Two-Dimensional Co-Compounded Nanoplates

Abstract

Various two-dimensional(2D) materials attract a lot of attention due to their structural characteristic and applicability. Crystalline 2D materials are being developed, and research on their application in various fields has been reported. Among those materials, graphene having a honeycomb lattice with six carbon atoms is one of the most popular materials due to its excellent physical and chemical properties. However, other carbonaceous materials are in the shadow of interest due to the prosperity of graphene's superior properties. Due to the richness of information for organic chemistry, various forms of organic materials still have enormous opportunity to be developed. Based on the knowledge of organic chemistry, this thesis proposes a new concept of two-dimensional material. By combining the advantages of the materials involved in the reaction process, this new concept two-dimensional materials with the desired material properties can be synthesized. There may be two or more starting materials participating in the reaction. In this thesis, two kinds of organic materials were used as starting materials to synthesize two-dimensional carbonaceous nanoplates with more sp2 bonds than previously reported carbonaceous materials. The new class of carbonaceous compounds using organic (glucose) and other organic materials (1,2-dihydroxybenzene), which are organic-organic co-compounds are suggested here. We successfully synthesized two-dimensional carbonaceous material that can be synthesized in one-pot process without any by-products. The material characteristics of our synthesized co-compounded nanoplate (Co-CANP) were analyzed and its efficacy was confirmed by using it as a filler of various type of composite materials.

탄소 동소체 중 하나인 그래핀의 발견은 2차원 재료에 대한 막대한 관심을 불러일으켰다. 2차원 재료는 높은 종횡비를 갖는 비표면적이 매우 큰 물질로써, 그 응용성이 무궁무진하다. 다양한 원소를 기반으로 한 2차원 재료들이 보고되고 있지만, 거의 대부분 시작 물질의 특성을 벗어나지 못한 채 top-down 방식으로 2차원 재료를 얻고 있는 실정이다. 이 논문에서는 두가지 이상의 화합물을 반응 물질로 사용하여, 물질 특성이 조절 가능한 2차원 재료를 합성하는 방식에 대해 소개하고자 한다. 이는 Bottom-up 방식의 새로운 2차원 물질 합성 플랫폼이며, 반응에 참가하는 화합물의 종류에 따라 합성되어지는 혼성복합질 나노플레이트의 특성이 조절된다는 큰 장점이 있다. 기능기를 갖는 화합물은 모두 반응물질의 후보가 될 수 있으며, 포도당만을 사용하여 2차원 물질을 합성했을 때보다 더 많은 수의 sp² 결합을 갖는 2차원 물질을 합성하였다. 본 논문에서는 포도당(glucose)을 핵 생성(nucleation) 물질로 사용하고 카테콜(dihydroxy benzene)을 추가적인 반응 물질로 사용하여 혼성복합질 탄소질 나노플레이트를 합성하였다. 다양한 분석 기법을 통해 물질 특성을 확인하였으며, 이를 여러 응용성 재료에 첨가물질로 사용하여 그 효능을 검증하였다.