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KR102297995B1 - Iron oxide nanocube with open-mouthed cavity and methods for preparing the same - Google Patents

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KR102297995B1
KR102297995B1 KR1020190133225A KR20190133225A KR102297995B1 KR 102297995 B1 KR102297995 B1 KR 102297995B1 KR 1020190133225 A KR1020190133225 A KR 1020190133225A KR 20190133225 A KR20190133225 A KR 20190133225A KR 102297995 B1 KR102297995 B1 KR 102297995B1
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Abstract

본 발명은 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조방법, 및 이에 의해 제조된 산화철 나노큐브, 및 상기 산화철 나노큐브의 용도에 관한 것으로, 일 구체예에 따른 제조방법에 의하면, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 제조할 수 있고, 상기 방법으로 제조된 산화철 나노큐브 및 귀금속 나노결정를 포함하는 펜톤산화 처리용 촉매는 비대칭 구조를 갖는 바, 자가 추진할 수 있어 효율적으로 폐수에 포함된 오염물질을 제거하는데 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing an iron oxide nanocube having an open cavity concave inward on its outer surface, and an iron oxide nanocube prepared thereby, and a use of the iron oxide nanocube, in a manufacturing method according to an embodiment According to the present invention, it is possible to prepare an iron oxide nanocube having an open cavity concave inward on the outer surface, and the catalyst for Fenton oxidation treatment including the iron oxide nanocube and the noble metal nanocrystal prepared by the above method has an asymmetric structure. It can be propelled and used to efficiently remove pollutants contained in wastewater.

Description

개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브, 이의 제조방법 및 이의 용도{Iron oxide nanocube with open-mouthed cavity and methods for preparing the same}Iron oxide nanocube with open-mouthed cavity and methods for preparing the same

본 발명은 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐의 제조방법, 상기 방법으로 제조된 산화철 나노큐브, 및 상기 산화철 나노큐브의 용도에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing an iron oxide nanoQ having an open cavity concave inwardly on an outer surface, an iron oxide nanocube prepared by the method, and a use of the iron oxide nanocube.

에너지가 최소화된 낮은 굴절률을 갖는 면으로 둘러싸인 볼록한 표면 또는 평평한 표면을 갖는 나노입자의 합성은 용이한 반면, 오목한 표면을 갖는 나노입자는 지금까지 거의 합성되지 않았다. 오목한 표면을 갖는 나노입자(CS-NC)는 음의 곡률 내에서 높은 굴절률의 면을 가지며, 그 곳에서는 저배위의 원자들이 조밀하게 밀집되어 있다. 이러한 오목한 표면을 갖는 나노입자는 촉매 작용, 플라즈몬, 의약 및 단일 나노구조에 다기능성을 통합하는 합성 후 공학(postsynthetic engineering)에서 다양하게 응용될 수 있다. CS-NC를 제조하기 위한 방법으로서 미리 합성된 다각형 금속 나노결정에서 특정 세트의 면을 에칭하거나 특정 위치에 금속 전구체로부터 기인한 원자를 과성장시키는 방법 등이 있으나, 이 방법들은 나노큐브와 같은 3차원 나노결정에서 화학적으로 동등한 모든 면에 무차별적으로 음의 곡률을 생성하여 대칭적인 구조의 CS-NC를 형성한다. 그러나 하나의 오목한 동공이 일면에 선택적으로 형성되어 비대칭적인 야누스(Janus) 구조를 갖는 나노입자는 독특한 다면적 구조와 자기적, 촉매적 특성 때문에 응용가능성이 높음에도 이를 합성하는 방법은 거의 연구된 바가 없다. The synthesis of nanoparticles with a convex or flat surface surrounded by a face with a low refractive index with minimized energy is easy, whereas nanoparticles with a concave surface have been rarely synthesized so far. Nanoparticles with a concave surface (CS-NC) have a surface of high refractive index within a negative curvature, where low-coordinated atoms are densely packed. Nanoparticles with these concave surfaces have a wide range of applications in catalysis, plasmonics, medicine, and postsynthetic engineering that integrates multifunctionality into a single nanostructure. As a method for manufacturing CS-NCs, there are methods such as etching a specific set of faces in a pre-synthesized polygonal metal nanocrystal or overgrowth of atoms resulting from a metal precursor at a specific location, but these methods are A symmetrical CS-NC is formed by indiscriminately generating negative curvatures on all chemically equivalent faces in a dimensional nanocrystal. However, although a single concave pore is selectively formed on one surface and has an asymmetric Janus structure, there has been little research on how to synthesize it despite its high application potential due to its unique multifaceted structure and magnetic and catalytic properties. .

한편, 펜톤산화 반응은 오염 부하량을 감소시키기 위하여 폐수 중에 존재하는 유기물질을 완전 산화시키거나 난분해성 유기물질을 미생물 분해가 가능하도록 변환시키는 것으로서, 과산화수소수에 철염을 촉매로 하여 강력한 산화력을 갖고 있는 유리기(HO)를 발생시켜 폐수 중에 잔존하는 유기물을 분해시키는 방법이다. 유체 내에서 펜톤산화 처리용 촉매가 정지해있으면, 비효율적인 촉매 활성 및 긴 작동시간을 초래하므로 촉매가 동적으로 동작하는 것은 촉매 활성을 향상시키는 데 중요하다. 따라서, 폐수 처리에 있어서, 촉매의 기능과 자율적인 움직임을 결합하는 것은 수질 개선 정도를 효과적으로 높일 수 있는 효율적인 전략이다. On the other hand, the Fenton oxidation reaction completely oxidizes organic substances present in wastewater or converts difficult-to-decompose organic substances to microbial decomposition in order to reduce the pollution load. It is a method of decomposing organic matter remaining in wastewater by generating free radicals (HO). If the catalyst for Fenton oxidation treatment is still in the fluid, it results in inefficient catalyst activity and long operating time, so it is important to improve the catalyst activity for the catalyst to operate dynamically. Therefore, in wastewater treatment, combining the function of a catalyst and autonomous movement is an effective strategy that can effectively increase the degree of water quality improvement.

이에, 본 출원의 발명자들은 촉매에 동적인 움직임을 부여할 수 있는 비대칭적인 야누스 구조를 갖는 나노입자를 제조하는 방법에 관한 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the inventors of the present application have completed the present invention regarding a method for preparing nanoparticles having an asymmetric Janus structure capable of imparting dynamic movement to a catalyst.

대한민국 공개특허 제10-2004-0052387호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2004-0052387

본 발명이 일 예는, 실리카 껍질 내에 한정된 산화철 나노큐브를 산화적 조건 및 환원적 조건에서 열처리시, 외부 일면에서 선택적으로 철이온이 주위 실리카 껍질로 확산되어 오목한 동공을 갖는 비대칭 구조의 산화철 나노큐브로 열적 변환하는 것을 이용하여, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조방법을 제공하는 것이다. In one example of the present invention, when an iron oxide nanocube confined in a silica shell is heat-treated under oxidative and reductive conditions, iron ions selectively diffuse into the surrounding silica shell from the outer surface and the iron oxide nanocube of an asymmetric structure having concave pores It is to provide a method of manufacturing an iron oxide nanocube having an open cavity concave to the inside on one surface of the outside by using the thermal conversion.

본 발명의 또 다른 일 예는, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브에 관한 것이다.Another example of the present invention relates to an iron oxide nanocube having an open cavity concave inwardly on the outer surface.

본 발명의 추가 일 예는, 비대칭 구조를 갖지 아니하여, 자가 추진력이 없는 촉매보다 우수한 오염물질 분해 효율을 나타낼 수 있는, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브 및 귀금속 나노결정을 포함하는 펜톤산화 처리용 촉매에 관한 것이다. A further example of the present invention is an iron oxide nanocube and a noble metal nanocrystal having an open pore concave inward on the outer surface, which does not have an asymmetric structure and can exhibit superior pollutant decomposition efficiency than a catalyst without self-propelling force. It relates to a catalyst for Fenton oxidation treatment comprising a.

본 발명의 추가 일 예는, 오염물질을 포함하는 폐수에 상기 펜톤산화 처리용 촉매를 투입하는 단계를 포함하는 수중 오염물질의 분해방법에 관한 것이다.A further example of the present invention relates to a method for decomposing pollutants in water, comprising the step of adding the catalyst for Fenton oxidation treatment to wastewater containing pollutants.

이에, 본 발명자들은 실리카 껍질 내에 한정된 산화철 나노큐브를 산화적 조건 및 환원적 조건에서 열처리시, 외부 일면에서 선택적으로 철이온이 주위 실리카 껍질로 확산되어 오목한 동공을 갖는 비대칭 구조의 산화철 나노큐브로 열적 변환하는 것을 확인하여, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조방법을 완성하였다. Therefore, the present inventors have thermally treated iron oxide nanocubes confined in a silica shell under oxidative and reducing conditions into iron oxide nanocubes having an asymmetric structure having concave pores by selectively diffusing iron ions from the outer surface to the surrounding silica shell. By confirming the transformation, a method for manufacturing iron oxide nanocubes having an open cavity in the form of concave inward on the outer surface was completed.

본 발명의 일예는, (1) 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브를 포함하는 마이크로에멀전에 암모니아 수용액과 실리카 전구체를 추가하여 실리카 졸-겔 반응을 수행하여, 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자를 제조하는 단계;An example of the present invention includes (1) a silica sol-gel reaction by adding an aqueous ammonia solution and a silica precursor to a microemulsion containing iron oxide nanocubes capped with an organic material, and comprising an iron oxide nanocube and a silica shell surrounding it preparing nanoparticles;

(2) 상기 (1) 단계에서 얻어진 나노입자를 산화적 조건에서 400℃ 이상 내지 800℃ 미만의 온도로 열처리하여, 나노입자의 산화철 나노큐브에 캡핑된 유기물질을 제거하는 단계; (2) heat-treating the nanoparticles obtained in step (1) at a temperature of 400° C. to less than 800° C. under oxidative conditions, thereby removing the organic material capped on the iron oxide nanocubes of the nanoparticles;

(3) 상기 (2) 단계에서 얻어진 나노입자를 환원적 조건에서 400℃ 이상 내지 500℃ 미만의 온도로 열처리하여, 나노입자에 포함된 나노큐브의 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 나노입자를 제조하는 단계; 및 (3) by heat-treating the nanoparticles obtained in step (2) at a temperature of 400° C. or higher to less than 500° C. under reducing conditions, having an open cavity in the form of concave inward on the outer surface of the nanocube contained in the nanoparticles preparing nanoparticles; and

(4) 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자를 염기성 수용액으로 처리하여 실리카 껍질을 제거하여, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 얻는 단계를 포함하는, (4) treating the nanoparticles obtained in step (3) with a basic aqueous solution to remove the silica shell to obtain an iron oxide nanocube having an open pore concave inwardly on the outer surface,

외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조방법에 관한 것이다. It relates to a method for manufacturing an iron oxide nanocube having an open cavity concave inwardly on one external surface.

본 발명의 추가 일예는, 외부 일면에 내부로 오목한 형태이고 10 내지 15nm의 직경을 갖는 개방 동공을 포함하는 산화철 나노큐브에 관한 것으로서, 바람직하게는 상기 산화철 나노큐브는 상기 단계 (1) 내지 (4)을 포함하는 산화철 나노큐브의 제조방법에 관한 것이다.A further embodiment of the present invention relates to an iron oxide nanocube having an inwardly concave shape on the outer surface and having an open cavity having a diameter of 10 to 15 nm, preferably, the iron oxide nanocube is prepared in the steps (1) to (4). ) relates to a method for producing an iron oxide nanocube containing.

본 발명의 추가 일예는, 외부 일면에 내부로 오목한 형태이고 10 내지 15nm의 직경을 갖는 개방 동공을 포함하는 산화철 나노큐브와 상기 산화철 나노큐브의 개방 동공에 형성된 귀금속 나노결정을 포함하는, 펜톤산화 처리용 촉매에 관한 것이다. A further example of the present invention is a penton oxidation treatment comprising an iron oxide nanocube having an open cavity having an inner concave shape on the outer surface and having a diameter of 10 to 15 nm and a noble metal nanocrystal formed in the open cavity of the iron oxide nanocube It relates to a catalyst.

본 발명의 추가 일예는, 오염물질을 포함하는 폐수에 과산화수소(H2O2), 및 상기 펜톤산화 처리용 촉매를 투입하여 펜톤산화 반응에 의해 발생한 수산화 라디칼에 의해 오염물질이 분해되는 단계를 포함하는, 수중 오염물질의 분해방법에 관한 것이다.A further example of the present invention includes the step of decomposing pollutants by hydroxyl radicals generated by the Fenton oxidation reaction by adding hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and the catalyst for Fenton oxidation treatment to wastewater containing pollutants. It relates to a method for decomposing pollutants in water.

본 발명에 따른 제조방법에 의하면 비대칭 구조의 나노큐브로서, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 제조할 수 있고, 상기 비대칭 구조의 나노큐브 및 상기 나노큐브의 개방 동공에 귀금속 나노결정을 포함하는 펜톤산화 처리용 촉매는 과산화수소 존재 하에서 일 방향으로 이동하는 자가 추진력을 가져 우수한 오염물질 분해 활성을 갖는다. According to the manufacturing method according to the present invention, as a nanocube of an asymmetric structure, an iron oxide nanocube having an open pore concave inwardly on an external surface can be manufactured, and the nanocube of the asymmetric structure and the open cavities of the nanocube can be prepared. The catalyst for Fenton oxidation treatment including noble metal nanocrystals has a self-propelling force that moves in one direction in the presence of hydrogen peroxide and has excellent decomposition activity of pollutants.

본 명세서에서, "산화철 나노큐브"는 육면체 모양을 가지며 육면체의 일변의 길이가 나노미터 크기의 산화철 나노입자를 의미한다. As used herein, the term "iron oxide nanocube" refers to iron oxide nanoparticles having a hexahedral shape and having one side of the hexahedron having a nanometer size.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 예는, 하기 단계를 포함하는, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조방법을 제공한다:An example of the present invention provides a method for manufacturing an iron oxide nanocube having an open pore concave inwardly on an external surface, comprising the following steps:

(1) 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브를 포함하는 마이크로에멀전에 암모니아 수용액과 실리카 전구체를 추가하여 실리카 졸-겔 반응을 수행하여, 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자를 제조하는 단계;(1) performing a silica sol-gel reaction by adding an aqueous ammonia solution and a silica precursor to a microemulsion containing iron oxide nanocubes capped with an organic material, to prepare nanoparticles comprising iron oxide nanocubes and a silica shell surrounding them step;

(2) 상기 (1) 단계에서 얻어진 나노입자를 산화적 조건에서 400℃ 이상 내지 800℃ 미만의 온도로 열처리하여, 나노입자의 산화철 나노큐브에 캡핑된 유기물질을 제거하는 단계; (2) heat-treating the nanoparticles obtained in step (1) at a temperature of 400° C. to less than 800° C. under oxidative conditions, thereby removing the organic material capped on the iron oxide nanocubes of the nanoparticles;

(3) 상기 (2) 단계에서 얻어진 나노입자를 환원적 조건에서 400℃ 이상 내지 500℃ 미만의 온도로 열처리하여, 나노입자에 포함된 나노큐브의 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 나노입자를 제조하는 단계; 및 (3) by heat-treating the nanoparticles obtained in step (2) at a temperature of 400° C. or higher to less than 500° C. under reducing conditions, having an open cavity in the form of concave inward on the outer surface of the nanocube contained in the nanoparticles preparing nanoparticles; and

(4) 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자를 염기성 수용액으로 처리하여 실리카 껍질을 제거하여, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 얻는 단계.(4) treating the nanoparticles obtained in step (3) with a basic aqueous solution to remove the silica shell, thereby obtaining an iron oxide nanocube having open pores concave inwardly on the outer surface.

일 구체예에 따른 제조방법은 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자를 출발 물질로 하여 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 제조할 수 있다.The manufacturing method according to one embodiment can prepare an iron oxide nanocube having an open pore concave inwardly on one external surface using nanoparticles including an iron oxide nanocube and a silica shell surrounding the same as a starting material.

본 발명에 따른 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조방법은 실리카 껍질을 포함하는 나노입자를 제조하는 단계((1) 단계)를 포함하며, 구체적으로 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브를 포함하는 마이크로에멀전에 암모니아 수용액과 실리카 전구체를 추가하여 실리카 졸-겔 반응을 수행하여, 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자를 제조한다. The method for manufacturing an iron oxide nanocube having open pores according to the present invention includes a step (step (1)) of preparing nanoparticles including a silica shell, specifically, a micro-cube including iron oxide nanocubes capped with an organic material. A silica sol-gel reaction is performed by adding an aqueous ammonia solution and a silica precursor to the emulsion to prepare nanoparticles comprising iron oxide nanocubes and a silica shell surrounding them.

상기 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브의 모서리 길이는 10 내지 30nm, 12 내지 28nm, 14 내지 26nm, 15 내지 25nm, 16 내지 24nm, 18 내지 24nm, 20 내지 25nm, 또는 20 내지 22nm일 수 있다.The edge length of the iron oxide nanocubes capped with the organic material may be 10 to 30 nm, 12 to 28 nm, 14 to 26 nm, 15 to 25 nm, 16 to 24 nm, 18 to 24 nm, 20 to 25 nm, or 20 to 22 nm.

상기 (1) 단계에서 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브를 포함하는 마이크로에멀전은 유중수(water-in-oil) 마이크로에멀전인 것일 수 있다. The microemulsion containing iron oxide nanocubes capped with an organic material in step (1) may be a water-in-oil microemulsion.

상기 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브를 포함하는 마이크로에멀전은 공지된 방법으로 제조될 수 있으며 예를 들면, 열 분해 방법(J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 454-455)을 통해 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브를 제조한 후에 마이크로에멀전(또는 계면활성제를 함유한 유기용매)에 첨가하여 제조할 수 있다. The microemulsion including iron oxide nanocubes capped with the organic material may be prepared by a known method, for example, organically through a thermal decomposition method (J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 454-455). After preparing iron oxide nanocubes capped with a material, it can be prepared by adding it to a microemulsion (or an organic solvent containing a surfactant).

상기 유기용매는 마이크로에멀전에서 유상으로 사용될 수 있는 통상의 유기 용매일 수 있고, 예를 들면, 사이클로헥산, 헥산, 헵탄, 옥탄, 이소옥탄, 노난, 데칸, 및 톨루엔으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The organic solvent may be a conventional organic solvent that can be used as an oil phase in the microemulsion, for example, at least one selected from the group consisting of cyclohexane, hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, decane, and toluene. can

상기 계면활성제는 예를 들면, 4-비페닐카르복시산(4-biphenylcarboxylic acid), 폴리옥시에틸렌-5-노닐페닐 에테르(polyoxyethylene-5-nonylphenyl ether; 예를 들면, NP-5 또는 Igepal CO-520), 폴리옥시에틸렌 소르비탄(polyoxyethylene sorbitan; 예를 들면, Tween), 폴록사머(poloxamer), 및 소르비탄 에스테르(sorbitan ester)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. The surfactant is, for example, 4-biphenylcarboxylic acid, polyoxyethylene-5-nonylphenyl ether; for example, NP-5 or Igepal CO-520) , polyoxyethylene sorbitan (polyoxyethylene sorbitan; for example, Tween), poloxamer (poloxamer), and may be at least one selected from the group consisting of sorbitan ester (sorbitan ester).

상기 유기물질은 안정화제(stabilizing agent)의 역할을 하며, 일 구체예에 따르면, 유기물질을 첨가하여야 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브를 포함하는 마이크로에멀전을 제조할 수 있다. The organic material serves as a stabilizing agent, and according to one embodiment, a microemulsion including iron oxide nanocubes capped with an organic material may be prepared only when the organic material is added.

상기 유기물질은 C4 내지 C30을 포함하는 지방산, C4 내지 C30을 포함하는 지방족 알코올, 및 C4 내지 C30을 포함하는 지방족 아민으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 C4 내지 C30을 포함하는 지방산은 라우린산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 리놀레산(linoleic acid), 스테아린산(stearic acid), 올레산(oleic acid), 및 팔미트산(palmitic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. The organic material may be at least one selected from the group consisting of an aliphatic amine containing a C 4 to C 30 fatty acid, including, to C 4 aliphatic alcohol, and a C 4 to C 30, including the C 30. The C 4 to C 30 fatty acids are lauric acid, myristic acid, linoleic acid, stearic acid, oleic acid, and palmitic acid ( palmitic acid) may be at least one selected from the group consisting of.

상기 실리카 전구체는 제한되지 않으나 예를 들면, 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl ortho-silicate, TEOS), 테트라메틸 오소실리케이트(tetramethyl orthosilicate, TMOS), 테트라부틸 오소실리케이트(tetrabutyl orthosilicate, TBOS), 및 테트라프로필 오소실리케이트(tetrapropyl orthosilicate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The silica precursor is, but not limited to, for example, tetraethyl ortho-silicate (TEOS), tetramethyl orthosilicate (TMOS), tetrabutyl orthosilicate (TBOS), and tetrapropyl orthosilicate (TBOS). It may be at least one selected from the group consisting of silicate (tetrapropyl orthosilicate).

상기 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자는, 산화철 나노큐브를 포함하는 핵 및 상기 산화철 나노큐브를 둘러싸는 실리카 껍질을 포함하는, 핵@껍질(core@shell) 구조의 나노입자일 수 있다. The nanoparticles comprising the iron oxide nanocubes and the silica shell surrounding them are nanoparticles having a core@shell structure, including a nucleus including the iron oxide nanocubes and a silica shell surrounding the iron oxide nanocubes. can

상기 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자는 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브를 포함할 수 있다. The nanoparticles including the iron oxide nanocubes and the silica shell surrounding them may include iron oxide nanocubes capped with an organic material.

상기 산화철 나노큐브는 마그네타이트(magnetite; Fe3O4), 마그헤마이트(maghemite; γ-Fe2O3), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브는 OA(Oleic acid)-Fe3O4 일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자는 OA-Fe3O4@SiO2 일 수 있다. The iron oxide nanocubes may include magnetite (Fe 3 O 4 ), maghemite (γ-Fe 2 O 3 ), or a combination thereof. According to one embodiment, the iron oxide nanocubes capped with the organic material may be OA (Oleic acid)-Fe 3 O 4 . According to one embodiment, the nanoparticles including the iron oxide nanocubes and the silica shell surrounding them may be OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 .

상기 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자의 직경은 10 내지 60nm, 15 내지 55nm, 20 내지 50nm, 20 내지 45nm, 25 내지 45nm, 30 내지 45nm, 30 내지 40nm, 35 내지 40nm, 40 내지 45nm, 또는 40 내지 42nm일 수 있다. The diameter of the nanoparticles comprising the iron oxide nanocube and the silica shell surrounding it is 10 to 60 nm, 15 to 55 nm, 20 to 50 nm, 20 to 45 nm, 25 to 45 nm, 30 to 45 nm, 30 to 40 nm, 35 to 40 nm, 40 to 45 nm, or 40 to 42 nm.

상기 (1) 단계에서 얻어진 나노입자에서 실리카 껍질과 산화철 나노큐브는 물리적으로 접촉되어 실리카 껍질과 산화철 나노큐브 사이에 빈 공간을 형성하지 않는 것일 수 있다.In the nanoparticles obtained in step (1), the silica shell and the iron oxide nanocube are in physical contact so that an empty space is not formed between the silica shell and the iron oxide nanocube.

상기 실리카 껍질과 산화철 나노큐브의 물리적 접촉은, 일 구체예에 따른 제조방법에서, 나노큐브의 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공 구조 형성을 위한 철 이온의 이동에 중요한 역할을 제공한다. 예를 들면, 실리카 껍질과 산화철 나노큐브가 물리적으로 접촉하고 있지 않거나 물리적 접촉이 최소화된 나노큐브를 산화적 조건에서 열처리, 및 환원적 조건에서 열처리를 수행하여도, 나노큐브의 외부 일면에 동공 구조가 나타나지 아니하여, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 제조할 수 없다. 상기 실리카 껍질과 산화철 나노큐브가 물리적으로 접촉하고 있지 않거나 물리적 접촉이 최소화된 나노큐브는 산화철 나노큐브가 속빈(hollow) 실리카 껍질 내부에 위치하는 것일 수 있다. The physical contact between the silica shell and the iron oxide nanocube, in the manufacturing method according to an embodiment, provides an important role for the movement of iron ions for the formation of an open pore structure concave inwardly on the outer surface of the nanocube. For example, even if the silica shell and the iron oxide nanocube are not in physical contact or the nanocube with minimal physical contact is subjected to heat treatment under oxidative conditions and heat treatment under reductive conditions, the pore structure on the outer surface of the nanocube does not appear, so it is impossible to prepare an iron oxide nanocube having an open cavity concave inwardly on the outer surface. The silica shell and the iron oxide nanocubes are not in physical contact or the nanocubes in which the physical contact is minimized may be those in which the iron oxide nanocubes are located inside the hollow silica shell.

일 구체예에 따른 제조방법은 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자를 출발 물질로 사용하여 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 제조할 수 있다. 구형의 산화철 나노결정과 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자를 환원적 조건에서 열처리를 수행하면, 나노입자(또는 구형의 산화철 나노결정)에서 오목한 형태의 동공 구조는 관찰되지 않고, 속빈 실리카 껍질과 실리카 껍질의 외부에 산화철 나노결정이 형성된다.The manufacturing method according to one embodiment can prepare an iron oxide nanocube having an open pore concave inwardly on an outer surface using nanoparticles including an iron oxide nanocube and a silica shell surrounding the same as a starting material. When the spherical iron oxide nanocrystals and nanoparticles containing the surrounding silica shell are subjected to heat treatment under reducing conditions, a concave pore structure is not observed in the nanoparticles (or spherical iron oxide nanocrystals), and the hollow silica shell and Iron oxide nanocrystals are formed on the outside of the silica shell.

본 발명에 따른 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조방법은, 나노입자의 산화철 나노큐브에 캡핑된 유기물질을 제거하는 단계((2) 단계)를 포함하며, 상기 (1) 단계에서 얻어진 나노입자를 산화적 조건에서 400℃ 이상 내지 800℃ 미만의 온도로 열처리하여, 나노입자의 산화철 나노큐브에 캡핑된 유기물질을 제거한다. The method for manufacturing an iron oxide nanocube having open pores according to the present invention includes the step (step (2)) of removing the organic material capped on the iron oxide nanocube of the nanoparticles, wherein the nanoparticles obtained in step (1) is heat-treated at a temperature of 400° C. or higher to less than 800° C. under oxidative conditions to remove the organic material capped on the iron oxide nanocubes of the nanoparticles.

상기 산화적 조건은 공기, 산소(O2) 기체, 또는 산소 5몰% 이상, 산소 10몰% 이상, 산소 15몰% 이상, 산소 20몰% 이상, 산소 25몰% 이상, 산소 30몰% 이상, 산소 35몰% 이상, 산소 40몰% 이상, 또는 산소 50몰% 이상을 포함하는 혼합기체를 사용하는 조건일 수 있다. The oxidative condition is air, oxygen (O 2 ) gas, or more than 5 mol% of oxygen, more than 10 mol% of oxygen, more than 15 mol% of oxygen, more than 20 mol% of oxygen, more than 25 mol% of oxygen, more than 30 mol% of oxygen , 35 mol% or more of oxygen, 40 mol% or more of oxygen, or 50 mol% or more of oxygen may be a condition of using a mixed gas.

상기 산화적 조건에서 열처리는, 400℃ 이상 내지 800℃ 미만, 450℃ 이상 내지 750℃ 미만, 450℃ 이상 내지 700℃ 미만, 450℃ 이상 내지 650℃ 미만, 500℃ 이상 내지 600℃ 미만, 또는 500℃의 온도로 1 내지 30시간, 5 내지 20시간, 10 내지 15시간, 또는 5시간 동안 수행하는 것일 수 있다. The heat treatment in the oxidative condition is 400 °C to less than 800 °C, 450 °C to less than 750 °C, 450 °C to less than 700 °C, 450 °C to less than 650 °C, 500 °C to less than 600 °C, or 500 It may be carried out for 1 to 30 hours, 5 to 20 hours, 10 to 15 hours, or 5 hours at a temperature of ℃.

상기 산화적 조건에서 열처리는 1 내지 10℃/분, 또는 5℃/분의 가열속도로 수행되는 것일 수 있다.The heat treatment in the oxidative condition may be performed at a heating rate of 1 to 10°C/min, or 5°C/min.

일 구체예에 따르면, 상기 (1) 단계에서 얻어진 나노입자를 산화적 조건에서 400℃ 이상 내지 800℃ 미만의 온도로 열처리하여, 나노입자의 산화철 나노큐브에 캡핑된 유기물질을 제거하는 단계((2) 단계)를 환원적 조건에서 열처리하는 단계((3) 단계) 전에 포함하면, 상기 유기물질을 제거하는 단계((2) 단계)를 포함하지 않는 방법 보다 나노큐브의 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 생산 수율을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자를 산화적 조건에서 열처리 하여 나노입자의 산화철 나노큐브에 캡핑된 유기물질을 제거하는 단계를 포함하면, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 95% 이상, 또는 100%의 수율로 제조할 수 있다. According to one embodiment, by heat-treating the nanoparticles obtained in step (1) at a temperature of 400° C. or higher to less than 800° C. under oxidative conditions, removing the organic material capped on the iron oxide nanocubes of the nanoparticles ((( When step 2) is included before the step (step (3)) of heat treatment under reducing conditions, the outer surface of the nanocube is concave inward than the method that does not include the step (step (2)) of removing the organic material. It is possible to increase the production yield of iron oxide nanocubes with an open pore shape. For example, when removing the organic material capped on the iron oxide nanocube of the nanoparticles by heat-treating the nanoparticles including the iron oxide nanocube and the silica shell surrounding it under oxidative conditions, the outer surface is concave inward. The iron oxide nanocubes having an open pore shape can be prepared in a yield of 80% or more, 85% or more, 90% or more, 95% or more, or 100%.

상기 (2) 단계에서 얻어진 나노입자에서 산화철 나노큐브는 마그헤마이트(maghemite; γ-Fe2O3)를 포함할 수 있다.In the nanoparticles obtained in step (2), the iron oxide nanocubes may include maghemite (γ-Fe 2 O 3 ).

일 구체예에 따라 상기 (1) 단계에서 얻어진 나노입자를 산화적 조건에서 400℃ 이상 내지 800℃ 미만의 온도로 열처리하여, 나노입자의 산화철 나노큐브에 캡핑된 유기물질을 제거하는 단계((2) 단계)에 의하여, 나노입자의 산화철 나노큐브에 포함되는 마그네타이트(magnetite; Fe3O4)가 마그헤마이트(maghemite; γ-Fe2O3)로 전환될 수 있다. According to one embodiment, heat-treating the nanoparticles obtained in step (1) at a temperature of 400° C. to less than 800° C. under oxidative conditions to remove the organic material capped on the iron oxide nanocubes of the nanoparticles ((2) ) step), magnetite (Fe 3 O 4 ) included in the iron oxide nanocubes of the nanoparticles may be converted into maghemite (γ-Fe 2 O 3 ).

일 구체예에 따르면, 상기 (2) 단계에서 얻어진 나노입자는 Fe2O3@SiO2일 수 있다.According to an embodiment, the nanoparticles obtained in step (2) may be Fe 2 O 3 @SiO 2 .

본 발명에 따른 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조방법은, 나노입자에 포함된 나노큐브의 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 나노입자를 제조하는 단계((3) 단계)를 포함하며, 구체적으로 상기 (2) 단계에서 얻어진 나노입자를 환원적 조건에서 400℃ 이상 내지 500℃ 미만의 온도로 열처리하여, 나노입자에 포함된 나노큐브의 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 나노입자를 제조한다. The method for manufacturing an iron oxide nanocube having open pores according to the present invention includes the step (step (3)) of preparing nanoparticles having open pores concave to the inside on the outer surface of the nanocube included in the nanoparticles Specifically, by heat-treating the nanoparticles obtained in step (2) at a temperature of 400° C. or higher to less than 500° C. under reducing conditions, an open cavity of a concave shape is formed on the outer surface of the nanocube contained in the nanoparticles. Nanoparticles with

상기 환원적 조건은 수소(H2) 기체, 또는 수소 1몰% 이상을 포함하는 혼합기체를 사용하는 조건일 수 있다. 예를 들면, 수소 및 비활성 혼합기체를 사용할 수 있고, 예를 들면, 수소 1몰% 이상, 수소 2몰% 이상, 수소 3몰% 이상, 수소 4몰% 이상, 수소 5몰% 이상, 수소 8몰% 이상, 수소 10몰% 이상, 수소 20몰% 이상, 수소 30몰% 이상, 수소 40몰% 이상, 또는 수소 50몰% 이상을 포함하는 혼합기체, 아르곤(Ar) 96몰% 및 수소 4몰%를 포함하는 혼합기체, 또는 질소(N2) 96몰% 및 수소 4몰%를 포함하는 혼합기체를 사용할 수 있다.The reducing conditions may be conditions using hydrogen (H 2 ) gas, or a mixed gas containing 1 mol% or more of hydrogen. For example, hydrogen and an inert gas mixture may be used, for example, hydrogen 1 mol% or more, hydrogen 2 mol% or more, hydrogen 3 mol% or more, hydrogen 4 mol% or more, hydrogen 5 mol% or more, hydrogen 8 mol% or more, hydrogen 10 mol% or more, hydrogen 20 mol% or more, hydrogen 30 mol% or more, hydrogen 40 mol% or more, or a mixed gas containing 50 mol% or more hydrogen, argon (Ar) 96 mol% and hydrogen 4 A mixed gas containing mol%, or a mixed gas containing 96 mol% of nitrogen (N 2 ) and 4 mol% of hydrogen may be used.

상기 환원적 조건에서 열처리는, 300℃ 이상 내지 500℃ 미만, 350℃ 이상 내지 500℃ 미만, 400℃ 이상 내지 500℃ 미만, 400℃, 또는 450℃의 온도로 1 내지 30시간, 5 내지 20시간, 10 내지 15시간, 또는 5시간 동안 수행하는 것일 수 있다. The heat treatment under the reductive conditions is 300 °C to less than 500 °C, 350 °C to less than 500 °C, 400 °C to less than 500 °C, 400 °C, or 450 °C for 1 to 30 hours, 5 to 20 hours. , 10 to 15 hours, or may be carried out for 5 hours.

일 구체예에 따르면, 상기 (2) 단계에서 얻어진 나노입자를 환원적 조건에서 300℃ 이상의 온도에서 열처리하면, 나노입자의 산화철 나노큐브에 포함되는 마그헤마이트(maghemite; γ-Fe2O3)가 마그네타이트(magnetite; Fe3O4)로 전환될 수 있다. According to one embodiment, when the nanoparticles obtained in step (2) are heat-treated at a temperature of 300° C. or higher under reducing conditions, maghemite contained in the iron oxide nanocubes of the nanoparticles (maghemite; γ-Fe 2 O 3 ) may be converted into magnetite (Fe 3 O 4 ).

일 구체예에 따르면, 상기 환원적 조건에서 상기 (2) 단계에서 얻어진 나노입자를 상기 범위 이외의 온도로 열처리시 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 제조할 수 없거나, 제조하고자 목적하는 나노입자(예를 들면, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브)외에 부산물이 생성될 수 있다. 예를 들면, 부산물로서, 실리카 껍질 내부의 산화철 나노큐브가 사라지고, 내부에 동공, 동공을 둘러싸는 실리카 껍질 및 실리카 껍질의 외부에 산화철을 포함하는 나노구가 형성될 수 있고, 나노큐브에 포함된 마그네타이트 상이 Fe2+-실리케이트 상(Fe2SiO4)으로 변환될 수 있다. According to one embodiment, when the nanoparticles obtained in step (2) are heat-treated at a temperature other than the above range under the reductive conditions, an iron oxide nanocube having an open cavity in a concave shape on the outside cannot be prepared, By-products may be generated in addition to the nanoparticles to be produced (eg, iron oxide nanocubes having open pores concave inward on the outer surface). For example, as a by-product, the iron oxide nanocube inside the silica shell disappears, and a pore, a silica shell surrounding the cavity, and a nanosphere containing iron oxide on the outside of the silica shell may be formed. The magnetite phase may be converted to a Fe 2+ -silicate phase (Fe 2 SiO 4 ).

상기 환원적 조건에서 열처리는 20분 내지 48시간, 20분 내지 24시간, 1시간 내지 24시간, 1시간 내지 12시간, 2시간 내지 10시간, 4시간 또는 8시간, 5시간 내지 8시간, 5시간 내지 10시간, 또는 5시간 동안 수행하는 것일 수 있다.The heat treatment under the reducing conditions is 20 minutes to 48 hours, 20 minutes to 24 hours, 1 hour to 24 hours, 1 hour to 12 hours, 2 hours to 10 hours, 4 hours or 8 hours, 5 hours to 8 hours, 5 It may be carried out for hours to 10 hours, or 5 hours.

일 구체예에 따르면, 환원적 조건에서 상기 열처리 시간 범위의 하한값 미만으로 열처리시 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 나노입자의 수율이 낮고, 상기 열처리 시간 범위의 상한값을 초과하여 열처리시, 실리카 껍질 내부의 산화철 나노큐브가 사라지고, 내부에 동공, 동공을 둘러싸는 실리카 껍질 및 실리카 껍질의 외부에 산화철을 포함하는 나노구가 형성될 수 있다.According to one embodiment, the yield of nanoparticles having open cavities concave inwardly on the outer surface is low during heat treatment under the reductive condition below the lower limit of the heat treatment time range, and the heat treatment time exceeds the upper limit of the heat treatment time range , the iron oxide nanocubes inside the silica shell may disappear, and nanospheres including cavities, silica shells surrounding the cavities and iron oxides on the outside of the silica shells may be formed.

상기 환원적 조건에서 열처리는 1 내지 10℃/분, 또는 5℃/분의 가열속도로 수행되는 것일 수 있다.The heat treatment in the reducing conditions may be performed at a heating rate of 1 to 10 °C / min, or 5 °C / min.

일 구체예에 따르면, 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자는 conc-Fe3O4@SiO2일 수 있다.According to one embodiment, the nanoparticles obtained in step (3) may be conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 .

본 발명에 따른 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조방법은 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 얻는 단계를 포함((4) 단계)하며, 구체적으로 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자를 염기성 수용액으로 처리하여 실리카 껍질을 제거하여, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 얻는다.The method for manufacturing an iron oxide nanocube having a cavity according to the present invention includes the step of obtaining an iron oxide nanocube having an open cavity concave inwardly on an outer surface (step (4)), specifically, in step (3) The obtained nanoparticles are treated with a basic aqueous solution to remove the silica shell to obtain an iron oxide nanocube having open pores concave to the inside on the outside surface.

상기 염기성 수용액은 암모니아(NH4OH), 수산화나트륨(NaOH), 및 수산화칼륨(KOH)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 수용액일 수 있다.The basic aqueous solution may be an aqueous solution containing at least one selected from the group consisting of ammonia (NH 4 OH), sodium hydroxide (NaOH), and potassium hydroxide (KOH).

상기 (4) 단계는 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자를 염기성 수용액에 처리하여 상온에서 5시간 내지 24시간, 8시간 내지 20시간, 10시간 내지 18시간, 또는 12시간 내지 16시간 동안 교반하여 반응시킨 후, 원심분리에 의해 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 침전시켜 얻을 수 있다. 상기 원심분리는 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 침전시킬 수 있는 조건이면 당업계에서 사용될 수 있는 통상의 범위에서 수행될 수 있으며, 예를 들면, 10,000rpm 내지 15,000rpm의 조건으로 10분 내지 15분 동안 원심분리를 수행하여 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 수득할 수 있다.In step (4), the nanoparticles obtained in step (3) are treated with a basic aqueous solution and stirred at room temperature for 5 hours to 24 hours, 8 hours to 20 hours, 10 hours to 18 hours, or 12 hours to 16 hours. After the reaction, it can be obtained by precipitating iron oxide nanocubes having open pores concave to the inside on one external surface by centrifugation. The centrifugation may be performed in a conventional range that can be used in the art as long as it is a condition capable of precipitating an iron oxide nanocube having an open cavity concave inward on the outer surface, for example, 10,000 rpm to 15,000 rpm Centrifugation may be performed for 10 to 15 minutes under the conditions of to obtain iron oxide nanocubes having open pores concave to the inside on the outer surface.

상기 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브는 나노큐브의 육면 중 하나의 면에만 오목한 형태의 개방 동공을 가질 수 있다. The iron oxide nanocube having an open pore concave inwardly on the outer surface may have an open pore concave on only one surface of the six surfaces of the nanocube.

상기 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브에서 개방 동공의 직경은 1 내지 30nm, 3 내지 25nm, 5 내지 20nm, 8 내지 18nm, 10 내지 15nm, 또는 10 내지 12nm일 수 있다.In the iron oxide nanocube having open pores concave inward on the outer surface, the diameter of the open pores may be 1 to 30 nm, 3 to 25 nm, 5 to 20 nm, 8 to 18 nm, 10 to 15 nm, or 10 to 12 nm.

상기 (4) 단계에서 얻어진 나노큐브는 평균 대각선 길이가 5 내지 60nm, 10 내지 55nm, 15 내지 50nm, 또는 20 내지 45nm일 수 있다. 상기 대각선 길이는 산화철 나노큐브(육면체)의 대각선의 길이를 의미한다.The nanocubes obtained in step (4) may have an average diagonal length of 5 to 60 nm, 10 to 55 nm, 15 to 50 nm, or 20 to 45 nm. The diagonal length means the length of the diagonal of the iron oxide nanocube (hexahedron).

상기 (4) 단계에서 얻어진 나노큐브는 마그네타이트(magnetite; Fe3O4)를 포함할 수 있다.The nanocube obtained in step (4) may include magnetite (Fe 3 O 4 ).

일 구체예예 따른 제조방법은, 상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에, 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자를 산화적 조건에서 400℃ 이상 내지 800℃ 미만의 온도로 열처리하여, 동공 구조를 갖지 않는 나노입자로 전환하는 단계를 수행한 후에, 상기 동공 구조를 갖지 않는 나노입자를 환원적 조건에서 400℃ 이상 내지 500℃ 미만의 온도로 열처리하여 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자와 동일한 구조의 나노입자를 제조하는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있다. In the manufacturing method according to an embodiment, between the steps (3) and (4), the nanoparticles obtained in the step (3) are heat-treated at a temperature of 400 ° C. to less than 800 ° C. After performing the step of converting to nanoparticles without It may be to further include the step of preparing the nanoparticles of the structure.

일 구체예에 따르면, 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자를 산화적 조건에서 400℃ 이상 내지 800℃ 미만의 온도로 열처리(상기 (2) 단계와 동일한 조건의 열처리)하면, 동공 구조를 갖지 않는 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자로 전환되고, 상기 동공 구조를 갖지 않는 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자를 환원적 조건에서 400℃ 이상 내지 500℃ 미만의 온도로 열처리(상기 (3) 단계와 동일한 조건의 열처리)하면, 다시 나노입자에 포함된 나노큐브의 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 나노입자로 변환될 수 있다.According to one embodiment, when the nanoparticles obtained in step (3) are heat-treated at a temperature of 400° C. to less than 800° C. under oxidative conditions (heat treatment under the same conditions as in step (2)), it does not have a pore structure The iron oxide nanocubes and nanoparticles comprising the surrounding silica shell are converted to nanoparticles, and the iron oxide nanocubes having no pore structure and the nanoparticles comprising the silica shell surrounding them are heated at a temperature of 400° C. or higher to less than 500° C. under reducing conditions. If the furnace heat treatment (heat treatment under the same conditions as in step (3) above), the nanoparticles can be converted into nanoparticles having open pores concave inwardly on the outer surface of the nanocube contained in the nanoparticles.

일 구체예에 따르면, 상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에, 산화적 조건에서 열처리 및 환원적 조건에서 열처리를 추가적으로 수회(예를 들면, 1 회 내지 100회, 1회 내지 50회, 또는 1회 내지 10회) 포함하여도, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 제조할 수 있다.According to one embodiment, between steps (3) and (4), heat treatment under oxidative conditions and heat treatment under reductive conditions are additionally performed several times (eg, 1 to 100 times, 1 to 50 times, or 1 to 10 times), it is possible to prepare an iron oxide nanocube having an open cavity concave to the inside on one external surface.

일 구체예에 따르면, 상기 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브(상기 (4) 단계에서 얻어진 나노입자)는 conc-Fe3O4일 수 있다. According to one embodiment, the iron oxide nanocubes (nanoparticles obtained in step (4) above) having an open cavity concave inward on the outer surface may be conc -Fe 3 O 4 .

일 구체예에 따른 제조방법은 (5) 상기 (4) 단계에서 얻어진 산화철 나노큐브를 환원제, 및 귀금속 전구체를 포함하는 수용액에 처리하여, 나노큐브의 개방 동공 오목면에 귀금속 나노결정을 제조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The manufacturing method according to one embodiment comprises the steps of (5) treating the iron oxide nanocubes obtained in step (4) with an aqueous solution containing a reducing agent and a noble metal precursor, to prepare noble metal nanocrystals on the concave surface of the open pores of the nanocubes may further include.

상기 환원제는 통상적으로 사용될 수 있는 것이면 제한없이 포함되고, 예를 들면, L-아스코르브산(L-ascorbic acid), 소듐 보로하이드라이드 (sodium borohydride), 포타슘 보로하이드라이드 (potassium borohydride), 하이드라진(hydrazine), 및/또는 수소 기체(H2)를 포함한다.The reducing agent is included without limitation as long as it can be used conventionally, for example, L-ascorbic acid (L-ascorbic acid), sodium borohydride (sodium borohydride), potassium borohydride (potassium borohydride), hydrazine (hydrazine) ), and/or hydrogen gas (H 2 ).

상기 귀금속 전구체는 통상적으로 사용될 수 있는 것이면 제한없이 포함되고, 예를 들면, 백금(Pt) 전구체, 팔라듐(Pd) 전구체, 로듐(Rh) 전구체, 이리듐(Ir) 전구체, 은(Ag) 전구체, 및/또는 루테늄(Ru) 전구체일 수 있고, 예를 들면, 상기 팔라듐(Pd) 전구체는 Na2PdCl4, K2PdCl4, K2PdCl6, (NH4)2PdCl4, (NH4)2PdCl6, 및/또는 PdCl2일 수 있고, 상기 백금(Pt) 전구체는 H2PtCl6·6H2O, H2PtCl6, K2PtCl4, K2PtCl6, Na2PtCl4·xH2O, 및/또는 Na2PtCl6·6H2O일 수 있다. 여기서, 상기 Na2PtCl4·xH2O에서 x는 3 내지 6이다.The noble metal precursor is included without limitation as long as it can be conventionally used, for example, a platinum (Pt) precursor, a palladium (Pd) precursor, a rhodium (Rh) precursor, an iridium (Ir) precursor, a silver (Ag) precursor, and / or a ruthenium (Ru) precursor, for example, the palladium (Pd) precursor is Na 2 PdCl 4 , K 2 PdCl 4 , K 2 PdCl 6 , (NH 4 ) 2 PdCl 4 , (NH 4 ) 2 PdCl 6 , and/or PdCl 2 may be, and the platinum (Pt) precursor is H 2 PtCl 6 ·6H 2 O, H 2 PtCl 6 , K 2 PtCl 4 , K 2 PtCl 6 , Na 2 PtCl 4 ·xH 2 O, and/or Na 2 PtCl 6 .6H 2 O. Here, in the Na 2 PtCl 4 ·xH 2 O, x is 3 to 6.

상기 (5) 단계에서 귀금속 나노결정은 나노큐브의 개방 동공 오목면에 선택적으로 형성되고, 오목면이 아닌 부분에서는 형성되지 않는 것일 수 있다. In step (5), the noble metal nanocrystals may be selectively formed on the concave surface of the open cavity of the nanocube, but not formed on the non-concave surface.

일 구체예에 따른 제조방법은 (6) 상기 (5) 단계에서 얻어진 나노입자를 PEG(polyethylene glycol; 폴리에틸렌 글리콜)화시켜 상기 나노입자의 콜로이드 안정성을 형성시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, (5) 단계에서 얻어진 나노입자를 포함하는 현탁액을 mPEG-비스포스네이트 수용액을 혼합하여 상기 나노입자가 PEG화될 수 있다. The manufacturing method according to one embodiment may further include (6) forming colloidal stability of the nanoparticles by PEGylating the nanoparticles obtained in step (5). For example, the nanoparticles may be PEGylated by mixing a suspension containing the nanoparticles obtained in step (5) with an aqueous mPEG-bisphosphonate solution.

본 발명의 또 다른 일 예는, 본 발명에 따른 상기 방법으로 제조되고, 외부 일면에 내부로 오목한 형태이고 10 내지 15nm의 직경을 갖는 개방 동공을 포함하는, 산화철 나노큐브를 제공한다. 상기 산화철 나노큐브에 관한 것은, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브에 대해 설명한 바와 같다. Another example of the present invention provides an iron oxide nanocube manufactured by the above method according to the present invention, comprising an open pore having an inner concave shape on an outer surface and having a diameter of 10 to 15 nm. Regarding the iron oxide nanocube, it is the same as described for the iron oxide nanocube having an open cavity concave to the inside on one external surface.

상기 산화철 나노큐브는 마그네타이트(magnetite; Fe3O4)를 포함할 수 있다. The iron oxide nanocubes may include magnetite (Fe 3 O 4 ).

일 구체예에 따르면, 상기 산화철 나노큐브는 촉매용 지지체로 사용될 수 있고, 촉매(예를 들면, 귀금속 나노결정) 또는 촉매 전구체가 물리 화학적인 방법으로 상기 산화철 나노큐브의 일면에 위치한 개방 동공에 위치 선택적으로 담지되어 나노큐브의 개방 동공에서 촉매가 제어 가능하도록 기능화된 야누스(Janus) 구조의 나노입자(예를 들면, Pt@conc-Fe3O4)를 제조할 수 있다. 상기 야누스 구조의 나노입자는 물 또는 용매 속에서 동적인 움직임을 가져, 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있는 나노스위머(nanoswimmer)로 이용될 수 있다. According to one embodiment, the iron oxide nanocubes may be used as a support for a catalyst, and a catalyst (eg, noble metal nanocrystals) or a catalyst precursor is located in an open cavity located on one side of the iron oxide nanocube by a physicochemical method It is possible to prepare nanoparticles of a Janus structure (eg, Pt@ conc -Fe 3 O 4 ) that are selectively supported so that the catalyst can be controlled in the open pores of the nanocube. The nanoparticles of the Janus structure have a dynamic movement in water or a solvent, and thus can be used as a nanoswimmer capable of efficiently removing contaminants.

본 발명의 또 다른 일 예는, 본 발명에 따른 상기 방법으로 제조되고, 외부 일면에 내부로 오목한 형태이고 10 내지 15nm의 직경을 갖는 개방 동공을 포함하는, 산화철 나노큐브, 및 상기 산화철 나노큐브의 개방 동공에 형성된 귀금속 나노결정을 포함하는, 펜톤산화 처리용 촉매를 제공한다. Another example of the present invention is an iron oxide nanocube manufactured by the method according to the present invention, which is in the form of an inwardly concave shape on the outer surface and has an open pore having a diameter of 10 to 15 nm, and the iron oxide nanocube Provided is a catalyst for Fenton oxidation, comprising noble metal nanocrystals formed in open pores.

펜톤산화 반응이란 과산화수소와 철염의 혼합체가 반응시 발생하는 수산화라디칼(OHㆍ)에 의한 유기물 분해반응을 의미한다.The Fenton oxidation reaction refers to a decomposition reaction of organic matter by hydroxyl radicals (OH·) generated when a mixture of hydrogen peroxide and iron salts react.

일 구체예에 따르면, 펜톤산화 반응은 하기의 반응식 1과 같은 메커니즘에 의해서 유기물(또는 오염물질)을 산화시킬 수 있다. According to one embodiment, the Fenton oxidation reaction may oxidize an organic material (or a contaminant) by a mechanism such as Scheme 1 below.

[반응식 1] [Scheme 1]

Figure 112019109006055-pat00001
Figure 112019109006055-pat00001

일 구체예에 따르면, 상기 펜톤산화 처리용 촉매에 포함된 산화철 나노큐브의 산화철 이온은 과산화수소와 반응하여 유기 오염물질을 분해하는 수산화라디칼을 형성할 수 있다. According to one embodiment, the iron oxide ions of the iron oxide nanocubes included in the catalyst for Fenton oxidation may react with hydrogen peroxide to form hydroxyl radicals that decompose organic pollutants.

상기 귀금속은 과산화수소로부터 산소와 물로의 분해를 촉매하는 것이면 제한없이 포함될 수 있고 상기 귀금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 은(Ag), 루테늄(Ru), 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종인 것일 수 있다. The noble metal may be included without limitation as long as it catalyzes the decomposition of hydrogen peroxide into oxygen and water, and the noble metal is platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), silver (Ag), and ruthenium (Ru). ), and may be one selected from the group consisting of alloys thereof.

상기 귀금속 나노결정의 직경은 0.5 내지 10nm, 0.7 내지 8nm, 또는 1 내지 7nm일 수 있다. The diameter of the noble metal nanocrystals may be 0.5 to 10 nm, 0.7 to 8 nm, or 1 to 7 nm.

상기 촉매에 포함된 귀금속 나노결정이 과산화수소(H2O2)의 존재 하에서 산소(O2)를 방출하여, 상기 촉매는 일 방향으로 이동할 수 있다.The noble metal nanocrystals included in the catalyst release oxygen (O 2 ) in the presence of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), so that the catalyst can move in one direction.

상기 펜톤산화 처리용 촉매에 포함되는 귀금속 결정은 과산화수소의 존재 하에서 과산화수소를 분해하여 O2를 방출시켜 상기 펜톤산화 처리용 촉매에 자가 추진을 가능하게 하여, 유체에서 오염물질 분해효과를 상승시키는 상승적인 운동 촉매 효과를 부여할 수 있다. 상기 펜톤산화 처리용 촉매는 산화철 나노큐브의 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공에 형성된 귀금속 나노결정을 포함하는 비대칭 구조이므로, 나노큐브의 일면에 형성된 귀금속 나노결정이 과산화수소를 분해하여 산소를 생성하여 나노큐브의 일면에서만 산소가 생성 및/또는 방출되어 나노입자에 운동성을 부여하므로 펜톤산화 처리용 촉매는 과산하수소의 존재 하에서 일 방향으로 이동하는 자가 추진력을 갖는 것일 수 있다. The noble metal crystals included in the catalyst for Fenton oxidation treatment decompose hydrogen peroxide in the presence of hydrogen peroxide and release O 2 to enable self-propelling to the catalyst for Fenton oxidation treatment, thereby increasing the decomposition effect of pollutants in the fluid. Can impart a kinetic catalytic effect. Since the catalyst for Fenton oxidation treatment has an asymmetric structure including noble metal nanocrystals formed in open cavities concave inward on the outer surface of the iron oxide nanocube, the noble metal nanocrystals formed on one surface of the nanocube decompose hydrogen peroxide to generate oxygen Therefore, oxygen is generated and/or released only from one side of the nanocube to give the nanoparticles mobility, so the catalyst for Fenton oxidation treatment may have a self-propelling force that moves in one direction in the presence of hydrogen peroxide.

일 구체예에 따른 펜톤산화 처리용 촉매는, 비대칭 구조를 갖지 아니하여, 자가 추진력이 없는 촉매보다 우수한 오염물질 분해 효율을 나타낼 수 있다.The catalyst for Fenton oxidation treatment according to an embodiment does not have an asymmetric structure, and thus may exhibit superior pollutant decomposition efficiency than a catalyst without self-propelling force.

일 구체예에 따른 펜톤산화 처리용 촉매는 하기의 반응식 2와 같은 메커니즘에 따라 자가 추진(self-propulsion) 및 펜톤산화 반응에 의한 촉매 활성(catalytic activity)을 나타낼 수 있다. The catalyst for Fenton oxidation treatment according to an embodiment may exhibit catalytic activity by self-propulsion and Fenton oxidation reaction according to a mechanism as shown in Scheme 2 below.

[반응식 2][Scheme 2]

Figure 112019109006055-pat00002
Figure 112019109006055-pat00002

본 발명의 또 다른 일 예는 오염물질을 포함하는 폐수에 과산화수소(H2O2), 및 제17항의 펜톤산화 처리용 촉매를 투입하여 펜톤산화 반응에 의해 발생한 수산화 라디칼에 의해 오염물질이 분해되는 단계를 포함하는, 수중 오염물질의 분해방법을 제공한다.In another example of the present invention, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and the catalyst for Fenton oxidation treatment of claim 17 are added to wastewater containing pollutants, and pollutants are decomposed by hydroxyl radicals generated by the Fenton oxidation reaction. It provides a method for decomposing pollutants in water, comprising the steps of.

상기 수산화 라디칼은 펜톤산화 처리용 촉매에 포함된 산화철 나노큐브의 산화철 이온이 과산화수소와 반응하여 생성된 것일 수 있다. The hydroxyl radical may be generated by reacting iron oxide ions of iron oxide nanocubes included in the catalyst for Fenton oxidation treatment with hydrogen peroxide.

상기 오염물질은 난분해성 유기물일 수 있다. The contaminant may be a recalcitrant organic material.

상기 난분해성 유기물은 방향족 벤젠고리 화합물, 또는 할로겐화 유기 화합물을 포함하는 것일 수 있다. The hardly decomposable organic material may include an aromatic benzene ring compound or a halogenated organic compound.

일 구체예에 따른 제조방법에 의하면, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 제조할 수 있고, 상기 방법으로 제조된 산화철 나노큐브 및 귀금속 나노결정를 포함하는 펜톤산화 처리용 촉매는 비대칭 구조를 갖는 바, 자가 추진할 수 있어 폐수에 포함된 오염물질을 제거하는데 효율적으로 사용될 수 있다.According to the manufacturing method according to one embodiment, it is possible to prepare an iron oxide nanocube having an open pore concave inwardly on one external surface, and a catalyst for Fenton oxidation treatment comprising the iron oxide nanocube and the noble metal nanocrystal prepared by the above method Since it has an asymmetric structure, it can be propelled by itself and can be effectively used to remove pollutants contained in wastewater.

도 1은 일 실시예에 따라 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 2의 a 및 b는 각각 OA-Fe3O4의 TEM 이미지 및 SEM 이미지를 나타낸다.
도 2의 c는 OA-Fe3O4@SiO2의 TEM 이미지를 나타낸다.
도 2의 d 내지 h는 0A-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 열처리하는 단계를 수행하지 않고, 환원적 조건하에서 다양한 온도(300℃(d), 400℃(e), 500℃(f), 600℃(g), 또는 700℃(h))로 어닐링 열처리를 수행하여 제조한 나노입자에 대한 TEM 이미지를 나타낸다. 도 2의 i 내지 l는 OA-Fe3O4@SiO2를 환원적 조건하에서 다양한 온도(300℃(i), 500℃(j), 600℃(k), 또는 700℃(l))로 어닐링 열처리를 수행하여 제조한 나노입자에 대한 TEM 이미지를 나타낸다.
도 3의 a는 공기 중에서 OA-Fe3O4@SiO2를 500℃ 온도로 어닐링 열처리하여 생성한 나노입자(γ-Fe2O3@SiO2)에 대한 TEM 이미지 및 HRTEM 이미지(내부 이미지)를 나타낸다. 도 3의 b는 γ-Fe2O3@SiO2를 환원적 조건에서 400℃의 온도로 어닐링 열처리하여 생성한 나노입자(conc-Fe3O4@SiO2)에 대한 TEM 이미지 및 HRTEM 이미지(내부 이미지)를 나타낸다. 도 3의 c는 conc-Fe3O4@SiO2에 대한 암시야(dark field) STEM-EDS 이미지를 나타내고, 구체적으로 상단 좌측 이미지는 Fe 원자의 원소 맵핑(elemental mapping), 상단 우측 이미지는 Si 원자의 원소 맵핑을 나타내며, 하단 좌측 이미지는 Fe 분포를 나타내는 EDX 라인 프로파일을 나타내고, 하단 우측 이미지는 conc-Fe3O4@SiO2에 대한 STEM 이미지를 나타낸다.
도 3의 d는 conc-Fe3O4에 대한 TEM 및 HRTEM 이미지(내부 이미지)를 나타낸다. 도 3의 e는 conc-Fe3O4에 대한 SEM 이미지 및 SEM-EDX 라인 프로파일(내부 이미지)을 나타낸다. 도 3의 f는 conc-Fe3O4에 대해 다양한 기울기에서 토모그래피(tomography)로부터 재구성한 3D 구조 및 다양한 BF-TEM 이미지를 나타낸다.
도 3의 g는 다양한 조건에서 어닐링 열처리를 수행하기 전 후의 나노입자(OA-Fe3O4@SiO2, γ-Fe2O3@SiO2, 또는 Fe3O4@SiO2)에 대한 XRD 패턴을 나타낸다.
도 4는 다양한 조건에서 어닐링 열처리를 수행하기 전 후의 나노입자(OA-Fe3O4 나노결정, 또는 Fe3O4@SiO2)에 대한 XRD 패턴을 나타낸다. 도 3의 g 및 도 4에서 괄호 안의 온도는 어닐링 온도를 나타내고, H2는 어닐링 단계에서 환원적 조건을 나타내며, Air는 어닐링 단계에서 산화적 조건(공기)을 나타낸다.
도 5는 conc-Fe3O4@SiO2에 대한 XPS 스펙트럼을 나타낸다. 구체적으로 도 5의 a 내지 e 및 f 내지 j는 환원적 조건하에서 다양한 온도(300℃(a 및 f), 400℃(b 및 g), 500℃(c 및 h), 600℃(d 및 i), 또는 700℃(e 및 j))로 어닐링 열처리를 수행하여 제조한 나노입자에 대한 Fe 2p 피크(도 5의 a 내지 e), 및 Si 2p 피크(도 5의 f 내지 j)를 나타낸다.
도 6은 OA-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 어닐링 열처리 후 다시 환원적 조건에서 400℃의 온도로 다양한 시간(0 내지 30분) 동안 열처리하여 제조한 conc-Fe3O4@SiO2 에 대한 TEM 이미지를 나타낸다.
도 7은 OA-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 어닐링 열처리 후, 환원적 조건에서 400℃의 온도로 다양한 시간(0 내지 48시간) 동안 열처리하여 제조한 conc-Fe3O4@SiO2 에 대한 TEM 이미지(상단의 이미지) 및 동공이 관찰된 나노입자에서 측정한 동공의 직경(nm) 분포(하단 그래프)를 나타낸다.
도 8은 기체 환경(공기, 또는 H2+Ar)을 반복적으로 전환하여 conc-Fe3O4@SiO2를 열적 산화 및 환원 어닐링을 반복적으로 수행하여 제조한 나노입자에 대한 TEM 이미지를 나타낸다.
도 9는 Fe3O4@h-SiO2를 공기 중에서 어닐링 열처리 후 환원적 조건에서 다양한 온도(300℃(a), 400℃(b), 500℃(c), 600℃(d), 또는 700℃(e))로 5시간 동안 어닐링 열처리를 수행하여 제조한 나노입자에 대한 TEM 이미지를 나타낸다.
도 10은 실리카로 둘러싸인 구형의 Fe3O4 나노결정을 환원적 조건에서 다양한 온도(300℃(a), 400℃(b), 500℃(c), 600℃(d), 또는 700℃(e))로 5시간 동안 열처리하여 제조한 나노입자(h-SiO2-FeO)에 대한 TEM 이미지를 나타낸다.
도 11은 실리카에 둘러싸인 MnO 나노큐브(MnO@SiO2)(a) 및 이를 환원적 조건에서 다양한 온도(300℃(b), 400℃(c), 500℃(d), 600℃(e), 또는 700℃(f))로 5시간 동안 열처리하여 제조한 나노입자에 대한 TEM 이미지를 나타낸다.
도 12의 a는 Pt@conc-Fe3O4에 대한 TEM 이미지 및 HRTEM 이미지(내부 이미지)를 나타내고, 도 12의 b는 Pt@conc-Fe3O4에 대한 STEM 이미지를 나타내며, 도 12의 c는 Pt@conc-Fe3O4에 대한 STEM-EDS 원소 맵핑 이미지를 나타내고, 도 12의 d는 Pt@conc-Fe3O4의 합성과정(conc-Fe3O4에 Pt 나노결정을 침착하는 과정)에서 시간 경과(10분 내지 60분)에 따른 나노입자의 TEM 이미지 및 합성과정의 모식도를 나타낸다.
도 13은 Pt@conc-Fe3O4의 합성과정(conc-Fe3O4에 Pt 나노결정을 침착하는 과정)에서 시간 경과(10분 내지 90분)에 따른 나노입자의 TEM 이미지를 나타낸다.
도 14는 Pt@conc-Fe3O4에 대한 XRD 패턴을 나타낸다.
도 15의 a 및 b는 각각 연료(H2O2)를 첨가하기 전(a), 후(b)에 Pt@conc-Fe3O4 나노스위머의 NTA 크기 분석 결과를 나타낸다.
도 16의 a는 Pt@conc-Fe3O4에 의해 Rh6G가 분해되는 과정의 모식도를 나타내고, 도 16의 b는 다양한 농도로 H2O2 첨가 후 PEG-Pt@conc-Fe3O4 및 PEG-conc-Fe3O4 의 평균 확산계수(D)(nm2/s)를 나타내며, 도 16의 c는 PEG-Pt@conc-Fe3O4 및 대조군 입자(PEG-Fe3O4, PEG-conc-Fe3O4, PEG-conc-Fe3O4 + Pt)에 의한 Rh6G 분해의 양적 비교 결과를 나타내고, 도 16의 d는 PEG-Pt@conc-Fe3O4에 의한 H2O2 농도에 따른 Rh6G 분해 효과를 나타낸다.
도 17은 로다민을 0 내지 0.2mM의 다양한 농도로 연속 희석하여 도시한 표준 곡선(calibration curve)을 나타낸다.
도 18의 좌측 그래프 및 우측 그래프는 각각 H2O2 부재 하에서 PEG-Pt@conc-Fe3O4 첨가시 시간에 따른 Rh6G의 농도, 및 PEG-Pt@conc-Fe3O4의 농도에 따른 Rh6G의 제거율(%)을 나타낸다.
도 19는 가시광선 하에서 촉매가 없는 조건(No catalyst), 명조건(Light), 또는 암조건(Dark) 하에서 PEG-Pt@conc-Fe3O4의 Rh6G 분해 효과를 나타낸다.
도 20의 a는 Fe3O4 나노큐브의 모든 면에 Pt가 증착된 대칭형 입자(PEG-Pt@Fe3O4)에 대한 TEM 이미지를 나타내고, 도 20의 b는 PEG-Pt@Fe3O4에 대한 DLS 크기 데이터를 나타내며, 도 20의 c는 PEG-Pt@conc-Fe3O4, PEG-Pt@Fe3O4, 또는 PEG-Fe3O4에 의한 Rh6G 분해 결과를 나타낸다.
도 21은 Rh6G 분해에 대한 PEG-Pt@conc-Fe3O4의 재활용 가능성을 나타낸다. 각 도면에서 오차 바(error bar)는 3회의 독립적인 실험 결과로부터 계산되었다.
1 is a schematic view showing a method of manufacturing an iron oxide nanocube having an open cavity in the form of concave inward on the outer surface according to an embodiment.
2 a and b show TEM images and SEM images of OA-Fe 3 O 4 , respectively.
2 c shows a TEM image of OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 .
2 d to h of 0A-Fe 3 O 4 @SiO 2 Do not perform the step of heat treatment in air, and various temperatures (300 ℃ (d), 400 ℃ (e), 500 ℃ (f) under reducing conditions under reducing conditions. ), 600 °C (g), or 700 °C (h)) shows a TEM image of nanoparticles prepared by performing annealing heat treatment. 2 i to l are OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 at various temperatures (300 °C (i), 500 °C (j), 600 °C (k), or 700 °C (l)) under reducing conditions. A TEM image of nanoparticles prepared by performing annealing heat treatment is shown.
3a is a TEM image and HRTEM image (internal image) of nanoparticles (γ-Fe 2 O 3 @SiO 2 ) produced by annealing heat treatment of OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 at a temperature of 500° C. in air. indicates 3 b is a TEM image and HRTEM image of nanoparticles ( conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 ) generated by annealing heat treatment of γ-Fe 2 O 3 @SiO 2 at a temperature of 400° C. under reducing conditions ( internal image). 3 c shows a dark field STEM-EDS image for conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 , specifically, the upper left image is elemental mapping of Fe atoms, and the upper right image is Si The elemental mapping of atoms is shown, the lower left image shows the EDX line profile showing Fe distribution, and the lower right image shows the STEM image for conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 .
3 d shows TEM and HRTEM images (internal images) for conc -Fe 3 O 4 . Figure 3e shows the SEM image and SEM-EDX line profile (internal image) for conc -Fe 3 O 4 . 3 f shows 3D structures and various BF-TEM images reconstructed from tomography at various inclinations for conc -Fe 3 O 4 .
3 g is an XRD of nanoparticles (OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 , γ-Fe 2 O 3 @SiO 2 , or Fe 3 O 4 @SiO 2 ) before and after performing annealing heat treatment under various conditions. represents a pattern.
4 shows XRD patterns of nanoparticles (OA-Fe 3 O 4 nanocrystals, or Fe 3 O 4 @SiO 2 ) before and after performing annealing heat treatment under various conditions . 3 g and 4, the temperature in parentheses represents the annealing temperature, H 2 represents the reductive condition in the annealing step, and Air represents the oxidative condition (air) in the annealing step.
Figure 5 shows the XPS spectrum for conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 . Specifically, a to e and f to j in FIG. 5 are various temperatures (300°C (a and f), 400°C (b and g), 500°C (c and h), 600°C (d and i) under reducing conditions. ), or 700° C. (e and j)) for the nanoparticles prepared by performing annealing heat treatment, showing Fe 2p peaks ( FIGS. 5 a to 5 e ), and Si 2p peaks ( FIGS. 5 f to j ).
6 is OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 prepared by annealing heat treatment in air and then heat-treating again at a temperature of 400° C. under reducing conditions for various times (0 to 30 minutes) TEM images for
7 is OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 prepared by annealing heat treatment in air, and then heat treatment at a temperature of 400 ° C. under reducing conditions for various times (0 to 48 hours) The TEM image (upper image) and the diameter (nm) distribution of the pupil measured in the nanoparticles in which the pupil was observed (lower graph) are shown.
8 shows a TEM image of nanoparticles prepared by repeatedly performing thermal oxidation and reduction annealing of conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 by repeatedly switching a gaseous environment (air, or H 2 +Ar).
Figure 9 is Fe 3 O 4 @ h -SiO 2 After annealing heat treatment in air, various temperatures (300 °C (a), 400 °C (b), 500 °C (c), 600 °C (d), or A TEM image of nanoparticles prepared by performing annealing heat treatment at 700° C. (e)) for 5 hours is shown.
Figure 10 is a spherical Fe 3 O 4 nanocrystals surrounded by silica at various temperatures (300 °C (a), 400 °C (b), 500 °C (c), 600 °C (d), or 700 °C) under reducing conditions. e)) shows a TEM image of nanoparticles (h -SiO 2 -FeO) prepared by heat treatment for 5 hours.
11 shows MnO nanocubes surrounded by silica (MnO@SiO 2 ) (a) and at various temperatures (300° C. (b), 400° C. (c), 500° C. (d), 600° C. (e) at reducing conditions. , or 700 ℃ (f)) shows a TEM image of the prepared nanoparticles by heat treatment for 5 hours.
Of Figure 12 is of a Pt @ conc -Fe 3 O 4 TEM image and HRTEM images indicate the (internal image), b of Figure 12 shows the STEM image of the Pt @ conc -Fe 3 O 4, 12 for c is the deposition of the Pt @ conc -Fe 3 O 4 shows a STEM-EDS elemental mapping images of, in FIG. 12 d is Pt @ conc -Fe 3 O 4 synthesis (Pt nanocrystals in conc -Fe 3 O 4 of TEM image of nanoparticles over time (10 to 60 minutes) in the process) and a schematic diagram of the synthesis process.
13 shows a TEM image of nanoparticles over time (10 to 90 minutes) in the synthesis process of Pt@ conc -Fe 3 O 4 (the process of depositing Pt nanocrystals on conc -Fe 3 O 4 ).
14 shows an XRD pattern for Pt@ conc -Fe 3 O 4 .
15 a and b show the NTA size analysis results of Pt@ conc -Fe 3 O 4 nanoswimmers before (a) and after (b) the addition of fuel (H 2 O 2 ), respectively.
Figure 16a shows a schematic diagram of a process in which Rh6G is decomposed by Pt@ conc -Fe 3 O 4 , and Fig. 16 b is PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 and after addition of H 2 O 2 at various concentrations. PEG- conc -Fe 3 O average diffusion coefficient (D) denotes a (nm 2 / s), in Figure 16 c of 4 PEG-Pt @ conc -Fe 3 O 4 , and the control particles (PEG-Fe 3 O 4, PEG- conc -Fe 3 O 4 , PEG- conc -Fe 3 O 4 + Pt) shows the quantitative comparison results of the decomposition of Rh6G, d of FIG. 16 is H 2 by PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 Shows the Rh6G decomposition effect according to the O 2 concentration.
Figure 17 shows a standard curve (calibration curve) showing the serial dilution of rhodamine to various concentrations of 0 to 0.2mM (calibration curve).
Under the left graphs and the right graphs H 2 O 2, each member of Figure 18 PEG-Pt @ conc -Fe 3 O 4 is added when the concentration of Rh6G with time, and PEG-Pt @ conc -Fe 3 O 4 according to the concentration of Represents the removal rate (%) of Rh6G.
19 shows the Rh6G decomposition effect of PEG-Pt@conc- Fe 3 O 4 under visible light under no catalyst (No catalyst), light (Light), or dark conditions (Dark).
A in FIG. 20 Fe 3 O 4 nano shows a TEM image of the symmetrical particles (PEG-Pt @ Fe 3 O 4) of Pt is deposited on all sides of the cube of Fig. 20 b are PEG-Pt @ Fe 3 O 4 shows the DLS size data, and in FIG. 20 c is PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 , PEG-Pt@Fe 3 O 4 , or The results of Rh6G decomposition by PEG-Fe 3 O 4 are shown.
21 shows the recycling potential of PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 for Rh6G degradation. Error bars in each figure were calculated from the results of three independent experiments.

이하, 참고예 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 참고예 및 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 참고예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through reference examples and examples. However, these Reference Examples and Examples are for illustrative purposes of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these Reference Examples and Examples.

참고예 1. 시약 및 장치Reference Example 1. Reagents and devices

참고예 1.1 시약Reference Example 1.1 Reagent

철 아세틸아세토네이트(Iron(III) acetylaceonate) (Strem), 4-비페닐카르복시산(4-biphenylcarboxylic acid) (Acros), 올레산(Aldrich), 벤질 에테르(benzyl ether) (Aldrich), IGEPAL CO-520[polyoxyethylene (5) nonylphenylether, Aldrich], NH4OH(Samchun Chem.), TEOS(tetraethyl orthosilicate) (Acros), Na2PdCl4·3H2O(Strem), NaOH(Samchun Chem.), L(+)-아스코르브산(L(+)-ascorbic acid) (Samchun Chem.)을 포함한 모든 시약은 추가 정제 없이 구매한 대로 사용하였다. Iron (III) acetylaceonate (Strem), 4-biphenylcarboxylic acid (Acros), oleic acid (Aldrich), benzyl ether (Aldrich), IGEPAL CO-520 [ polyoxyethylene (5) nonylphenylether, Aldrich], NH 4 OH (Samchun Chem.), TEOS (tetraethyl orthosilicate) (Acros), Na 2 PdCl 4 3H 2 O(Strem), NaOH (Samchun Chem.), L(+) All reagents including -ascorbic acid (L(+)-ascorbic acid) (Samchun Chem.) were used as purchased without further purification.

참고예 1.2 장치Reference Example 1.2 Device

JEOL JEM-2100 및 JEM-2200FS를 이용하여 투과 전자 현미경(TEM) 분석을 수행하였다. JEOL JEM-2100F를 이용하여 주사 투과 전자 현미경 및 에너지-분산 X선 분광법(STEM-EDS)의 원소 맵핑 및 라인 프로파일링 분석을 수행하였다. JSM 7800F Prime (JEOL) 장비를 이용하여 주사 전자 현미경(SEM) 분석을 수행하였다. X선 회절 장치(18kW, Rigaku, Japan)를 이용하여 X선 회절(XRD) 패턴을 얻었다. 시료의 산화수는 세타 프로브 AR-XPS 시스템(Thermo Fisher, U.K)를 사용하여 단색화된 Al Kα 방사선(1486.6 eV)의 X선 소스를 갖는 X선 광전자 분광기(XPS)을 통해 측정되었다. 기울어진 2D 이미지(tilted 2D image)는 Cs-corrected TEM(Libra 200 HT Mc, 200kV, Carl Zeiss, Germany)를 이용하여 얻었다. 기울어진 2D 이미지는 토모그래피 프로그램(JEOL, Japan)을 이용하여 3D 볼륨으로 재구성되었다. 3D 볼륨은 Amira 프로그램(Thermo Fisher Scientific, USA)을 이용하여 채워진 볼륨(filled volume)으로 시각화하였다.Transmission electron microscopy (TEM) analysis was performed using JEOL JEM-2100 and JEM-2200FS. Elemental mapping and line profiling analyzes of scanning transmission electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy (STEM-EDS) were performed using a JEOL JEM-2100F. Scanning electron microscopy (SEM) analysis was performed using a JSM 7800F Prime (JEOL) instrument. An X-ray diffraction (XRD) pattern was obtained using an X-ray diffraction apparatus (18 kW, Rigaku, Japan). The oxidation number of the samples was measured via X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) with an X-ray source of monochromated Al Kα radiation (1486.6 eV) using theta probe AR-XPS system (Thermo Fisher, U.K.). A tilted 2D image was obtained using a Cs-corrected TEM (Libra 200 HT Mc, 200 kV, Carl Zeiss, Germany). The tilted 2D image was reconstructed into a 3D volume using a tomography program (JEOL, Japan). The 3D volume was visualized as a filled volume using the Amira program (Thermo Fisher Scientific, USA).

참고예 2. 올레산으로 캡핑된 FeReference Example 2. Fe capped with oleic acid 33 OO 44 나노큐브(OA-Fe Nanocube (OA-Fe 33 OO 44 )의 제조) manufacturing

500㎖ 부피의 슈랭크 플라스크에서 N2 대기 하에서 철 아세틸아세토네이트(iron(III) acetylacetonate) 3.5g을 올레산(5.64g), 4-비페닐카르복시산(4-biphenylcarboxylic acid) (3.6g), 및 벤질에테르(benzyl ether)(200㎖)를 포함하는 용액에 격렬하게 교반하여 용해시켰다. 기체를 제거하면서, 용액을 2℃/분의 속도로 가열하여 50℃에서 2시간 동안 가열하였다. 계속 N2 기체 흐름 하에서 교반하면서 25℃/분의 속도로 가열하여 반응온도를 290℃로 증가시킨 후 45분 동안 가열하였다. 생성된 검은 현탁액을 원심분리 및 음파처리하여 1:4의 부피비로 혼합된 헥세인과 아세톤의 혼합물로 반복하여 세척하고, OA-Fe3O4 나노큐브가 사이클로헥산에 분산된 현탁액을 제조하였다.In a Schrank flask of 500 ml volume, under N 2 atmosphere, 3.5 g of iron acetylacetonate (iron (III) acetylacetonate) was mixed with oleic acid (5.64 g), 4-biphenylcarboxylic acid (3.6 g), and benzyl It was dissolved by vigorous stirring in a solution containing benzyl ether (200 mL). While degassing, the solution was heated at a rate of 2° C./min at 50° C. for 2 hours. The reaction temperature was increased to 290° C. by heating at a rate of 25° C./min while stirring under a continuous N 2 gas flow, followed by heating for 45 minutes. The resulting black suspension was centrifuged and sonicated, washed repeatedly with a mixture of hexane and acetone in a volume ratio of 1:4, and a suspension in which OA-Fe 3 O 4 nanocubes were dispersed in cyclohexane was prepared.

참고예 3. 핵@껍질 구조의 OA-FeReference Example 3. OA-Fe of nuclear @ shell structure 33 OO 44 @SiO@SiO 22 나노입자 제조 Nanoparticle Manufacturing

유리 바이알(8㎖) 내 사이클로헥산 2㎖에 분산된 1㎖의 IGEPAL-CO-520 용액에 상기 참고예 2에서 제조한 사이클로헥산에 분산된 OA-Fe3O4 현탁액(10mg/㎖) 0.3㎖을 첨가하고, 실온에서 4시간 동안 기계적 교반기를 이용하여 진탕한 후, (OA-Fe3O4 를 포함하는 마이크로에멀전에) 20㎕의 NH4OH 용액(28-30%) 및 20㎕의 증류수를 반응 용액에 연속적으로 첨가하여, 균질한 역마이크로에멀전 시스템(homogeneous reverse microemulsion system)을 생성하였다. OA-Fe 3 O 4 dispersed in cyclohexane prepared in Reference Example 2 in 1 ml of IGEPAL-CO-520 solution dispersed in 2 ml of cyclohexane in a glass vial (8 ml) 0.3 ml of the suspension (10 mg/ml) was added, and after shaking using a mechanical stirrer at room temperature for 4 hours (in a microemulsion containing OA-Fe 3 O 4 ), 20 μl of a NH 4 OH solution (28- 30%) and 20 μl of distilled water were successively added to the reaction solution to create a homogeneous reverse microemulsion system.

이후, 추가적으로 실온에서 4시간 동안 진탕하였다. 40㎕의 TEOS를 현탁액에 첨가하여 실리카 졸-겔 반응을 개시시키고, 실온에서 교반 없이 24시간 동안 반응을 유지하였다. 균일한 역마이크로에멀전 시스템을 파괴하기 위하여 흰색 현탁액에 메탄올을 첨가하여 진한 갈색의 고체(OA-Fe3O4@SiO2)를 침전물로 분리하고, 이를 에탄올로 3회, 증류수로 1회 원심분리 및 음파처리를 반복하여 세척한 후 추가적인 반응을 위해 동결 건조시켰다. Then, it was further shaken at room temperature for 4 hours. 40 μl of TEOS was added to the suspension to initiate a silica sol-gel reaction, and the reaction was maintained at room temperature for 24 hours without stirring. In order to destroy the uniform reverse microemulsion system, methanol was added to the white suspension to separate a dark brown solid (OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 ) as a precipitate, which was centrifuged 3 times with ethanol and 1 time with distilled water. and repeated washing with sonication, followed by freeze-drying for further reaction.

참고예 4. OA-FeReference Example 4. OA-Fe 33 OO 44 @SiO@SiO 22 의 산화 및 환원 어닐링(Oxidative and Reductive Annealing)Oxidative and Reductive Annealing of

참고예 4.1 환원적 조건하 어닐링 열처리 수행Reference Example 4.1 Annealing heat treatment under reductive conditions

실리카로 둘러싸인 환경에서 Fe3O4 나노큐브의 열적 구조변화 양상을 조사하기 위해, 상기 참고예 3에서 제조한 OA-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 어닐링 단계를 수행하지 않고 환원적 조건(Ar + 4% H2) 하에서 다양한 어닐링 온도(Tann = 300℃ 내지 700℃)로 어닐링하였다. In order to investigate thermal structural changes of Fe 3 O 4 nano-cube in an environment surrounded by silica, the reference by OA-Fe 3 O 4 2 @SiO the reductive conditions without performing the annealing step in air, prepared in Example 3 ( Ar + 4% H 2 ) at various annealing temperatures (T ann = 300° C. to 700° C.).

참고예 4.2 산화적 조건하 어닐링 열처리 및 환원전 조건하 어닐링 열처리 수행Reference Example 4.2 Performing annealing heat treatment under oxidative conditions and annealing heat treatment under pre-reduction conditions

상기 참고예 3에서 동결 건조된 OA-Fe3O4@SiO2 분말을 마노유발(agate mortar)로 부드럽게 분쇄하고, 얻어진 고운 분말을 알루미나 트레이에 옮겼다. 알루미나 트레이를 박스형 퍼니스에 넣고, 대기 중에서 5℃/분의 속도로 500℃까지 서서히 가열한 후 5시간 동안 온도를 유지하여 나노입자 내의 유기 잔류물을 완전히 제거하여, 큐브 형태를 갖는 적색(radish color)의 Fe2O3@SiO2 나노입자를 제조하였다. In Reference Example 3, the freeze-dried OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 powder was gently pulverized with an agate mortar, and the obtained fine powder was transferred to an alumina tray. The alumina tray is put in a box-type furnace, heated slowly to 500°C at a rate of 5°C/min in the air, and then the temperature is maintained for 5 hours to completely remove organic residues in the nanoparticles, resulting in a red color (radish color) having a cube shape. ) of Fe 2 O 3 @SiO 2 nanoparticles were prepared.

Fe2O3@SiO2 분말을 튜브형 퍼니스에 넣고, Ar 및 4% H2 기체 흐름 하에서 5 ℃/분의 속도로 서서히 가열하고 300℃ 내지 700℃의 다양한 온도로 5시간 동안 유지하여 어닐링 열처리하여, Fe2O3@SiO2 나노입자에서 conc-Fe3O4@SiO2 나노입자로의 열 변환을 수행하였다.Fe 2 O 3 @SiO 2 Powder is placed in a tubular furnace, heated slowly at a rate of 5 ℃ / min under Ar and 4% H 2 gas flow, and maintained at various temperatures of 300 ℃ to 700 ℃ for 5 hours by annealing heat treatment , Thermal conversion from Fe 2 O 3 @SiO 2 nanoparticles to conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 nanoparticles was performed.

참고예 4.3 산화적 또는 환원적 조건하 어닐링 열처리에 따른 나노입자 구조 변환Reference Example 4.3 Nanoparticle structure transformation according to annealing heat treatment under oxidative or reductive conditions

conc-Fe3O4@SiO2를 산화적 조건(공기 중), 또는 환원적 조건(Ar 및 4% H2)에서 각각 400℃로 5시간 동안 산화 및 환원 어닐링을 반복적으로 수행하여, 오목한 형태의 동공을 갖는 큐브 구조와 동공이 없는 큐브 구조 사이의 변환을 살펴보았다. conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 Oxidation and reduction annealing were repeatedly performed for 5 hours at 400° C. under oxidative conditions (in air) or reductive conditions (Ar and 4% H 2 ), respectively, to form a concave shape The conversion between a cube structure with a pupil of , and a cube structure without a pupil of

참고예 5. Reference Example 5. concconc -Fe-Fe 33 OO 4 4 나노입자의 제조Preparation of nanoparticles

실리카 껍질을 제거하기 전에, conc-Fe3O4 나노결정의 산화를 방지하기 위해 다음과 같은 방법으로 염기성 수용액의 내부 기체를 제거하였다. 100㎖의 5M NaOH 수용액에 N2 가스를 버블링(bubbling)하면서 100℃에서 2시간 동안 가열한 다음, 70℃로 냉각시켰다. 유리 바이알(10mg/㎖) 내에서 상기 참고예 4.2의 방법으로 제조된 conc-Fe3O4@SiO2 분말을 탈가스된 5M NaOH 수용액 100㎖에 넣고, 70℃에서 24시간 동안 교반하여, conc-Fe3O4 나노결정을 실리카 껍질로부터 분리하고, 원심분리 및 세척을 3회 수행하였다. Before removing the silica shell, to prevent oxidation of conc -Fe 3 O 4 nanocrystals, The internal gas was removed. 100 mL of 5M NaOH aqueous solution was heated at 100° C. for 2 hours while bubbling N 2 gas, and then cooled to 70° C. In a glass vial (10 mg/ml), the conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 powder prepared by the method of Reference Example 4.2 was placed in 100 ml of degassed 5M NaOH aqueous solution, and stirred at 70° C. for 24 hours, conc -Fe 3 O 4 nanocrystals were separated from the silica shell, and centrifugation and washing were performed three times.

참고예 6. FeReference Example 6. Fe 33 OO 44 @@ hh -SiO-SiO 22 의 합성 및 환원 어닐링Synthesis and Reductive Annealing of

Fe3O4@h-SiO2는 대조 실험을 위해 합성되었다. 상기 참고예 3에서 제조한 OA-Fe3O4@SiO2 나노입자 파우더를 증류수에 담그고(1mg/㎖) 80℃에서 90분 동안 가열하여 Fe3O4@h-SiO2 나노입자를 제조하고, 반복된 원심분리와 음파처리를 통해 증류수로 세척하였다. Fe 3 O 4 @ h -SiO 2 was synthesized for control experiments. The OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 nanoparticle powder prepared in Reference Example 3 was immersed in distilled water (1 mg/ml) and heated at 80° C. for 90 minutes to prepare Fe 3 O 4 @ h -SiO 2 nanoparticles, and , washed with distilled water through repeated centrifugation and sonication.

공기 중에서 Fe3O4@h-SiO2를 500℃의 온도로 5시간 동안 어닐링 열처리하고, 그 후 Ar + 4% H2 흐름 하에서 300 내지 700℃의 온도로 5시간 동안 어닐링 열처리하였다(가열 속도: 5℃/분).Fe 3 O 4 @ h -SiO 2 Annealing heat treatment at a temperature of 500° C. in air for 5 hours, and then annealing heat treatment at a temperature of 300 to 700° C. under Ar + 4% H 2 flow for 5 hours (heating rate) : 5°C/min).

참고예 7. Pt@Reference Example 7. Pt@ concconc -Fe-Fe 33 OO 44 야누스(Janus) 나노입자의 제조 Preparation of Janus Nanoparticles

증류수에 분산된 conc-Fe3O4 콜로이드 현탁액(1.5mg/㎖) 330㎕, 에탄올에 용해된 아스코르브산(ascorbic acid) (20mg/㎖) 500㎕, 및 Na2PtCl4 수용액(25mg/㎖) 40㎕를 증류수와 에탄올의 혼합물(1:1 v/v)을 유리 바이알에 연속적으로 첨가하여, 최종 부피가 1.5㎖이 되도록 준비하였다. 반응 유리 바이알을 쉐이커를 이용하여, 실온에서 90분 동안 진탕하였다. 원심분리 및 세척을 3회 수행하여 용액 속에 잔류하는 과량의 시약을 제거하고, 반응 혼합물로부터 야누스(Janus) Pt@conc-Fe3O4를 분리하였다. Pt@conc-Fe3O4 야누스 나노입자는, 나노큐브의 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브(conc-Fe3O4)의 동공에 Pt가 형성된 비대칭 구조를 갖는 나노입자를 의미한다. 330 μl of conc -Fe 3 O 4 colloidal suspension (1.5 mg/ml) dispersed in distilled water, 500 μl of ascorbic acid (20 mg/ml) dissolved in ethanol, and Na 2 PtCl 4 aqueous solution (25 mg/ml) 40 μl of a mixture of distilled water and ethanol (1:1 v/v) was continuously added to a glass vial to prepare a final volume of 1.5 ml. The reaction glass vial was shaken using a shaker at room temperature for 90 minutes. Centrifugation and washing were performed three times to remove excess reagent remaining in the solution, and Janus Pt@ conc -Fe 3 O 4 was separated from the reaction mixture. Pt@ conc -Fe 3 O 4 Janus nanoparticles are nanoparticles having an asymmetric structure in which Pt is formed in the pores of the iron oxide nanocube ( conc -Fe 3 O 4 ) having open pores concave inward on the outer surface of the nanocube. means particles.

참고예 8. Pt@Reference Example 8. Pt@ concconc -Fe-Fe 33 OO 4 4 야누스 나노입자의 PEG화(PEGylation)PEGylation of Janus Nanoparticles

물에 분산된 Pt@conc-Fe3O4 나노입자 현탁액(3mg/㎖) 200㎕와 물에 분산된 mPEG-비스포스네이트(mPEG-bisphosphonate) (1mg/㎖) 4㎖를 유리 바이알에 연속적으로 첨가하고, 쉐이커를 이용하여 바이알을 실온에서 30분 동안 진탕하여, Pt@conc-Fe3O4 야누스 나노입자를 PEG(polyethylene glycol)화시킨 후 별도의 세척 없이 사용하였다.200 μl of Pt@ conc -Fe 3 O 4 nanoparticle suspension (3mg/ml) dispersed in water and 4ml of mPEG-bisphosphonate (1mg/ml) dispersed in water were successively added to a glass vial. After addition, the vial was shaken at room temperature for 30 minutes using a shaker to convert Pt@ conc -Fe 3 O 4 Janus nanoparticles into PEG (polyethylene glycol), and then used without washing.

참고예 9. 대칭형 Pt@FeReference Example 9. Symmetrical Pt@Fe 33 OO 4 4 나노입자의 합성Synthesis of nanoparticles

상기 참고예 2에서 제조한 OA-Fe3O4@SiO2 를 상기 참고예 5의 방법과 유사하게 염기성 수용액으로 처리하여 증류수에 분산된 Fe3O4 현탁액을 수득하였다. 증류수에 분산된 Fe3O4 현탁액(1.5mg/㎖) 330㎕, 에탄올에 분산된 아스코르브산(20mg/㎖) 500㎕ 및 Na2PtCl4 수용액(25mg/㎕㎖) 40㎕를 증류수와 에탄올의 혼합물(1:1 v/v)을 유리 바이알에 연속적으로 첨가하여, 최종 부피가 1.5㎖이 되도록 준비하였다. 반응 유리 바이알을 쉐이커를 이용하여, 실온에서 90분 동안 진탕하였다. 원심분리 및 세척을 3회 수행하여 용액 속에 잔류하는 과량의 시약을 제거하고 반응 혼합물로부터 Fe3O4 나노큐브의 모든 면에 Pt가 증착된 대칭형 입자(Pt@Fe3O4)를 분리하였다. OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 prepared in Reference Example 2 was treated with a basic aqueous solution in the same manner as in Reference Example 5 to obtain a Fe 3 O 4 suspension dispersed in distilled water. 330 μl of Fe 3 O 4 suspension (1.5 mg/ml) dispersed in distilled water, 500 μl of ascorbic acid (20 mg/ml) dispersed in ethanol, and 40 μl of Na 2 PtCl 4 aqueous solution (25 mg/μl ml) were mixed with distilled water and ethanol. The mixture (1:1 v/v) was added successively to the glass vial to make a final volume of 1.5 ml. The reaction glass vial was shaken using a shaker at room temperature for 90 minutes. The Fe 3 O 4 nano a symmetrical particle Pt is deposited on all surfaces of the cube (Pt @ Fe 3 O 4) from removing excess reagent and the reaction mixture remaining performed three times by centrifugation and washing in a solution was separated.

참고예 10. DLS(Dynamic Light Scattering; 동적광산란법) 및 Zeta 전위 측정Reference Example 10. DLS (Dynamic Light Scattering; Dynamic Light Scattering) and Zeta Potential Measurement

상기에서 합성된 물질(conc-Fe3O4@SiO2, conc-Fe3O4, Pt@conc-Fe3O4, PEG-Pt@conc-Fe3O4)을 DLS 분석 및 Zeta 전위를 측정하여, 데이터를 하기 표 1에 나타내었다. Zeta 전위는 나노입자의 표면 전하량을 나타낸다. 어닐링 후, DLS로 측정된 나노입자의 크기는 TEM에서 확인된 크기와 비교하여 훨씬 컸으나, 이는 고온에서의 열처리 후 물질의 소수성 때문에 발생한 응집에 의한 것이다. 상기 참고예 8의 방법으로 포스페이트-폴리에틸렌 글리콜(phosphate-polyethylene glycol) 리간드로 관능화된 후의 PEG-Pt@conc-Fe3O4는 콜로이드 안정성이 크게 향상되어 Pt@conc-Fe3O4와 비교하였을 때 감소된 DLS 크기를 나타냈다.The material synthesized above ( conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 , conc -Fe 3 O 4 , Pt@ conc -Fe 3 O 4 , PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 ) was analyzed by DLS and Zeta potential was measured, and the data are shown in Table 1 below. Zeta potential represents the amount of surface charge of nanoparticles. After annealing, the size of the nanoparticles measured by DLS was much larger than the size confirmed by TEM, but this was due to agglomeration caused by the hydrophobicity of the material after heat treatment at high temperature. PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 after being functionalized with a phosphate-polyethylene glycol ligand by the method of Reference Example 8 has greatly improved colloidal stability, compared to Pt@ conc -Fe 3 O 4 decreased DLS size.

[표 1] [Table 1]

Figure 112019109006055-pat00003
Figure 112019109006055-pat00003

참고예 11. Pt@Reference Example 11. Pt@ concconc -Fe-Fe 33 OO 44 의 NTA-기반 확산 연구NTA-based diffusion studies of

PEG-Pt@conc-Fe3O4 용액(1mg/㎖) 1㎖에 다양한 농도의 과산화수소(hydrogen peroxide) 20㎕를 첨가하고 NTA 측정에 적합한 농도 영역으로 희석시켰다(2㎖의 MilliQ 물 내에 10㎕ - 2.2 x 108 particles/㎖). Nanosight의 나노입자 추적 분석(Nanoparticle Tracking Analysis; NTA 3.1)을 사용하여 실온에서 60초 동안 나노스위머(PEG-Pt@conc-Fe3O4)의 움직임을 기록(초당 25프레임)하고, 총 1,498개의 프레임에서 13,332개의 입자를 NTA 분석에 사용하였다. 비디오를 분석하여, 각 입자의 x, y 좌표/위치가 시간 간격의 함수로 결정되었다. 438개 이상의 입자에 대한 평균으로부터 H2O2의 농도에 대해 확산 상수(Diffusion constant; D)를 도출하였다. To 1 ml of PEG-Pt@ conc- Fe 3 O 4 solution (1 mg/ml), 20 μl of various concentrations of hydrogen peroxide was added and diluted to a concentration range suitable for NTA measurement (10 μl in 2 ml of MilliQ water). - 2.2 x 10 8 particles/ml). The movement of the nanoswimmer (PEG-Pt@conc- Fe 3 O 4 ) was recorded (25 frames per second) for 60 s at room temperature using Nanosight’s Nanoparticle Tracking Analysis (NTA 3.1), for a total of 1,498 13,332 particles in dog frames were used for NTA analysis. By analyzing the video, the x,y coordinates/position of each particle were determined as a function of the time interval. Diffusion constant (D) was derived for the concentration of H 2 O 2 from the average for more than 438 particles.

1% 내지 5%의 과산화수소 첨가시 나노스위머(PEG-Pt@conc-Fe3O4)의 확산이 높게 관찰되었다. 움직임은 과산화수소의 첨가량에 비례하며, 이는 나노스위머가 과산화수소의 농도가 증가함에 따라 움직임이 가속화된 것을 나타낸다. 나노스위머는 비-브라운 운동(non-Brownian motion)으로 인해 상당히 빨리 움직이기 때문에, 연료(H2O2)를 첨가하기 전의 동일한 구조와 비교하였을 때 움직이는 나노스위머의 '겉보기(apparent)' 크기는 더 작았다. 스톡스-아인슈타인(Stokes-Einstein) 방정식(D = TKB/3ðηd, D는 입자의 확산 상수, KB는 볼쯔만(Boltzmann) 상수, η는 점도, T는 온도, 및 d는 유체역학 지름(hydrodynamic diameter)을 나타냄)에서 확산과 (겉보기) 크기는 반비례 관계에 있기 때문이다.When 1% to 5% of hydrogen peroxide was added, the diffusion of nanoswimmers (PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 ) was observed to be high. The movement is proportional to the amount of hydrogen peroxide added, indicating that the nanoswimmers accelerated as the concentration of hydrogen peroxide increased. Because the nanoswimmers move fairly quickly due to their non-Brownian motion, the 'apparent' size of the moving nanoswimmers compared to the same structure before fuel (H 2 O 2 ) was added. was smaller Stokes-Einstein equation (D = TKB/3ðηd, where D is the diffusion constant of the particle, KB is the Boltzmann constant, η is the viscosity, T is the temperature, and d is the hydrodynamic diameter) ) because diffusion and (apparent) size are in inverse proportion to each other.

참고예 12. Pt@Reference Example 12. Pt@ concconc - Fe- Fe 33 OO 44 의 촉매 활성 시험catalytic activity test

흡광도 측정을 통해 수용액에서 Rh6G(Rhodamine 6G)의 분해에 대한 PEG-Pt@conc-Fe3O4의 촉매 활성을 평가하였다. 유리 페트리 디쉬에서 촉매(PEG-Pt@conc-Fe3O4) 1mg/㎖를 Rh6G(0.1mM) 5㎖과 혼합한 후(용액의 pH는 4.2로 조정), 5%의 과산화수소 용액을 첨가하였다. 다양한 시간 간격으로 약 100㎕(1㎖까지 희석)의 부분 표본(aliquots sample)을 원심분리하였다. 550nm에서 Rh6G의 흡광도를 측정하여 여과된 용액 중의 염료(Rh6G) 농도를 분석하였다. 도 17은 로다민을 0 내지 0.2mM의 다양한 농도로 연속 희석하여 도시한 표준 곡선(calibration curve)을 나타낸다. The catalytic activity of PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 for the decomposition of Rh6G (Rhodamine 6G) in aqueous solution was evaluated through absorbance measurement. In a glass Petri dish, 1 mg/ml of catalyst (PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 ) was mixed with 5 ml of Rh6G (0.1 mM) (the pH of the solution was adjusted to 4.2), and 5% hydrogen peroxide solution was added. . Aliquots samples of about 100 μl (diluted to 1 ml) were centrifuged at various time intervals. By measuring the absorbance of Rh6G at 550 nm, the concentration of the dye (Rh6G) in the filtered solution was analyzed. Figure 17 shows a standard curve (calibration curve) showing the serial dilution of rhodamine to various concentrations of 0 to 0.2mM (calibration curve).

참고예 13. 포화 흡착 시험Reference Example 13. Saturation Adsorption Test

실온에서 10mg/L의 Rh6G를 함유하는 100㎖ 용액(pH 4.2)에 PEG-Pt@conc-Fe3O4 10mg를 첨가하여 PEG-Pt@conc-Fe3O4에 대한 Rh6G의 흡착 속도를 평가하였다. 용액 중의 Rh6G 농도는 분광 광도계(spectrophotometer)를 사용하여 550nm에서의 흡광도를 측정하여 나타내었다.By the addition of PEG-Pt @ conc -Fe 3 O 4 to 10mg 100㎖ solution (pH 4.2) containing Rh6G of 10mg / L at room temperature for evaluating absorption rate of Rh6G for PEG-Pt @ conc -Fe 3 O 4 did. The Rh6G concentration in the solution was measured by measuring the absorbance at 550 nm using a spectrophotometer.

첨가된 Rh6G의 양이 25mg/L까지 증가될때 PEG-Pt@conc-Fe3O4에의 흡착 정도가 향상되지 않았고 Rh6G의 PEG-Pt@conc-Fe3O4 흡착량이 매우 작았다(도 18). 이러한 결과는 폴리에틸렌 글리콜 리간드로 보호된 Pt@conc-Fe3O4와 양이온성 염료(Rh6G) 사이의 약한(poor) 정전기 상호작용에 기초하여 설명될 수 있고, 용액 중에 Rh6G 감소는 나노입자 표면에의 물리적인 흡착 때문이 아닌, 촉매반응에 의한 분해(decomposition)에 의한 것임을 알 수 있다. When the amount of Rh6G added was increased to 25 mg/L, the degree of adsorption to PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 did not improve, and the adsorption amount of PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 of Rh6G was very small (FIG. 18). . These results can be explained based on the weak electrostatic interaction between Pt@ conc -Fe 3 O 4 protected with polyethylene glycol ligands and cationic dye (Rh6G), and Rh6G reduction in solution is attributable to the nanoparticle surface. It can be seen that it is due to decomposition by catalytic reaction, not due to the physical adsorption of

참고예 14. 재활용 가능성 시험Reference Example 14. Recyclability test

PEG-Pt@conc-Fe3O4에 대한 재활용 가능성은 다음과 같이 수행되었다. 유리 페트리 디쉬에서 촉매(PEG-Pt@conc-Fe3O4) 1mg/㎖을 Rh6G(0.1mM) 5㎖과 혼합하고(pH는 4.2로 조정), 5%의 과산화수소 용액을 첨가하였으며, 반응 완결 후 자력 분리(magnetic separation)에 의해 촉매를 회수하였다. 회수된 촉매는 원심분리 및 세척을 3회 수행하여, 흡착된 Rh6G를 완전히 제거하고 상기 참고예 12의 방법과 같이 촉매 활성을 평가하였다.Recyclability for PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 was performed as follows. In a glass Petri dish, 1 mg/ml of catalyst (PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 ) was mixed with 5 ml of Rh6G (0.1 mM) (pH adjusted to 4.2), 5% hydrogen peroxide solution was added, and the reaction was completed. The catalyst was then recovered by magnetic separation. The recovered catalyst was centrifuged and washed three times to completely remove the adsorbed Rh6G, and the catalytic activity was evaluated as in the method of Reference Example 12 above.

실시예 1. Example 1. concconc -Fe-Fe 33 OO 4 4 나노큐브의 제조Preparation of Nanocubes

실시예 1.1 OA-FeExample 1.1 OA-Fe 33 OO 44 @SiO@SiO 22 나노입자의 제조 Preparation of nanoparticles

상기 참고예 1의 방법과 같이 올레산으로 캡핑된 산화철 나노큐브(OA-Fe3O4) 를 제조하였고, 제조된 OA-Fe3O4에 대한 X선 회절(XRD) 분석, 투과 전자 현미경(TEM) 및 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 분석한 결과를 도 2의 a 및 b에 나타내었다. 도면에 나타난 바와 같이, OA-Fe3O4는 평균 21 ± 1nm 모서리 길이 갖는다.An iron oxide nanocube capped with oleic acid (OA-Fe 3 O 4 ) was prepared as in the method of Reference Example 1, and X-ray diffraction (XRD) analysis of the prepared OA-Fe 3 O 4 , transmission electron microscopy (TEM) ) and the results analyzed using a scanning electron microscope (SEM) are shown in FIGS. 2 a and b. As shown in the figure, OA-Fe 3 O 4 has an average edge length of 21 ± 1 nm.

그 후 상기 참고예 2의 방법과 같이 역마이크로에멀전 방법을 이용하여 실리카 껍질로 OA-Fe3O4를 캡슐화하여 OA-Fe3O4@SiO2를 제조하였고, 제조된 OA-Fe3O4@SiO2 의 TEM 이미지를 도 2의 c에 나타내었다. 도면에 나타난 바와 같이, 두께가 10(± 1)nm인 부드러운 실리카 껍질로 둘러싸인 OA-Fe3O4@SiO2 나노입자의 직경(나노큐브를 둘러싼 실리카 나노구의 직경)이 41 ± 1nm인 것을 보여준다. 도 3의 g에 나타난 바와 같이, 실리카 껍질에 의한 캡슐화 과정 이후에도 Fe3O4 결정상(crystalline phase)이 보존되는 것이 XRD 및 HRTEM 분석에 의해 확인되었다.Then, OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 was prepared by encapsulating OA-Fe 3 O 4 with a silica shell using the reverse microemulsion method as in the method of Reference Example 2, and the prepared OA-Fe 3 O 4 A TEM image of @SiO 2 is shown in FIG. 2 c. As shown in the figure, it shows that the diameter of OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 nanoparticles (the diameter of silica nanospheres surrounding the nanocubes) surrounded by a soft silica shell with a thickness of 10 (± 1) nm is 41 ± 1 nm. . As shown in g of FIG. 3 , it was confirmed by XRD and HRTEM analysis that the Fe 3 O 4 crystalline phase was preserved even after the encapsulation process by the silica shell.

실시예 1.2 환원적 조건에서 OA-FeExample 1.2 OA-Fe under reductive conditions 33 OO 44 @SiO@SiO 2 2 어닐링 열처리 수행Perform annealing heat treatment

공간적으로 제한된 실리카 환경에서 Fe3O4의 열적 나노결정 변화 양상을 조사하기 위해, 상기 참고예 4.1의 방법과 같이, OA-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 어닐링 단계를 수행하지 않고 환원적 조건(Ar 및 4% H2의 흐름) 하에서 다양한 어닐링 온도(Tann = 300℃ 내지 700℃)로 열처리하여 생성된 나노입자에 대한 TEM 이미지를 도 2의 d(300℃), e(400℃), f(500℃), g(600℃) 및 h(700℃)에 나타내었다. In order to investigate the thermal nanocrystal change aspect of Fe 3 O 4 in a spatially limited silica environment, as in the method of Reference Example 4.1, OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 was reduced without performing an annealing step in air. TEM images of nanoparticles produced by heat treatment at various annealing temperatures (T ann = 300° C. to 700° C.) under conditions (flow of Ar and 4% H 2 ) are shown in FIG. 2 d (300° C.), e (400° C.) ), f (500° C.), g (600° C.) and h (700° C.).

도 2의 e에 나타난 바와 같이, OA-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 어닐링 단계를 수행하지 않고 환원적 조건 하에서 400℃의 어닐링 온도로 열처리하면, 일부 나노입자(25% 수율)의 외부 일면에서 오목한 형태를 갖는 동공(오목한 동공의 직경(dconc) = 4 내지 11nm)이 형성되어 실리카 내에 비대칭적인 오목한 구조의 Fe3O4(conc-Fe3O4)가 포함된 나노구조(conc-Fe3O4@SiO2)가 관찰되었다. 어닐링 온도가 400℃ 에서 500℃로 증가하면, OA-Fe3O4@SiO2에서 conc-Fe3O4@SiO2로의 변환율이 25%에서 45%로 증가하는 한편, 속빈(hollow) 실리카 나노구[동공 직경(dhol) = 20 (±2)nm]가 추가적으로 생성되었다. 도 2의 h에 나타난 바와 같이, OA-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 어닐링 단계를 수행하지 않고 환원적 조건 하에서 700℃의 어닐링 온도로 열처리하면, 모든 나노구조가 붕괴되어 conc-Fe3O4@SiO2 수율의 추가적인 증가 없이 나노입자들이 불규칙적인 형태로 합쳐진 것으로 나타났다.As shown in e of FIG. 2 , when OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 is heat-treated at an annealing temperature of 400° C. under reducing conditions without performing an annealing step in air, some nanoparticles (25% yield) outside On one side, pores having a concave shape (diameter of concave pore (d conc ) = 4 to 11 nm) are formed, so that the asymmetrically concave Fe 3 O 4 ( conc -Fe 3 O 4 ) in silica contains a nanostructure ( conc ) -Fe 3 O 4 @SiO 2 ) was observed. When the annealing temperature is increased from 400°C to 500°C, the conversion rate of OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 to conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 increases from 25% to 45%, while the hollow silica nano A sphere [pupil diameter (d hol ) = 20 (±2) nm] was additionally generated. As shown in the h of FIG. 2 , when OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 is heat-treated at an annealing temperature of 700° C. under reducing conditions without performing an annealing step in air, all nanostructures are collapsed and conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 It was found that nanoparticles were aggregated in irregular shapes without further increase in yield.

실시예 1.3 Example 1.3 concconc -Fe-Fe 33 OO 44 @SiO@SiO 2 2 나노입자의 제조Preparation of nanoparticles

올레산염(oleate) 부분으로부터의 간섭을 피하기 위하여, 상기 참고예 4.2의 방법과 같이, OA-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 500℃ 온도로 어닐링 열처리하였다. OA-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 어닐링 후, 환원적 조건하에서 다양한 온도(300℃ 내지 700℃)로 어닐링 열처리하여 생성된 나노입자에 대한 TEM 이미지를 도 2의 i(300℃), j(500℃), k(600℃), 및 l(700℃)에 나타내었다.In order to avoid interference from the oleate portion, as in the method of Reference Example 4.2, OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 was annealed at a temperature of 500° C. in air. After annealing OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 in air, TEM images of nanoparticles produced by annealing heat treatment at various temperatures (300° C. to 700° C.) under reducing conditions are i (300° C.) in FIG. 2, j (500° C.), k (600° C.), and l (700° C.).

도 3의 a는 공기 중에서 OA-Fe3O4@SiO2를 500℃ 온도로 어닐링 열처리하여 생성한 나노입자에 대한 TEM 이미지 및 HRTEM 이미지(내부 이미지)를 나타낸다. 도 3의 a에 나타난 바와 같이, 500℃의 온도로 공기 중에서 어닐링된 생성물은 나노입자의 모양과 크기가 유지되었다. 그러나, 도 3의 g에 나타난 바와 같이, OA-Fe3O4@SiO2를 500℃ 온도로 어닐링 열처리하여 제조한 나노입자에 대한 XRD 패턴은 30°, 35.6° 및 43°에서 나타나는 세개의 주된(dominant) 브래그(Bragg) 피크가 더 높은 각도 쪽으로 약간 이동된 것을 나타내고, 이로부터 공기 중에서 OA-Fe3O4@SiO2를 500℃ 온도로 어닐링 열처리하면, 산화된 γ-Fe2O3 상을 포함하는 나노입자가 형성된 것을 알 수 있다.3a shows a TEM image and an HRTEM image (internal image) of nanoparticles produced by annealing heat treatment of OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 at a temperature of 500° C. in air. As shown in a of FIG. 3 , in the product annealed in air at a temperature of 500° C., the shape and size of nanoparticles were maintained. However, as shown in g of FIG. 3 , the XRD patterns for nanoparticles prepared by annealing heat treatment of OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 at a temperature of 500° C. are three main ones appearing at 30°, 35.6° and 43°. (dominant) indicates that the Bragg peak is slightly shifted toward a higher angle, from which OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 in air annealing heat treatment at a temperature of 500 ° C., the oxidized γ-Fe 2 O 3 phase It can be seen that nanoparticles comprising

그 이후, 상기 참고예 4.2의 방법과 같이, γ-Fe2O3@SiO2를 환원적 조건(Ar + 4% H2) 하에서 다양한 온도(300℃ 내지 700℃)로 열처리하였다. 도 3의 b, g 및 도 4에 나타난 바와 같이, XRD 및 HRTEM 분석을 결과로부터 환원적 조건하의 어닐링 열처리에 의하여, 300℃ 이상의 온도에서 결정상(crystalline phase) γ-Fe2O3이 초상자성(superparamagnetic) Fe3O4로 되돌아 간 것이 확인되었다. 공기 중에서(산화적 조건하에서) 어닐링 후 환원적 조건하에서 400℃의 온도로 어닐링을 수행하면, 상기 실시예 1.2의 결과와 달리 독점적이고 높은 수율(100%)로 실리카 껍질로 둘러싸인 Fe3O4 나노큐브의 일면에 개방 동공[d conc = 11 (±1)nm]을 갖는 conc-Fe3O4@SiO2가 제조되었다.After that, as in the method of Reference Example 4.2, γ-Fe 2 O 3 @SiO 2 was heat-treated at various temperatures (300° C. to 700° C.) under reducing conditions (Ar + 4% H 2 ). As shown in b, g and 4 of FIG. 3, from the results of XRD and HRTEM analysis, the crystalline phase γ-Fe 2 O 3 at a temperature of 300° C. or higher is superparamagnetic ( It was confirmed that it reverted to superparamagnetic) Fe 3 O 4 . When annealing in air (under oxidative conditions) and then annealing at a temperature of 400° C. under reductive conditions, unlike the results of Example 1.2 above, Fe 3 O 4 nano a conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 was prepared having an open cavity on one side of the cube [d conc = 11 (± 1 ) nm].

도 3의 c에 나타나 바와 같이, 에너지-분산 X-선 현미경이 장착된 주사 투과 전자 현미경(STEM-EDS)으로 conc-Fe3O4@SiO2 단일 입자의 원소 맵핑 및 라인 프로파일링 결과 Fe 원자는 오목한 동공(concave cavity) 영역을 제외하고 밝은 Z-대조 영역에서 균일하게 분포하였다.As shown in Fig. 3c, elemental mapping and line profiling of conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 single particles with a scanning transmission electron microscope (STEM-EDS) equipped with an energy-dispersive X-ray microscope, Fe atoms was uniformly distributed in the bright Z-contrast region except for the concave cavity region.

환원적 조건하에서 500℃ 또는 600℃의 온도로 γ-Fe2O3@SiO2를 어닐링하면, conc-Fe3O4@SiO2 [d conc = 12 (±2)nm]와 함께 부생성물(약 20% 수율)로서, SiO2 내부에 나노큐브는 사라지고, 내부에 동공[dhol = 20 (±3)nm] 및 실리카 껍질의 바깥에 산화철을 포함하는 나노구[직경(d) = 19 (±4)nm]인 속빈(hollow) 실리카 나노입자(h-SiO2-FeO)가 형성된다. 도 4에 나타난 바와 같이, 환원적 조건하에서 600℃의 온도로 어닐링된 부생성물의 XRD 및 x선 광전자 분광법(XPS)은 36°와 42°에서 새로운 브래그 피크를 나타내었고, 도 5에 나타난 바와 같이, 결합 에너지(B.E) = 709.7eV에서 Fe2+에 대한 Fe 2p 면적이 상당히 증가하였다. 이는 부생성물(h-SiO2-FeO)에서 결정질(crystalline) FeO 상이 생성된 것을 의미한다. When γ-Fe 2 O 3 @SiO 2 is annealed at a temperature of 500°C or 600°C under reductive conditions , conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 [d conc = 12 (±2)nm] together with by-products ( As a yield of about 20%), the nanocubes inside the SiO 2 disappear, and the pores inside [d hol = 20 (±3) nm] and the nanospheres containing iron oxide on the outside of the silica shell [diameter (d) = 19 ( ±4) nm] of hollow silica nanoparticles ( h -SiO 2 -FeO) are formed. As shown in FIG. 4, XRD and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of by-products annealed at a temperature of 600° C. under reductive conditions showed new Bragg peaks at 36° and 42°, and as shown in FIG. 5 , , the Fe 2p area for Fe 2+ increased significantly at binding energy (BE) = 709.7 eV. This means that a crystalline FeO phase is generated from the by-product ( h -SiO 2 -FeO).

환원적 조건하에서 Fe3O4@SiO2 를 700℃의 온도로 어닐링 열처리하면, 코어@쉘과 h-SiO2-FeO가 변형되어 합쳐졌으며, XRD 패턴(도 3의 g)으로부터 환원적 조건하에서 700℃의 온도로 어닐링하여 제조한 나노입자는 Fe3O4 상이 없고, 결정질 Fe2+-실리케이트상(Fe2SiO4)으로 구성된 것을 알 수 있다. When the annealing heat treatment of Fe 3 O 4 @SiO 2 at a temperature of 700° C. under reducing conditions , the core @ shell and h -SiO 2 -FeO were deformed and merged, and from the XRD pattern (g of FIG. It can be seen that the nanoparticles prepared by annealing at a temperature of 700° C. do not have a Fe 3 O 4 phase, and are composed of a crystalline Fe 2+ -silicate phase (Fe 2 SiO 4 ).

상기 결과로부터 conc-Fe3O4@SiO2는 Fe3O4 나노큐브가 환원된 FeO 나노구로 변환되는 과정의 중간 생성물인 것을 알 수 있다. conc-Fe3O4@SiO2의 오목한 구조(concave structure)의 진화는 Fe3O4 나노큐브로부터 Fe2+ 이온이 주변의 실리카 껍질로 방출되어, 외부 껍질 표면에서 FeO 나노결정의 성장을 위해 Fe2+ 이온을 공급하는 비정질(amorphous) Fe2+-실리케이트 상을 형성하는 초기 단계로 예상된다. 또한, 도 5에 나타난 바와 같이, Si 2p의 고해상도 XPS 스펙트럼의 디콘볼루션 분석에서는 400℃에서 Fe2+-실리케이트 상(B.E=709.7eV)에 대한 피크가 나타나기 시작하였고, 이는 어닐링 온도도가 증가함에 따라 점차적으로 증가했다. Conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 From the above results it can be seen that the Fe 3 O 4 nano-cube is the middle of the process of converting the reduced FeO nano-sphere product. conc -Fe 3 O 4 Evolution of the recessed structure (concave structure) of @SiO 2 is Fe 3 O 4 nano-cubes from Fe 2+ ions are released into the silica shell of the surrounding, for the growth of FeO on the outer shell surface of the nanocrystals It is expected to be an initial step to form an amorphous Fe 2+ -silicate phase supplying Fe 2+ ions. In addition, as shown in FIG. 5 , in the deconvolution analysis of the high-resolution XPS spectrum of Si 2p , a peak for the Fe 2+ -silicate phase (BE=709.7 eV) at 400° C. began to appear, which increased the annealing temperature. gradually increased with

환원적 어닐링의 초기 단계에서 Fe2+ 이온은 실리카 계면으로 이동하기 시작하고, 실리케이트 음이온 부위(silicate anionic site)에 포획되어 열역학적으로 안정한 Fe-실리케이트 상을 형성한다. 이는 Fe2+의 연속적인 이동을 위해 반응성이 큰 부분으로서 일시적으로 나노 크기의 결함(nanoscopic defect)이 생성되고, 초기에 Fe2+ 이온이 이동하기 시작한 면이 동일한 면에서 단일 동공으로 진화된다. 동공 형성 과정은 주위의 실리카 껍질에 의해 수용될 수 있는 Fe2+ 이온의 최대량에 의해 제한된다.In the initial stage of reductive annealing, Fe 2+ ions begin to migrate to the silica interface and are trapped at silicate anionic sites to form a thermodynamically stable Fe-silicate phase. This is a highly reactive part for the continuous movement of Fe 2+ , and a nanoscopic defect is temporarily generated, and the surface on which Fe 2+ ions initially started to migrate evolves into a single cavity on the same surface. The pore-forming process is limited by the maximum amount of Fe 2+ ions that can be accommodated by the surrounding silica shell.

실시예 1.4 Example 1.4 concconc -Fe-Fe 33 OO 4 4 나노큐브의 제조Preparation of Nanocubes

상기 참고예 5의 방법과 같이, conc-Fe3O4@SiO2 나노입자에서 실리카 껍질을 완전히 제거하여 conc-Fe3O4를 제조하고, conc-Fe3O4에 대해 에너지 필터링된 TEM-토모그래피법을 사용하여 오목한 구조(concave structure)의 정확한 3차원(3D) 형태를 재구성하여 그 결과를 도 3의 f에 나타내었다. 서로 다른 기울기 각도(-72°에서 +68°)에서의 BF-TEM 투사 이미지와 그로부터의 재구성된 3D 구조에 나타난 바(도 3의 f)와 같이, 오목한 구조가 나노큐브의 일면(single facet)에 선택적으로 제한되었다. As in the method of Reference Example 5, conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 By completely removing the silica shell from nanoparticles, conc -Fe 3 O 4 was prepared, and energy filtered for conc -Fe 3 O 4 TEM- An accurate three-dimensional (3D) shape of a concave structure was reconstructed using a tomography method, and the result is shown in f of FIG. 3 . As shown in the BF-TEM projection images at different inclination angles (-72° to +68°) and the reconstructed 3D structure therefrom (Fig. 3f), the concave structure is a single facet of the nanocube. was selectively restricted to

실시예 2. 어닐링 시간에 따른 동공 구조 변화Example 2. Changes in the pore structure according to annealing time

OA-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 어닐링 후, 환원적 조건에서 400℃의 어닐링 온도로 다양한 시간(0 내지 48시간) 동안 열처리하여 제조한 conc-Fe3O4@SiO2 에 대한 TEM 이미지를 도 6 및 도 7에 나타내었고, 동공 구조가 관찰되는 나노입자에서의 동공크기 분포를 도 7에 나타내었다. . TEM for conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 prepared by annealing OA-Fe 3 O 4 @SiO 2 in air, and then heat-treating it for various times (0 to 48 hours) at an annealing temperature of 400° C. under reductive conditions. The images are shown in FIGS. 6 and 7 , and the pore size distribution in the nanoparticles in which the pore structure is observed is shown in FIG. 7 . .

도 6에 나타난 바와 같이, 환원적 조건에서 400℃의 어닐링 열처리하여 제조한 나노입자의 Fe3O4에서 오목한 구조[d conc = 10 (±2)nm]가 열처리 후 20분 후에 나타나기 시작했고, 관찰 가능한 중간체는 확인되지 않았다. 또한, 도 7에 나타난 바와 같이, 외부 일면에 동공을 갖는 나노입자의 구조는 24시간에도 유지되었고, 이는 주위의 실리케이트 껍질이 Fe2+ 이온으로 포화되었기 때문이다. 열처리 48시간 이후에는 Fe3O4 코어로부터 성장하는 FeO 나노결정(외측 껍질 표면에 위치함)으로의 Fe2+ 이온의 순차적인 전달을 통해, 실리케이트 껍질로부터 FeO-상의 분리가 시작되었으며, 속빈(hollow) 실리카 껍질을 갖는 h-SiO2-FeO가 형성되었다. As shown in FIG. 6, a concave structure [d conc = 10 (±2) nm] in Fe 3 O 4 of nanoparticles prepared by annealing heat treatment at 400° C. under reducing conditions began to appear 20 minutes after heat treatment, No observable intermediates were identified. In addition, as shown in FIG. 7 , the structure of the nanoparticles having pores on the outer surface was maintained even for 24 hours, because the surrounding silicate shell was saturated with Fe 2+ ions. After 48 h of heat treatment, the separation of the FeO- phase from the silicate shell was initiated through the sequential transfer of Fe 2+ ions from the Fe 3 O 4 core to the growing FeO nanocrystals (located on the outer shell surface), h -SiO 2 -FeO with a hollow) silica shell was formed.

실시예 3. Example 3. concconc -Fe-Fe 33 OO 44 @SiO@SiO 2 2 및 Feand Fe 33 OO 44 @SiO@SiO 2 2 사이의 변환conversion between

상기 참고예 4.3의 방법과 같이, 기체 환경(공기, 또는 H2+Ar)을 반복적으로 전환하여 conc-Fe3O4@SiO2를 열적 산화 및 환원 어닐링을 반복적으로 수행하여 제조한 나노입자에 대한 TEM 이미지를 도 8에 나타내었다.As in the method of Reference Example 4.3, conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 by repeatedly switching the gas environment (air, or H 2 +Ar) to the nanoparticles prepared by repeatedly performing thermal oxidation and reduction annealing A TEM image for the TEM image is shown in FIG. 8 .

conc-Fe3O4@SiO2를 공기 중에서 400℃의 온도로 5시간 동안 열처리하면, 오목한 동공은 분리된 격자를 갖는 Fe3O4 결정상(lattice-disconnected Fe3O4-crystalline phase)으로 재충전되어, 별개의 작은 구형 도메인을 형성하고, conc-Fe3O4 코어는 동공이 없는 초기 Fe3O4@SiO2의 나노큐브에 가까운 구조로 되돌아갔다도 8에 나타난 바와 같이, conc-Fe3O4를 열적 산화(400℃로 5시간) 및 환원(400℃로 5시간) 어닐링을 반복적으로 수행하면 오목한 형태의 동공 구조를 갖지 않는 나노큐브와 일면에 오목한 동공을 갖는 나노큐브 구조 사이에서 가역적으로 변화하였다. 각 산화 단계 후의 나노입자에 대한 TEM 이미지에서 동일한 이중 도메인 결정 구조가 나타났으며, 이를 통해 산화철/실리카 계면의 고정된 위치에서 Fe 이온이 왕복 운동하는 것을 확인하였다. conc -Fe 3 O 4 when the heat treatment for 5 hours at a temperature of 400 ℃ the @SiO 2 in air, a concave cavity is recharged with Fe 3 O 4 crystalline phase (Fe 3 O 4 lattice-disconnected -crystalline phase) having a separate grid , forming separate small spherical domains, and the conc -Fe 3 O 4 core reverted to the nanocube-like structure of the initial Fe 3 O 4 @SiO 2 without pores, as shown in FIG. 8 , conc -Fe 3 When O 4 is repeatedly subjected to thermal oxidation (5 hours at 400°C) and reduction (5 hours at 400°C) annealing, it is reversible between a nanocube that does not have a concave pore structure and a nanocube structure that has concave pores on one surface. changed to The same dual domain crystal structure was shown in the TEM image of the nanoparticles after each oxidation step, confirming that Fe ions reciprocate at fixed positions at the iron oxide/silica interface.

실시예 4. 대조실험Example 4. Control experiment

실시예 4.1 속빈 실리카 껍질 내에 한정된 FeExample 4.1 Fe confined in a hollow silica shell 33 OO 44 나노큐브(Fe Nanocube (Fe 33 OO 44 @@ hh -SiO-SiO 22 )의 열적 변환 대조실험) of the thermal conversion control experiment

상기 참고예 6의 방법과 같이 Fe3O4가 속빈(hollow) 실리카 껍질 내에 한정되어 Fe3O4와 실리카 껍질이 최소한으로 접촉된 Fe3O4@h-SiO2를 공기 중에서 어닐링 열처리 후(500℃의 온도로 5시간) 환원적 조건에서 다양한 온도로(300℃ 내지 700℃) 어닐링 열처리를 수행하여 제조된 나노입자에 대한 TEM 이미지를 도 9에 나타내었다. 도 9에 나타난 바와 같이, Fe3O4@h-SiO2를 공기 중에서 어닐링 열처리 후 환원적 조건하에서 400 내지 700℃의 온도로 5시간 동안 어닐링 열처리하여 제조된 나노입자에서 비대칭 Fe3O4 오목 구조는 관찰되지 않았고, 이는 Fe3O4와 실리카 껍질의 물리적으로 밀접한 접촉이 오목한 구조 형성을 위한 Fe2+ 이온의 열 유도 이동에 중요한 역할을 하는 것을 나타낸다.As in the method of Reference Example 6, Fe 3 O 4 is confined within the hollow silica shell, so Fe 3 O 4 and the silica shell are in minimal contact with Fe 3 O 4 @ h -SiO 2 After annealing in air ( TEM images of nanoparticles prepared by performing annealing heat treatment at various temperatures (300° C. to 700° C.) under reductive conditions (for 5 hours at a temperature of 500° C.) are shown in FIG. 9 . As shown in Figure 9, Fe 3 O 4 @ h -SiO 2 Asymmetric Fe 3 O 4 concave in nanoparticles prepared by annealing heat treatment in air and then annealing heat treatment at a temperature of 400 to 700 ° C. under reducing conditions for 5 hours. No structure was observed, indicating that the close physical contact of Fe 3 O 4 and silica shell plays an important role in the thermally induced migration of Fe 2+ ions for concave structure formation.

실시예 4.2 실리카 껍질로 둘러싸인 구형의 FeExample 4.2 Spherical Fe surrounded by silica shells 33 OO 44 의 열적 변환 대조실험of thermal transformation control experiment

실리카로 둘러싸인 구형의 Fe3O4 나노결정[d= 5 (±1)nm]을 환원적 조건에서 300 내지 700℃의 온도로 5시간 동안 열처리하여 제조한 나노입자에 대한 TEM 이미지를 도 10에 나타내었다. 실리카로 둘러싸인 Fe3O4 나노큐브를 환원적 조건에서 열처리한 결과(실시예 1)와 상이하게, 도 10에 나타난 바와 같이, 실리카로 둘러싸인 구형의 Fe3O4 나노결정[d= 5 (±1) nm]을 환원적 분위기에서 열처리하여 제조한 나노입자에서 오목한 동공 구조는 관찰되지 않았고, 속빈 SiO2와 실리카 껍질로부터 빠져나온 산화철 나노결정(h-SiO2-FeO)이 SiO2 바깥 껍질에 형성된 나노입자(h-SiO2-FeO)가 제조되었다.이는 실리카로 둘러싸인 구형의 Fe3O4 나노결정의 등방성 구조(isotropic morphology) 때문이다. A TEM image of nanoparticles prepared by heat-treating spherical Fe 3 O 4 nanocrystals [d = 5 (±1) nm] surrounded by silica at a temperature of 300 to 700° C. under reducing conditions for 5 hours is shown in FIG. indicated. After a heat treatment the Fe 3 O 4 nano-cube surrounded with silica in reductive conditions (Example 1) with differently, a rectangle surrounded by a silica Fe 3 O 4 nanocrystals as shown in FIG. 10 [d = 5 (± 1) nm] was not observed in the nanoparticles prepared by heat treatment in a reducing atmosphere, and hollow SiO 2 and iron oxide nanocrystals ( h -SiO 2 -FeO) escaping from the silica shell were found in the SiO 2 outer shell. The formed nanoparticles ( h -SiO 2 -FeO) were prepared. This is due to the isotropic morphology of the spherical Fe 3 O 4 nanocrystals surrounded by silica.

실시예 4.3 MnO@SiOExample 4.3 MnO@SiO 22 를 이용한 열적 변환 대조실험Thermal conversion control experiment using

실리카로 둘러싸인 MnO 나노큐브(MnO@SiO2)를 이용하여 환원적 조건(Ar+4% H2)하에서 5시간 동안 다양한 어닐링 온도(300 내지 700℃)로 열처리를 수행하여 제조한 나노입자에 대한 TEM 이미지를 도 11에 나타내었다. For nanoparticles prepared by performing heat treatment at various annealing temperatures (300 to 700 ° C.) for 5 hours under reducing conditions (Ar+4% H 2 ) using MnO nanocubes (MnO@SiO 2 ) surrounded by silica. A TEM image is shown in FIG. 11 .

실리카로 둘러싸인 Fe3O4 나노큐브를 환원적 조건에서 열처리한 결과(실시예 1)와 상이하게, 도 11에 나타난 바와 같이 실리카에 둘러싸인 MnO 나노큐브(MnO@SiO2)를 환원적 조건에서 어닐링 열처리시, 500℃의 온도로 어닐링하면 MnO 나노큐브의 내부에 빈 공간이 형성되기 시작하고, 600℃의 온도로 어닐링하면 나노구조에서 속빈 내부 동공이 나타났으며, 700℃의 온도로 어닐링하면 속빈 나노구조가 합쳐졌다. Unlike the result of heat treatment of Fe 3 O 4 nanocubes surrounded by silica under reducing conditions (Example 1), as shown in FIG. 11 , MnO nanocubes surrounded by silica (MnO@SiO 2 ) were annealed under reducing conditions. In the heat treatment, when annealing at a temperature of 500°C, empty spaces began to form inside the MnO nanocubes, and when annealing at a temperature of 600°C, hollow inner cavities appeared in the nanostructure, and when annealing at a temperature of 700°C, hollow spaces were formed. Nanostructures are merged.

실시예 5. Pt@Example 5. Pt@ concconc -Fe-Fe 33 OO 4 4 제조 및 촉매 활성Preparation and catalytic activity

실시예 5.1 비대칭 구조의 야누스 Pt@Example 5.1 Janus Pt@ with asymmetric structure concconc -Fe-Fe 33 OO 44 촉매 제조 catalyst preparation

상기 참고예 5 및 7의 방법으로, 염기성 가수분해에 의해 conc-Fe3O4@SiO2로부터 실리카 껍질이 제거된 conc-Fe3O4를 분리한 후, Na2PtCl4와 아스코르브산으로 처리하여 Pt-나노결정으로 관능화하여 Pt@conc-Fe3O4를 제조하고, 이에 대한, TEM 이미지, HRTEM 이미지, STEM 이미지, STEM-EDS 원소 맵핑 이미지, XRD 패턴을 도 12, 도 13 및 도 14에 나타내었다. 도 12 및 도 13에서 반응 시간 경과에 따른 Pt@conc-Fe3O4에 대한 TEM 이미지 및 도 14의 XRD 패턴에 나타난 바와 같이, 반응 시간 경과에 따라 conc-Fe3O4의 오목한 영역에 Pt 나노결정이 점차적으로 침착(deposit)되어 반응 90분 후에는 3.0 (±1)nm 직경의 Pt 나노결정을 갖는 야누스 Pt@conc-Fe3O4 나노구조가 제조되었다.Reference Example 5 to 7 and the method of, after disconnecting the conc -Fe 3 O 4 with a silica shell removed from conc -Fe 3 O 4 @SiO 2 by basic hydrolysis, treatment with Na 2 PtCl 4 with ascorbic acid to Pt- to functionalize with nanocrystals to prepare Pt@ conc -Fe 3 O 4 , and for this, TEM images, HRTEM images, STEM images, STEM-EDS element mapping images, XRD patterns are shown in FIGS. 12, 13 and FIG. 14 is shown. As shown in the TEM image of Pt@ conc -Fe 3 O 4 and the XRD pattern of FIG. 14 over the course of reaction time in FIGS. 12 and 13 , Pt in the concave region of conc -Fe 3 O 4 with the lapse of reaction time Nanocrystals were gradually deposited, and after 90 minutes of reaction, a Janus Pt@ conc -Fe 3 O 4 nanostructure having Pt nanocrystals with a diameter of 3.0 (±1) nm was prepared.

실시예 5.2 Pt@Example 5.2 Pt@ concconc -Fe-Fe 33 OO 44 의 로다민 분해 활성rhodamine-degrading activity of

하기의 반응식 3은 Pt@conc-Fe3O4 촉매의 자가 추진(self-propulsion) 및 펜톤산화 반응에 의한 촉매 활성 메커니즘을 나타낸다.Scheme 3 below shows the catalytic activation mechanism by the self-propulsion and penton oxidation reaction of the Pt@ conc -Fe 3 O 4 catalyst.

[반응식 3][Scheme 3]

Figure 112019109006055-pat00004
Figure 112019109006055-pat00004

Pt 나노입자는 H2O2로부터 H2O 및 O2로의 H2O2의 분해를 촉매하므로, Pt@conc-Fe3O4 촉매의 한쪽 말단에서 Pt 나노결정에 의해 수성 H2O2의 분해에 의한 O2 방출은 Pt@conc-Fe3O4의 자가 추진을 가능하게 하여, 유체에서 향상된 운동을 수반하고 오염물질 분해효과를 상승시키는 상승적인 운동 촉매 효과(synergetic kinetic-catalytic effect)를 부여한다. 산화철 이온은 H2O2와 반응하여, 유기 오염물질을 분해하는 수산화라디칼(OHㆍ)을 형성한다.Pt nanoparticles, because the decomposition of H 2 O 2 to H 2 O and O 2 from the catalyst H 2 O 2, Pt @ conc -Fe 3 O 4 at one end of the catalyst of the aqueous H 2 O 2 by the Pt nanocrystals O 2 release by decomposition enables self-propellation of Pt@ conc -Fe 3 O 4 , resulting in a synergetic kinetic-catalytic effect that accompanies enhanced motion in the fluid and increases the decomposition effect of pollutants. give The iron oxide ions react with H 2 O 2 to form hydroxyl radicals (OH·) that decompose organic pollutants.

높은 콜로이드 안정성을 위해, 상기 참고예 8의 방법으로 Pt@conc-Fe3O4를 포스페이트-폴리에틸렌 글리콜로 먼저 변형시켜 PEG-Pt@conc-Fe3O4를 제조하고, 상기 참고예 11의 방법과 같이 H2O2를 첨가하기 전, 후에 Pt@conc-Fe3O4 나노스위머에 대한 NTA 크기 분석 결과를 각각 도 15의 a 및 b에 나타내었다. 스톡스-아인슈타인 방정식에서 나노입자(나노스위머)의 크기는 확산 계수(D)와 반비례하고, 입자의 움직임으로 인해 확산 계수(D)가 증가됨에 따라 겉보기 크기는 작아보인다. 도 15의 a 및 b에 나타난 바와 같이, 연료로서 H2O2를 첨가하면, NTA 크기 분석결과, Pt@conc-Fe3O4의 크기는 감소하였고, 이는 H2O2의 분해에 의한 O2 방출로 입자의 운동성이 향상되었기 때문이다.For high colloidal stability, in the method of Reference Example 8, Pt@ conc -Fe 3 O 4 was first modified with phosphate-polyethylene glycol to prepare PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 , and the method of Reference Example 11 Before and after the addition of H 2 O 2 as shown in Fig. 15 a and b, respectively, the NTA size analysis results for the Pt@ conc -Fe 3 O 4 nanoswimmers. In the Stokes-Einstein equation, the size of nanoparticles (nanoswimmers) is inversely proportional to the diffusion coefficient (D), and the apparent size appears smaller as the diffusion coefficient (D) increases due to particle motion. As shown in a and b of FIG. 15 , when H 2 O 2 was added as a fuel, as a result of NTA size analysis, the size of Pt@ conc -Fe 3 O 4 was reduced, which was caused by decomposition of H 2 O 2 O 2 This is because the motility of the particles is improved by the emission.

H2O2를 매개로 하여 로다민 6G(rhodamine 6G; Rh6G)를 분해하기 위한 촉매로 PEG-Pt@conc-Fe3O4 나노스위머를 사용하였다. 도 16의 a는 Pt@conc-Fe3O4에 의해 Rh6G가 분해되는 과정의 모식도를 나타내고, NTA를 사용하여 PEG-Pt@conc-Fe3O4 및 PEG-conc-Fe3O4에 대해 H2O2 농도에 따라 확산계수(D)를 측정하여, 평균 D(nm2/s)를 도 16의 b에 나타내었다. 도 16의 b에 나타나 바와 같이, 연료로서 H2O2의 농도를 증가시키면 PEG-Pt@conc-Fe3O4의 D가 선형적으로 증가하는 반면, Pt 촉매가 존재하지 않는, PEG-conc-Fe3O4의 D는 영향을 받지 않았다.As a catalyst for decomposing rhodamine 6G (rhodamine 6G; Rh6G) via H 2 O 2 , PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 nanoswimmers were used. Of Figure 16 is a Pt @ by conc -Fe 3 O 4 shows a schematic diagram of a process in which the decomposition Rh6G, using the NTA for PEG-Pt @ conc -Fe 3 O 4 , and PEG- conc -Fe 3 O 4 The diffusion coefficient (D) was measured according to the H 2 O 2 concentration, and the average D (nm 2 /s) was shown in FIG. 16 b . As shown in FIG. 16 b, when the concentration of H 2 O 2 as a fuel is increased, the D of PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 increases linearly, whereas in the absence of a Pt catalyst, PEG- conc D of -Fe 3 O 4 was not affected.

PEG-Pt@conc-Fe3O4와 대조군 입자(PEG-Fe3O4, PEG-conc-Fe3O4, PEG-conc-Fe3O4 + Pt)에 의한 Rh6G 분해 효과를 양적으로 비교하여, 도 16의 c에 나타내었고, PEG- H2O2 농도(0 내지 4%)에 따른 Pt@conc-Fe3O4의 Rh6G 분해 효과를 도 16의 d에 나타내었다. 도 16의 c에 나타난 바와 같이, PEG-Pt@conc-Fe3O4(1mg/㎖)를 사용하면 Rh6G가 30분 이내에 99%를 초과(>99%)하여 분해된 반면, 대조군 촉매로 이용된 PEG-Fe3O4, PEG-conc-Fe3O4, 또는 PEG-conc-Fe3O4와 Pt 나노결정의 물리적 혼합물(PEG-conc-Fe3O4 + Pt)은 각각 5, 15, 25%의 전환율(conversion)로 불완전한 반응을 나타냈다. PEG-conc-Fe3O4의 Rh6G 분해 활성은 PEG-Fe3O4 나노큐브보다 약간 더 높은 것으로 나타났는데, 이는 conc-Fe3O4의 반응성 높은 동공(cavity) 내부의 Fe 사이트 때문이다. 특히, 추진력이 없는(nonpropelling), Pt 나노결정과 PEG-conc-Fe3O4의 물리적 혼합물(PEG-conc-Fe3O4 + Pt)은 열등한 로다민 분해 성능(30%의 전환율)을 나타냈다. PEG-Pt@conc-Fe3O4는 동공 내에서 높은 반응성을 갖는 계면의 저배위(low-coordination) Fe3O4-Pt 사이트와 신속한 자가 추진으로 인해 상승적인 Rh6G 분해 효과를 나타내었다. Quantitative comparison of Rh6G degradation effects by PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 and control particles (PEG-Fe 3 O 4 , PEG- conc -Fe 3 O 4 , PEG- conc -Fe 3 O 4 + Pt) Thus, it is shown in FIG. 16 c, and the Rh6G decomposition effect of Pt@ conc -Fe 3 O 4 according to the PEG-H 2 O 2 concentration (0 to 4%) is shown in FIG. 16 d. As shown in FIG. 16 c , when PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 (1 mg/ml) was used, Rh6G was decomposed to exceed 99% (>99%) within 30 minutes, whereas it was used as a control catalyst. PEG-Fe 3 O 4 , PEG- conc -Fe 3 O 4 , or a physical mixture of PEG -conc -Fe 3 O 4 and Pt nanocrystals (PEG- conc -Fe 3 O 4 + Pt) is 5 and 15, respectively. , showed an incomplete reaction with a conversion of 25%. Rh6G degrading activity of PEG- conc -Fe 3 O 4 is due to PEG-Fe 3 O 4 was shown to be slightly higher than the nano-cube, which is highly reactive pore (cavity) the interior of the Fe sites of conc -Fe 3 O 4. In particular, the nonpropelling, physical mixture of Pt nanocrystals and PEG-conc -Fe 3 O 4 (PEG- conc -Fe 3 O 4 + Pt) showed inferior rhodamine degradation performance (conversion of 30%). . PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 exhibited a synergistic Rh6G degradation effect due to the low-coordination Fe 3 O 4 -Pt site and rapid self-propulsion at the interface with high reactivity in the cavity.

H2O2 부재 하에서, PEG-Pt@conc-Fe3O4 첨가시 시간에 따른 Rh6G의 농도 및 PEG-Pt@conc-Fe3O4의 농도에 따른 Rh6G의 제거율(%)을 도 18의 a 및 b에 각각 나타내었다. In the absence of H 2 O 2 , the removal rate (%) of Rh6G according to the concentration of PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 and the concentration of PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 over time when PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 is added (%) is shown in FIG. It is shown in a and b, respectively.

도 16의 d에 나타난 바와 같이, H2O2의 농도가 증가할수록 Rh6G 분해 효과가 우수해졌고, 도 18의 a 및 b에 나타난 바와 같이 H2O2 부재하에서 PEG-Pt@conc-Fe3O4를 160분간 Rh6G 용액으로 처리했을 때, 6%의 Rh6G 만을 제거하였으므로, 본원발명의 일 구체예에 따른 PEG-Pt@conc-Fe3O4 나노스위머는 H2O2를 매개로 하여 우수한 활성으로 Rh6G를 분해하기 위한 촉매로 사용될 수 있다.As shown in d of FIG. 16 , as the concentration of H 2 O 2 increased, the Rh6G decomposition effect was improved, and as shown in FIGS. 18 a and b , PEG-Pt@ conc -Fe 3 O in the absence of H 2 O 2 . When 4 was treated with Rh6G solution for 160 minutes, only 6% of Rh6G was removed, so the PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 nanoswimmer according to an embodiment of the present invention has excellent activity through H 2 O 2 . can be used as a catalyst for decomposing Rh6G.

Rh6G의 분해에 대한 가시광선의 효과를 알아보기 위해, 가시광선 하에서 촉매가 없는 조건(No catalyst), 명조건(Light), 또는 암조건(Dark) 하에서 PEG-Pt@conc-Fe3O4의 Rh6G 분해 효과를 측정하여 도 19에 나타내었다. 도 19에 나타난 바와 같이, 촉매 없이는 가시광선에 의해서 30분 후에도 Rh6G의 농도 변화가 없었고, 명조건인지 암조건인지 여부에 상관없이, 촉매(PEG-Pt@conc-Fe3O4) 첨가시 Rh6G는 30분 동안 거의 대부분 분해되었다. To investigate the effect of visible light on the decomposition of Rh6G, Rh6G in PEG-Pt@conc- Fe 3 O 4 under visible light (No catalyst), light (Light), or dark (Dark) conditions. The decomposition effect was measured and shown in FIG. 19 . As shown in FIG. 19 , there was no change in the concentration of Rh6G even after 30 minutes by visible light without the catalyst, and regardless of whether it was under light or dark conditions, Rh6G upon addition of a catalyst (PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 ) was almost completely decomposed in 30 min.

실시예 6. 모든 면에 Pt가 증착된 대칭형 나노입자를 사용한 대조 실험.Example 6. Control experiment using symmetrical nanoparticles with Pt deposited on all sides.

상기 참고예 9의 방법으로 Fe3O4 나노큐브의 모든 면에 Pt가 증착된 대칭형 입자(Pt@Fe3O4)를 제조하고, PEG-Pt@Fe3O4에 대한 TEM 이미지를 도 20의 a에 나타내었고, PEG-Pt@Fe3O4에 대한 DLS 크기 데이터를 도 20의 b에 나타내었으며, PEG-Pt@conc-Fe3O4, PEG-Pt@Fe3O4, 또는 PEG-conc-Fe3O4에 의한 Rh6G 분해 결과를 도 20의 c에 나타내었다. 도 20의 c에 나타낸 바와 같이, PEG-Pt@Fe3O4의 비대칭구조 및 PEG-conc-Fe3O4의 오목한 표면에 침착된 Pt의 부재로 인해, 두 경우 모두 PEG-Pt@conc-Fe3O4에 비해 열등한 촉매 활성을 보였다. The method of Reference Example 9 to Fe 3 O 4 nano-manufacturing the symmetrical particles (Pt @ Fe 3 O 4) of Pt is deposited on all surfaces of the cube, and also a TEM image of the PEG-Pt @ Fe 3 O 4 20 shown in a, and DLS size data for PEG-Pt@Fe 3 O 4 is shown in FIG. 20 b, PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 , PEG-Pt@Fe 3 O 4 , or The results of Rh6G decomposition by PEG- conc- Fe 3 O 4 are shown in FIG. 20 c . As shown in Fig. 20c , due to the asymmetric structure of PEG-Pt@Fe 3 O 4 and the absence of Pt deposited on the concave surface of PEG-conc -Fe 3 O 4 , in both cases PEG-Pt@conc- Fe 3 O 4 showed inferior catalytic activity compared to that.

실시예 7. 촉매의 재활용 가능성Example 7. Recyclability of catalysts

PEG-Pt@conc-Fe3O4의 재활용 가능성은 상기 참고예 14의 방법과 같이 수행하여, 각 사이클 후에 촉매를 자기적 특성을 이용해 분리하고 분리된 촉매의 Rh6G 분해 활성을 시험하였다. 도 21에 나타난 바와 같이, Rh6G 분해 반응을 10회 수행한 후에도 촉매는 Rh6G를 ~90%까지 분해할 수 있었다.Recyclability of PEG-Pt@ conc -Fe 3 O 4 was performed in the same manner as in Reference Example 14. After each cycle, the catalyst was separated using magnetic properties and the Rh6G decomposition activity of the separated catalyst was tested. As shown in FIG. 21 , even after performing the Rh6G decomposition reaction 10 times, the catalyst was able to decompose Rh6G by ~90%.

Claims (23)

(1) 유기물질로 캡핑된 산화철 나노큐브를 포함하는 마이크로에멀전에 암모니아 수용액과 실리카 전구체를 추가하여 실리카 졸-겔 반응을 수행하여, 산화철 나노큐브와 이를 둘러싼 실리카 껍질을 포함하는 나노입자를 제조하는 단계;
(2) 상기 (1) 단계에서 얻어진 나노입자를 산화적 조건에서 400℃ 이상 내지 800℃ 미만의 온도로 열처리하여, 나노입자의 산화철 나노큐브에 캡핑된 유기물질을 제거하는 단계;
(3) 상기 (2) 단계에서 얻어진 나노입자를 환원적 조건에서 400℃ 이상 내지 500℃ 미만의 온도로 열처리하여, 나노입자에 포함된 나노큐브의 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 나노입자를 제조하는 단계; 및
(4) 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자를 염기성 수용액으로 처리하여 실리카 껍질을 제거하여, 외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브를 얻는 단계를 포함하는,
외부 일면에 내부로 오목한 형태의 개방 동공을 갖는 산화철 나노큐브의 제조방법.
(1) performing a silica sol-gel reaction by adding an aqueous ammonia solution and a silica precursor to a microemulsion containing iron oxide nanocubes capped with an organic material, to prepare nanoparticles comprising iron oxide nanocubes and a silica shell surrounding them step;
(2) heat-treating the nanoparticles obtained in step (1) at a temperature of 400° C. to less than 800° C. under oxidative conditions, thereby removing the organic material capped on the iron oxide nanocubes of the nanoparticles;
(3) by heat-treating the nanoparticles obtained in step (2) at a temperature of 400° C. or higher to less than 500° C. under reducing conditions, having an open cavity in the form of concave inward on the outer surface of the nanocube contained in the nanoparticles preparing nanoparticles; and
(4) treating the nanoparticles obtained in step (3) with a basic aqueous solution to remove the silica shell to obtain an iron oxide nanocube having an open pore concave inwardly on the outer surface,
A method for manufacturing an iron oxide nanocube having an open cavity concave inwardly on an external surface.
제1항에 있어서, 상기 유기물질은 C4 내지 C30을 포함하는 지방산, C4 내지 C30을 포함하는 지방족 알코올, 및 C4 내지 C30을 포함하는 지방족 아민으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 제조방법.The method of claim 1, wherein the organic material is one selected from the group consisting of an aliphatic amine containing a C 4 to aliphatic alcohols, and C 4 to C 30, including fatty acids, C 4 to C 30 comprising a C 30 The above, the manufacturing method. 제2항에 있어서, 상기 C4 내지 C30을 포함하는 지방산은 라우린산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 리놀레산(linoleic acid), 스테아린산(stearic acid), 올레산(oleic acid), 및 팔미트산(palmitic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 제조방법.According to claim 2, wherein the C 4 to C 30 fatty acid containing lauric acid (lauric acid), myristic acid (myristic acid), linoleic acid (linoleic acid), stearic acid (stearic acid), oleic acid (oleic acid) , and at least one selected from the group consisting of palmitic acid, a manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 산화철 나노큐브는 마그네타이트(magnetite; Fe3O4), 마그헤마이트(maghemite; γ-Fe2O3), 또는 이들의 조합을 포함하는, 제조방법. According to claim 1, wherein the iron oxide nanocubes magnetite (magnetite; Fe 3 O 4 ), maghemite (maghemite; γ-Fe 2 O 3 ), or a combination thereof, the manufacturing method comprising. 제1항에 있어서, 상기 (1) 단계에서 얻어진 나노입자에서 실리카 껍질과 산화철 나노큐브는 물리적으로 접촉되어 실리카 껍질과 산화철 나노큐브 사이에 빈 공간을 형성하지 않는 것인, 제조방법.The method according to claim 1, wherein the silica shell and the iron oxide nanocubes in the nanoparticles obtained in step (1) are in physical contact so as not to form an empty space between the silica shell and the iron oxide nanocubes. 제1항에 있어서, 상기 산화적 조건은 산소 10몰% 이상을 포함하는 혼합기체를 사용하는 조건인, 제조방법. The method according to claim 1, wherein the oxidative condition is a condition of using a mixed gas containing 10 mol% or more of oxygen. 제1항에 있어서, 상기 (2) 단계에서 얻어진 나노입자에서 산화철 나노큐브는 마그헤마이트(maghemite; γ-Fe2O3)를 포함하는, 제조방법.The method according to claim 1, wherein the iron oxide nanocubes in the nanoparticles obtained in step (2) include maghemite (γ-Fe 2 O 3 ). 제1항에 있어서, 상기 환원적 조건은 수소 기체(H2), 또는 수소 1몰% 이상을 포함하는 혼합기체를 사용하는 조건인, 제조방법.The method of claim 1, wherein the reducing condition is hydrogen gas (H 2 ), or a condition using a mixed gas containing 1 mol% or more of hydrogen. 제1항에 있어서, 상기 환원적 조건에서 열처리는 20분 내지 24시간 동안 수행하는 것인, 제조방법.The method according to claim 1, wherein the heat treatment under the reducing conditions is performed for 20 minutes to 24 hours. 제1항에 있어서, 상기 (4) 단계에서 얻어진 나노큐브에서 개방 동공의 직경은 10 내지 15nm인, 제조방법.The method according to claim 1, wherein the diameter of the open pores in the nanocube obtained in step (4) is 10 to 15 nm. 제1항에 있어서, 상기 (4) 단계에서 얻어진 나노큐브는 평균 대각선 길이가 20 내지 45nm인, 제조방법.The method according to claim 1, wherein the nanocubes obtained in step (4) have an average diagonal length of 20 to 45 nm. 제1항에 있어서, 상기 (4) 단계에서 얻어진 나노큐브는 마그네타이트(magnetite; Fe3O4)를 포함하는, 제조방법.According to claim 1, The nanocube obtained in step (4) is magnetite (magnetite; Fe 3 O 4 ), including a manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에, 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자를 산화적 조건에서 400℃ 이상 내지 800℃ 미만의 온도로 열처리하여, 동공 구조를 갖지 않는 나노입자로 전환하는 단계를 수행한 후에, 상기 동공 구조를 갖지 않는 나노입자를 환원적 조건에서 400℃ 이상 내지 500℃ 미만의 온도로 열처리하여 상기 (3) 단계에서 얻어진 나노입자와 동일한 구조의 나노입자를 제조하는 단계를 추가로 포함하는, 제조방법.The method according to claim 1, wherein, between steps (3) and (4), the nanoparticles obtained in step (3) are heat-treated at a temperature of 400° C. or higher to less than 800° C. under oxidative conditions to have a pore structure. After performing the step of converting to nanoparticles that do not have the same structure as the nanoparticles obtained in step (3) by heat-treating the nanoparticles without the pore structure at a temperature of 400° C. or higher to less than 500° C. under reducing conditions Further comprising the step of preparing nanoparticles, the manufacturing method. 제1항에 있어서, (5) 상기 (4) 단계에서 얻어진 산화철 나노큐브를 환원제, 및 귀금속 전구체를 포함하는 수용액에 처리하여, 나노큐브의 개방 동공 오목면에 귀금속 나노결정을 제조하는 단계를 추가로 포함하는, 제조방법. The method according to claim 1, wherein (5) treating the iron oxide nanocubes obtained in step (4) with an aqueous solution containing a reducing agent and a noble metal precursor to prepare noble metal nanocrystals on the concave surfaces of the open pores of the nanocubes. Including, a manufacturing method. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되고, 외부 일면에 내부로 오목한 형태이고 10 내지 15nm의 직경을 갖는 개방 동공을 포함하는, 산화철 나노큐브.15. The iron oxide nanocube manufactured by the method of any one of claims 1 to 14, comprising an open pore having an inwardly concave shape on an outer surface and having a diameter of 10 to 15 nm. 제15항에 있어서, 상기 산화철 나노큐브는 마그네타이트(magnetite; Fe3O4)를 포함하는, 산화철 나노큐브.The iron oxide nanocube of claim 15 , wherein the iron oxide nanocube comprises magnetite (Fe 3 O 4 ). 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되고, 외부 일면에 내부로 오목한 형태이고 10 내지 15nm의 직경을 갖는 개방 동공을 포함하는, 산화철 나노큐브, 및 상기 산화철 나노큐브의 개방 동공에 형성된 귀금속 나노결정을 포함하는, 펜톤산화 처리용 촉매.15. The method of any one of claims 1 to 14, wherein the iron oxide nanocube, which is in the form of an inwardly concave shape on the outer surface and includes an open cavity having a diameter of 10 to 15 nm, and the open cavity of the iron oxide nanocube A catalyst for Fenton oxidation, comprising the formed noble metal nanocrystals. 제17항에 있어서, 상기 귀금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 은(Ag), 루테늄(Ru), 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종인, 펜톤산화 처리용 촉매.The method according to claim 17, wherein the noble metal is one selected from the group consisting of platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), silver (Ag), ruthenium (Ru), and alloys thereof. , a catalyst for Fenton oxidation treatment. 제17항에 있어서, 상기 귀금속 나노결정의 직경은 1 내지 7nm인, 펜톤산화 처리용 촉매.The catalyst according to claim 17, wherein the diameter of the noble metal nanocrystals is 1 to 7 nm. 제17항에 있어서, 상기 촉매에 포함된 귀금속 나노결정이 과산화수소(H2O2)의 존재 하에서 산소(O2)를 방출하여, 상기 촉매는 일 방향으로 이동할 수 있는 것인, 펜톤산화 처리용 촉매.The method of claim 17, wherein the noble metal nanocrystals contained in the catalyst release oxygen (O 2 ) in the presence of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), so that the catalyst can move in one direction, for Fenton oxidation treatment catalyst. 오염물질을 포함하는 폐수에 과산화수소(H2O2), 및 제17항의 펜톤산화 처리용 촉매를 투입하여 펜톤산화 반응에 의해 발생한 수산화 라디칼에 의해 오염물질이 분해되는 단계를 포함하는, 수중 오염물질의 분해방법. Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and the catalyst for the Fenton oxidation treatment of claim 17 are added to wastewater containing pollutants, and pollutants are decomposed by hydroxyl radicals generated by the Fenton oxidation reaction. Contaminants in water decomposition method. 제21항에 있어서, 상기 오염물질은 난분해성 유기물인, 수중 오염물질의 분해방법.The method of claim 21, wherein the pollutant is a difficult-to-decompose organic material. 제22항에 있어서, 상기 난분해성 유기물은 방향족 벤젠고리 화합물, 또는 할로겐화 유기 화합물을 포함하는, 수중 오염물질의 분해방법.The method of claim 22, wherein the hardly decomposable organic material comprises an aromatic benzene ring compound or a halogenated organic compound.
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