Graphene is two dimensional materials which contains unlimited number of honeycomb lattice of $sp^2$ hybridized carbon. Inspiring of their unique mechanical and electrical properties, graphene has been emerged as a next generation materials. However, its one-atomic thickness and high chemical stability limit its process and manufacture for industrial application. In this thesis, assembly of graphene based 2 dimensional nanomaterial has been studied for multipurpose. Graphene oxide, a chemically modified graphene was mainly used for building block. Its liquid crystalline property was exploited for directionally ordered polymer composite and mechanically strong and conductive fiber. After then, those graphene based materials were utilized for application on electrochemical catalysis. First, I observed selective doping effect on small and large graphene oxide obtained from liquid crystal phase separation process, and their catalytic activity on oxygen reduction reaction were investigated. Second, hydrogen evolution catalyst with low electrical conductivity was uniformly deposited on the graphene fiber and we studied improved hydrogen evolution reaction activity through synergistic effect of the hybrid catalyst.
그래핀은 $sp^2$ 공유결합을 이루고 있는 탄소가 무한한 벌집구조를 이루고 있는 2차원 물질로 우수한 물리적, 전기적 성질로 인해 차세대 소재로 각광 받고 있다. 하지만 원자 하나 크기의 두께와 화학적으로 안정한 특성 때문에 다양한 방면에 응용하기 위한 가공단계에서의 한계를 보이고 있다. 본 연구에서는 액정 성질을 이용하여 그래핀 기반 2차원 나노물질을 쓰임에 맞게 조립하는 연구를 진행하였다. 화학적으로 개질 된 그래핀의 대표적인 물질인 그래핀 옥사이드의 액정 성질을 규명하고 이들의 배향성을 조절함으로써 복합체, 그리고 액정 섬유로서의 조립에 관한 연구를 진행하였다. 또한, 액정 특성을 이용하여 조립된 그래핀 기반 물질들의 전기화학적인 촉매로서의 응용가능성을 연구하였다. 먼저, 액정특성을 이용하여 크기를 구분한 그래핀 옥사이드의 선택적인 질소도핑효과를 관찰하고 이들의 산화환원 반응의 촉매로서의 특성을 분석하였다. 두번째로는 그래핀 액정 섬유에 전기적 특성이 낮은 수소생성반응 촉매를 일정하게 코팅하여 복합섬유를 제작함으로써 그래핀 액정섬유의 촉매 담지체로서의 우수한 성능을 보고하였다.
