본 기술은 벤젠 고리 기반 2차원 원자 결정 구조(C2N) 화합물에 황(S)이나 인(P) 같은 이종 원소를 도핑하여 격자의 결합각과 밴드 구조를 변형함으로써 ORR과 OER 전기화학 성능을 높이고, 용매 배합과 산도 조절로 0~3차원 네트워크 구조를 제어하는 기술입니다.
기존 2차원 그래핀 소재는 밴드갭이 0이어서 전자 소자에 적용하기 어려웠습니다. 기존 질소 도핑 방식 역시 공정이 복잡하고 금속 오염 위험이 있었으며, 도핑 영역의 구조가 불안정해 밴드갭을 제어하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 헥사아미노벤젠(hexaaminobenzene)과 벤젠 유도체를 중합하여 C2N 구조의 에어로겔을 만든 뒤 S 또는 P 도핑 원소를 도입해 구조적 응력을 조절하고 밴드갭을 형성하며, 유기용매, 물, 알코올 비율과 티오우레아나 황산 같은 산도 조절 소스의 조성을 최적화하여 네트워크 차원을 자유롭게 바꾸도록 구성됩니다. 이 소재는 금속-공기 전지 공기극, 금속 프리 전기촉매, 반도체성 2차원 소자 채널에 적용될 수 있어 금속 오염 걱정 없이 용도별로 밴드 구조를 맞춤 설계할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 유기계 Superionic Plastic Crystal 신물질 설계를 통한 고에너지밀도의 soft materials platform개발 지원을 통해 개발되었습니다.
WO2019-125052A1
