The process of encapsulating cobalt nanoparticles using a graphene layer is mainly direct pyrolysis. The encapsulation structure of hybrids prepared in this way improves the catalyst stability, which greatly reduces the leaching of non-metals and prevents metal nanoparticles from growing beyond a certain size. In this study, cobalt particles surrounded by graphene layers were formed by increasing the temperature in a transmission electron microscope, and they were analyzed using scanning transmission electron microscopy (STEM). Synthesized cobalt hydroxide nanosheets were used to obtain cobalt particles using an in-situ heating holder inside a TEM column. The cobalt nanoparticles are surrounded by layers of graphene, and the number of layers increases as the temperature increases. The interlayer spacing of the graphene layers was also investigated using atomic imaging. The success achieved in the encapsulation of metallic nanoparticles in graphene layers paves the way for the design of highly active and reusable heterogeneous catalysts for more challenging molecules.
Deepanshu Malhotra;Duy Thanh Tran;Nam Hoon Kim;Joong Hee Lee
Composites Research
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제37권4호
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pp.286-290
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2024
The rapid increase in the demand for energy has put huge pressure on fossil fuels. The continuous overutilization of these existing non-renewable energy sources has been causing severe environmental concerns. In these regards, electrochemical water splitting has gained huge attention for producing green hydrogen, a superior energy source with high gravimetric energy density (120 MJ/kg), as compared with conventional options. Electrochemical water splitting is a viable option for generating green hydrogen. However, the various limitations of state-of the art Pt/C and RuO2- based electrocatalysts has motivated the scientific community to develop novel cathode (hydrogen evolution reaction (HER)) and anode (oxygen evolution reaction (OER)) electrocatalysts. In our present study, we have achieved a new milestone by fabricating the NiMo-based transition metal LDHs coupled V2C MXene support based heterocatalyst. The synergistic impact of NiMo LDHs (corrosion resistance, favorable intrinsic catalytic properties, etc.) and V2C (high electrical conductivity, pseudocapacitive behavior, etc.) has resulted in the HER and OER at smaller overpotential of 135 and 370 mV at the current density of 10 and 30 mA cm-2 in an alkaline (1.0 M KOH) environment.
The rational synthesis of efficient transitional metal phosphides (TMPs) could revolutionize green hydrogen production via water splitting. Hydrogen, with the highest energy density among fuels, stands out as an excellent alternative to address environmental issues and ensure sustainable future energy generation. However, the limited availability of state-of-the-art electrocatalysts like Pt/C and RuO2, used for the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER), respectively, necessitates the development of cost-effective and non-noble electrocatalysts for green hydrogen production. In this context, we present a novel heterointerface-modulated heterostructure design comprising ultrathin nanosheets of a 3D Co2P/VP heterostructure on a conductive nickel foam substrate. This heterostructure demonstrates remarkably low overpotentials of 96 mV for HER and 237 mV for OER at 10 mA cm-2. The material's robust electrochemical kinetics are further evidenced by low Tafel slopes of 68.28 mV dec-1 and 116.54 mV dec-1, respectively.
2차원 층상결정구조를 갖는 금속산화물 나노시트의 조성을 제어함으로써 재료 물성 및 응용의 확장이 가능하다. 본 연구에서 니오비움(Nb)이 도핑 된 타이타늄산화물(TiOy) 나노시트 합성에 성공함으로써 나노시트의 조성을 순수조성에서 도핑조성으로 확장할 수 있었다. 상세하게는 출발 물질인 층상 구조 금속산화물 합성 시 도핑 조성을 설계(K0.8Ti1.73-xNbxLi0.27O4, x = 0, 0.03, 0.07)하고 고상 합성한 후 유기물처리를 통한 화학적 박리를 수행하였다. 이렇게 함으로써 니오비움이 도핑 된 타이타늄산화물 초박막 나노시트를 수득할 수 있었다. 나노시트의 크기는 x-y 방향에서 긴 길이 기준으로 2 ㎛ 이하였으며 두께(z 방향)는 약 1 nm였다. 니오비움의 도핑 여부는 XRD 및 SEM-EDS 분석을 통해 확인할 수 있었다.
Lam, Van Nang;Kumar, Challa Kiran;Park, Nam-Kyu;Arepalli, Vinaya Kumar;Kim, Eui-Tae
한국재료학회:학술대회논문집
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한국재료학회 2011년도 추계학술발표대회
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pp.16.2-16.2
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2011
Graphene has attracted significant attention due to its unique characteristics and promising nanoelectronic device applications. For practical device applications, it is essential to synthesize high-quality and large-area graphene films. Graphene has been synthesized by eloborated mechanical exfoliation of highly oriented pyrolytic graphite, chemical reduction of exfoliated grahene oxide, thermal decomposition of silicon carbide, and chemical vapor deposition (CVD) on metal substrates such as Ni, Cu, Ru etc. The CVD has advantages over some of other methods in terms of mass production on large-areas substrates and it can be easily separated from the metal substrate and transferred to other desired substrates. Especially, plasma-enhanced CVD (PECVD) can be very efficient to synthesize high-quality graphene. Little information is available on the synthesis of graphene by PECVD even though PECVD has been demonstrated to be successful in synthesizing various carbon nanostructures such as carbon nanotubes and nanosheets. In this study, we synthesized graphene on $Ni/SiO_2/Si$ and Cu plate substrates with CH4 diluted in $Ar/H_2$ (10%) by using an inductively-coupled PECVD (ICPCVD). High-quality graphene was synthesized at as low as $700^{\circ}C$ with 600 W of plasma power while graphene layer was not formed without plasma. The growth rate of graphene was so fast that graphene films fully covered on substrate surface just for few seconds $CH_4$ gas supply. The transferred graphene films on glass substrates has a transmittance at 550 nm is higher 94%, indicating 1~3 monolayers of graphene were formed. FETs based on the grapheme films transferred to $Si/SiO_2$ substrates revealed a p-type. We will further discuss the synthesis of graphene and doped graphene by ICPVCD and their characteristics.
Kim, D.J.;Sohn, I.Y.;Kim, D.I.;Yoon, O.J.;Yang, C.W.;Lee, N.E.;Park, J.S.
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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pp.431-431
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2011
Graphene, two dimensional sheet of sp2-hybridized carbon, has attracted an enormous amount of interest due to excellent electrical, chemical and mechanical properties for the application of transparent conducting films, clean energy devices, field-effect transistors, optoelectronic devices and chemical sensors. Especially, graphene is promising candidate to detect the gas molecules and biomolecules due to the large specific surface area and signal-to-noise ratios. Despite of importance to the disease diagnosis, there are a few reports to demonstrate the graphene- and rGO-FET for biological sensors and the sensing mechanism are not fully understood. Here we describe scalable and facile fabrication of rGO-FET with the capability of label-free, ultrasensitive electrical detection of a cancer biomarker, prostate specific antigen/${\alpha}1$-antichymotrypsin (PSA-ACT) complex, in which the ultrathin rGO sensing channel was simply formed by a uniform self-assembly of two-dimensional rGO nanosheets on aminated pattern generated by inkjet printing. Sensing characteristics of rGO-FET immunosensor showed the highly precise, reliable, and linear shift in the Dirac point with the analyte concentration of PSA-ACT complex and extremely low detection limit as low as 1 fg/ml. We further analyzed the charge doping mechanism, which is the change in the charge carrier in the rGO channel varying by the concentration of biomolecules. Amenability of solution-based scalable fabrication and extremely high performance may enable rGO-FET device as a versatile multiplexed diagnostic biosensor for disease biomarkers.
Surface plasmon resonance (SPR) is classified into the propagating surface plasmon (PSP) excited on flat metal surfaces and the local surface plasmon (LSP) excited by metalnanoparticles. It is known that fluorescence signals are enhanced by these two SPR-fields.On the other hand, fluorescence is quenched by the energy transfer to metal (FRET). Bothphenomena are controlled by the distance between dyes and metals, and the degree offluorescence enhancement is determined by the correlation. In this study, we determined thecondition to achieve the maximum fluorescence enhancement by adjusting the distance of ametal nanoparticle 2D sheet and a quantum dots 2D sheet by the use of $SiO_2$ spacer layers. The 2D sheets consisting of myristate-capped Ag nanoparticles (AgMy nanosheets) wereprepared at the air-water interface and transferred onto hydrophobized gold thin films basedon the Langmuir-Schaefer (LS) method [1]. The $SiO_2$ sputtered films with different thickness (0~100 nm) were deposited on the AgMy nanosheet as an insulator. TOPO-cappedCdSe/CdZnS/ZnS quantum dots (QDs, ${\lambda}Ex=638nm$) [2] were also transferred onto the $SiO_2$ films by the LS method. The layered structure is schematically shown in Fig. 1. The result of fluorescence measurement is shown in Fig. 2. Without the $SiO_2$ layer, the fluorescence intensity of the layered QD film was lower than that of the original QDs layer, i.e., the quenching by FRET was predominant. When the $SiO_2$ thickness was increased, the fluorescence intensity of the layered QD film was higher than that of the original QDs layer, i.e., the SPR enhancement was predominant. The fluorescence intensity was maximal at the $SiO_2$ thickness of 20 nm, particularly when the LSPR absorption wavelength (${\lambda}=480nm$) was utilized for the excitation. This plasmonic nanosheet can be integrated intogreen or bio-devices as the creation point ofenhanced LSPR field.
Nanocomposites of reduced graphene oxide and manganese (II,III) oxide can be synthesized by the freeze-drying process of the mixed colloidal suspension of graphene oxide and manganese oxide, and the subsequent heat-treatment. The calcined reduced graphene oxide-manganese (II,III) oxide nanocomposites are X-ray amorphous, suggesting the formation of homogeneous and disordered mixture without any phase separation. The reduction of graphene oxide to reduced graphene oxide upon the heat-treatment is evidenced by Fourier-transformed infrared spectroscopy. Field emission-scanning electronic microscopy and energy dispersive spectrometry clearly demonstrate the formation of porous structure by the house-of-cards type stacking of reduced graphene oxide nanosheets and the homogeneous distribution of manganese ions in the nanocomposites. According to Mn K-edge X-ray absorption spectroscopy, manganese ions in the calcined nanocomposites are stabilized in octahedral symmetry with mixed Mn oxidation state of Mn(II)/Mn(III). The present reduced graphene oxide-manganese oxide nanocomposites show characteristic pseudocapacitance behavior superior to the pristine manganese oxide, suggesting their applicability as electrode material for supercapacitors.
A new procedure to produce poly(vinylidene fluoride)/boron nitride hybrid membrane is presented for application in membrane distillation (MD) process. The influence of hexagonal boron nitride (h-BN) incorporation on the performance of the polymeric membranes is studied through the present investigation. For this aim, h-BN nanopowders were successfully synthesized using the simple chemical vapor deposition (CVD) route and subsequent solvent treatments. The resulting h-BN nanosheets were blended with poly(vinylidene fluoride) (PVDF) solution. Then, the prepared composite solution was subjected to phase inversion process to obtain PVDF/h-BN hybrid membranes. Various examinations such as scanning electron microscopy (SEM), wettability, permeation flux, mechanical strength and liquid entry pressure (LEP) measurements are performed to evaluate the prepared membrane. Moreover, Air gap membrane distillation (AGMD) experiments were carried out to investigate the salt rejection performance and the durability of membranes. The results show that our hybrid PVDF/h-BN membrane presents higher water permeation flux (${\sim}18kg/m^2h$) compared to pristine PVDF membrane. In addition, the experimental data confirms that the prepared nanocomposite membrane is hydrophobic (water contact angle: ${\sim}103^{\circ}$), has a porous skin layer (>85%), as well competitive fouling resistance and operational durability. Furthermore, the total salt rejection efficiency was obtained for PVDF/h-BN membrane. The results prove that the novel PVDF/h-BN membrane can be easily synthesized and applied in MD process for salt rejection purposes.
Polymethyl methacrylate (PMMA)는 치과 교정장치 재료로 사용해 왔다. 하지만 낮은 항균력으로 인한 구강감염을 촉진시킬 염려가 있다. 본 연구에서는 이를 극복하기 위하여 최근 발표된 Ag-MSN, graphene-oxide nanosheets(nGO), Cerium nanoparticle(CNP)의 나노입자를 교정레진인 Dentarum 회사의 Orthocryl를 사용하여 레진 파우더 대비 중량비 0, 0.25, 0.5, 1.0, 2.0%를 MMA 액에 혼합한 후 제조사의 지시에 따라 PMMA 분말: MMA 액 (1.2 : 1) 비율로 혼합하여 교정용 시편을 제작하였고 교정용 레진 항진균 실험, 통계분석을 하였다. 항균실험을 한 결과 교정용 PMMA레진이 Ag-MSN을 함유할 때 항(진)균적 성질이 증가하였다. nGO를 PM에 넣으면 표면이 거칠어지고 친수성을 높일 수 있었고 항균 접착제 효과가 표면 거칠기의 변화가 아닌 친수성이 증가하였다. CNP 농도가 높을수록 항부착 성질이 최대 60%까지 관찰되었다. 나노입자함유 교정용 레진은 항균효과가 나타남을 알 수 있었다. 이는 의치, 치열 교정 장치 및 임시 수복물에 대한 유망한 항균 치과 재료로서의 잠재적 유용성을 시사한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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