하여 방사 용액의 농도, 인가 전압, 방사 거리, collector speed에 따라 방사를 진행하였고, 후처리 과정까지 연구해보았다. 각각의 변수에 따라 nanofiber의 형태, sheet의 기계적 물성 등의 특성을 평가하였으며, 분리막 분야에 적용 가능한 적합한 방사조건에 대하여 연구하였다.

생체적합성과 흡습 특성이 있는 polyamide6 (PA6)를 혈액투석용 분리막으로 사용하기 위해 16 wt% PA6 고분자 용액을 전기방사하여 제조하였다. 제조된 PA6 nanofiber membrane은 직경(fiber diameter), 표면특성, 기공의 크기 분석을 통해 혈액투석용 분리막으로 최적화하였다. PA6 nanofiber membrane는 제 올라이트가 첨가된 친수성 고분자 용액으로 개질하여 혈액 속 노폐물인 creatinine 흡착 제거용 분리막으로 사용하고, creatine의 흡착효과는 UV-visible 분석으로 확인하였다.

Novel processable sulfur copolymer (poly(S-r-CEA)) was synthesized via facile inverse vulcanization of elemental sulfur with 2-carboxyethyl acrylate (CEA). This polysulfide was electrospun producing sulfur-rich nanofiber and tested for heavy metal sequestration. Adsorption experiments show very high and efficient Hg2+ adsorption. This work extends the novelty of inverse vulcanization chemistry by developing method for preparation of material based on inverse vulcanized polysulfide. Consequently, a new and cheap yet effective material was prepared for heavy metal sequestration from contaminated water. This work was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Science, ICT and Future Planning (2015R1A2A1A15055407) and by the Ministry of Education (No. 2009-0093816).

Synthesis of Li+-selective 14-crown ether (CE) having rigid and bulky subunits was reported. CE-poly(vinyl alcohol) (PVA) dope solutions were electrospun. CEs were immobilized on PVA matrix via acid-catalyzed acetalization using novel aerosol method. Structures of new compounds and their immobilization to PVA were confirmed and characterized. Adsorption experiments show superior lithium capacity and selectivity among previously reported solid-supported CEs. Dihydroxy-dibenzo-14-crown-4 ether-PVA nanofiber membrane showed superior performance. This work was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Science, ICT and Future Planning (2015R1A2A1A15055407) and by the Ministry of Education (No. 2009-0093816).

본 연구에서는, 산화그래핀과 은나노물질의 복합체인 Ag/GO를 합성하고 이를 PAN 고분자용액에 도입하여 전기방사함으로써 나노섬유형태의 분리막을 제조하였다. Ultraviolet-visible spectra분석을 통해 합성조건을 최적화하였으며, SEM, TEM, Raman 분석을 진행하여 구조 및 형태를 확인하였다. 그램음성균 (Salmonella, E. coli.)과 그램양성균(B. cereus, St. aureus)에 대한 항균성 실험결과 제조된 복합나노섬유의 항균효과를 확인할 수 있었다. 또한, 복합체의 도입 에 따라 약 100%이상의 높은 수투과도 값과 막오염 저감효과를 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제조된 나노섬유 분리막은 수처리용 분리막으로 충분히 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 Hummer’s method를 이용하여 Graphene oxide (GO)를 합성하였으며, poly acrylonitrile (PAN)과 복합화하여 나노섬유 막을 제조하였다. 접촉각 측정, SEM, FT-IR, 인장강도, DI water를 이용한 flux 실험 및 BSA rejection 실험을 실시하여 막의 특성 분석을 진행하였다. PAN/GO 0.3 나노섬유의 경우, rejection 값이 59%로 PAN/GO 복합 나노섬유 막들 중 상대적으로 우수하였다. PAN/GO 복합 나노섬유 막을 수 처리 분야에 이용하여 얻은 자료는, 폐수 속의 유기물질 함량 감소 연구에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

나노섬유는 기존 합성 섬유와 비교하여 섬유의 직경을 획기적으로 줄여줌으로써 표면적을 비약적으로 향상시킬 수 있어 각종 필터 및 분리막, 전자 기기의 벤 트용 소재, 투습방수용 의류 등 산업 전 분야에 적용이 시도되고 있는 소재이다. 전기방사 기술은 섬유의 직경과 세공 등 물성과 성능을 쉽게 설계, 적용할 수 있어 고품질, 고성능의 멤브레인을 제공하고 있으나, 경제성을 갖춘 양산규모의 전기방사 기술이 어려워 긴 역사에 비해 기술적 성취도는 매우 낮은 상태이며, 부직포 타입으로 인해 응용분야의 한계가 있었다. 최근, 나노섬유를 장섬유 섬 유사로 개발하여 다양한 분야에 적용을 시도하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 고에서는 다양한 나노섬유 양산화 기술 동향과 응용분야, 나노섬유 기반 장섬유 섬유사를 제조하는 최신 기술동향에 대해서 소개하고자 한다.

본 연구에서는 비소(arsenic, As) 제거 특성을 가진 망간-철 산화물(manganese-iron oxide, MF)을 제조하고, 이를 poly vinylidene fluoride (PVdF)와 복합화를 진행하여 As(III)와 As(V)를 동시에 제거가 가능한 수처리용 나노섬유복합막 (polymer nanofiber membrane with Mn-Fe, PMF) 제조에 관한 기초 연구를 진행하였다. Transmission electron microscope (TEM) 분석을 통해 MF 소재의 형상 및 구조를 확인하였으며, PMF 복합막의 수처리용 분리막으로의 활용가능성을 조사하 기 위하여 기계적 강도, 기공크기, 접촉각 및 수투과도 분석을 진행하였다. 측정결과로부터 망간과 철 비율이 같은 PMF11 복 합막의 기계적 강도가 가장 높은 결과값(232.7 kgf/cm2)을 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 또한, MF 소재의 도입에 따라 기공 크기가 점차 줄어드는 경향성을 확인할 수 있었으며, 특히, 철 산화물의 조성비가 증가할수록 기공크기가 감소하는 경향성을 보여주었다. 수투과도 측정결과 MF 소재의 도입에 따라 PVdF 나노섬유막에 비해 약 10~60% 이상 향상되는 결과를 나타내 었다. 제조된 MF 소재 및 PMF 복합막의 비소 제거 특성평가를 통해 As(III)와 (V)의 동시 제거 가능하며, 특히, MF01 샘플 의 경우 As(III)와 (V)에 각각 93, 68%의 가장 높은 흡착제거율을 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 제조된 MF소재 및 PMF 복합막을 통해 수처리용 분리막의 기능성 향상을 위한 기초연구 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Carbon nanofiber (CNF) composites coated with spindle-shaped Fe2O3 nanoparticles (NPs) are fabricated by a combination of an electrospinning method and a hydrothermal method, and their morphological, structural, and chemical properties are measured by field-emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Xray diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy. For comparison, CNFs and spindle-shaped Fe2O3 NPs are prepared by either an electrospinning method or a hydrothermal method, respectively. Dye-sensitized solar cells (DSSCs) fabricated with the composites exhibit enhanced open circuit voltage (0.70 V), short-circuit current density (12.82 mA/cm2), fill factor (61.30%), and power conversion efficiency (5.52%) compared to those of the CNFs (0.66 V, 11.61 mA/cm2, 51.96%, and 3.97%) and spindle-shaped Fe2O3 NPs (0.67 V, 11.45 mA/cm2, 50.17%, and 3.86%). This performance improvement can be attributed to a synergistic effect of a superb catalytic reaction of spindle-shaped Fe2O3 NPs and efficient charge transfer relative to the one-dimensional nanostructure of the CNFs. Therefore, spindle-shaped Fe2O3-NPcoated CNF composites may be proposed as a potential alternative material for low-cost counter electrodes in DSSCs.

식용수의 비소오염으로 인한 피해로 비소에 대한 관심이 증대되고 있으며, 아시아 지역뿐만 아니라 북남미, 유럽까지 비소로 오염된 지하수가 발견되고 있다. 본 연구에서는 As(Ⅲ)와 As(V)의 흡착특성을 가진 것으로 알려진 망간-철 산화물을 합성하고, PVdF고분자를 이용하여 복합나노섬유를 제조하였으며, 복합막의 물리적 특성과 비소제거 성능을 확인하였다. 복합화 전 합성된 망간-철 산화물을 ICP를 이용하여 비소제거율을 측정한 결과 As(V)는 43.6%, As(Ⅲ)는 65.5%의 제거율을 보였다.

본 연구에서는 개선된 Hummers법으로 제조된 산화그래핀에 기능화된 산화철(Fe3O4)을 합성하여 나노섬유 분리막을 제조하였다. 기질 고분자인 PVdF(polyvinylidene fluoride)와 제조된 Fe3O4-GO(MGO)은 전기방사법을 이용하여 나노섬유 분리막을 제조하고, 제조된 막에 대한 비소(Ⅲ,V) 제거 실험을 진행하였다. 먼저 MGO의 비소제거 실험에서 비소(Ⅲ) 이온의 경우 83%, 비소(V)이온의 경우 70%까지 MGO에 대한 비소제거 성능이 확인되었으며, 막의 경우에도 MGO의 함량이 높을수록 비소제거가 각각 80%까지 확인되었다.

Perforated polygonal cobalt oxide (Co3O4) is synthesized using electrospinning and a hydrothermal methodfollowed by the removal of a carbon nanofiber (CNF) template. To investigate their formation mechanism, thermogravi-metric analysis, field-emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy are examined. To obtain the optimum condition of perforated polygonal Co3O4, we pre-pare three different weight ratios of the Co precursor and the CNF template: sample A (Co precursor:CNF template-10:1), sample B (Co precursor:CNF template-3.2:1), and sample C (Co precursor:CNF template-2:1). Among them, sam-ple A exhibits the perforated polygonal Co3O4 with a thin carbon layer (5.7-6.2 nm) owing to the removal of CNF tem-plate. However, sample B and sample C synthesized perforated round Co3O4 and destroyed Co3O4 powders, respectively,due to a decreased amount of Co precursor. The increased amount of the CNF template prevents the formation of polygonalCo3O4. For sample A, the optimized weight ratio of the Co precursor and CNF template may be related to the suc-cessful formation of perforated polygonal Co3O4. Thus, perforated polygonal Co3O4 can be applied to electrode materialsof energy storage devices such as lithium ion batteries, supercapacitors, and fuel cells.