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나노입자 촉매들을 내부 중공 구조 속에 포함하는 다공성 금속유기구조체가 내부 및 표면에 포함된 복합 나노섬유의 열처리 과정을 통해 상기 나노입자 촉매를 포함하는 제1 금속산화물 기반 이종촉매들이 제2금속산화물 나노튜브의 표면에 결착되어 기능화되는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브
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제1항에 있어서,상기 제2 금속산화물 나노튜브는, 상기 나노입자를 포함하는 금속유기구조체, 금속산화물 전구체 및 고분자를 포함하는 복합 나노섬유에 대한 고온 열처리 과정을 통해, 상기 금속유기구조체가 포함하는 유기물 리간드와 상기 고분자가 열분해되어 제거되고, 상기 금속유기구조체가 포함하는 금속이온들이 산화되어 형성된 나노입자 촉매를 포함하는 제1금속산화물 기반 이종촉매들을 포함하며, 금속산화물 전구체가 나노섬유 외부에서부터 산화 및 결정화되면서 외부 금속산화물과 내부 금속산화물 전구체의 확산 속도 차이에 의해서 제2금속산화물 나노튜브 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브
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제1항에 있어서, 상기 금속유기구조체 내부 중공 구조 속에 포함된 나노입자 촉매의 중량 비율은 상기 제1 금속산화물 대비 0
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체는 ZIF-1, ZIF-2, ZIF-3, ZIF-4, ZIF-5, ZIF-6, ZIF-7, ZIF-8, ZIF-9, ZIF-10, ZIF-11, ZIF-12, ZIF-22, ZIF-65, ZIF-69, ZIF-71, ZIF-78, ZIF-90, ZIF-95, ZIF-9-67 및 SIM-1중에서 선택된 적어도 하나의 금속유기구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체는, 금속이온들과 유기물 리간드들이 자기결합(self-assembly)을 통해 연결하고 있는 다공성 분자체 물질로, 하나 또는 둘 이상의 촉매금속이온을 중공 속에 캡슐화 가능하고, 환원 과정을 거쳐 0
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체는, platinum(IV) chloride, platinum(II) acetate, gold(I, III) chloride, gold(III) acetate, silver chloride, silver acetate, Iron(III) chloride, Iron(III) acetate, Nickel(II) chloride, Nickel(II) acetate, Ruthenium(III) chloride, Ruthenium Acetate, Iridium(III) chloride, iridium acetate, Tantalum(V) chloride 및 Palladium(II) chloride 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속염을 포함하여 합성되는 이온이 내부에 치환되는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체의 중공 구조 내부에 포함된 나노입자 촉매는, Pt, Pd, Rh, Ru, Ni, Co, Cr, Ir, Au, Ag, Zn, W, Sn, Sr, In, Pb, Fe, Cu, V, Ta, Sb, Sc, Ti, Mn, Ga 및 Ge 중에서 선택된 적어도 하나의 나노입자 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체의 중공 구조 내부에 포함된 나노입자 촉매는 열처리 후 Pt, PdO, PdO2, Rh2O3, RuO2, NiO, Co3O4, Cr2O3, IrO2, Au, Ag, ZnO, WO3, SnO2, SrO, In2O3, PbO, Fe2O3, CuO, V2O5, VO2, VO, Ta2O5, Sb2O3, Sc2O3, TiO2, MnO2, Ga2O3 및 GeO2중 적어도 하나의 나노입자 촉매로 치환되는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브
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제1항에 있어서, 상기 금속유기구조체는 내부 기공의 크기가 0
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체를 구성하는 금속이온은 열처리 후 ZnO, Fe2O3, Fe3O4, NiO, CuO, In2O3, Co3O4, NiCo2O4, ZrO2, Cr3O4, MnO2 및 MgO 중에서 선택된 하나의 금속산화물로 치환되는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체는 열처리 후 금속 내지는 금속산화물 나노입자 촉매를 포함하며, 상기 제1 금속산화물 입자들은 다공성 입자, 정사면체, 정육면체, 정팔면체, 정십이면체, 정이십면체, 중공 구(sphere) 및 중공 큐브(cube) 중 적어도 하나의 구조로 상기 제2 금속산화물 나노튜브의 표면에 균일하게 결착되어 기능화되는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브
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제1항에 있어서,상기 제2금속산화물 나노튜브는 ZnO, SnO2, WO3, Fe2O3, Fe3O4, NiO, TiO2, CuO, In2O3, Zn2SnO4, Co3O4, PdO, LaCoO3, NiCo2O4, Ca2Mn3O8, ZrO2, Al2O3, B2O3, V2O5, Cr3O4, CeO2, Pr6O11, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Gd2O3, Tb4O7, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Yb2O3, Lu2O3, Ag2V4O11, Ag2O, Li0
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체의 금속 이온과 상기 복합 나노섬유의 금속산화물 전구체가 산화되면서 형성되는, 제1금속산화물과 제2금속산화물이 이종접합을 형성하며, n-type 금속산화물인 TiO2, ZnO, WO3, SnO2, IrO2, In2O3, V2O3, MoO3 및 p-type 금속산화물인 Ag2O, PdO, RuO2, Rh2O3, NiO, Co3O4, CuO, Fe2O3, Fe3O4, V2O5, Cr2O3, 중에서 선택된 하나의 금속산화물로 n-type/n-type, n-type/p-type, 내지는 p-type/p-type의 금속산화물 조합으로 각각 서로 다른 종의 금속산화물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브
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제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브들이 저항변화를 측정할 수 있는 센서 전극 위에 코팅되어 감지소재를 형성하는 것을 특징으로 하는 가스센서
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나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브의 제조방법에 있어서,(a) 금속이온과 유기물 리간드로 구성된 금속유기구조체를 합성하는 단계;(b) 상기 금속유기구조체의 중공 구조 내부에 나노입자 촉매를 합성하는 단계;(c) 상기 합성된 나노입자 촉매를 포함하는 금속유기구조체를 금속산화물 전구체 및 고분자가 함께 용해된 전기방사 용액에 혼합하여 나노입자 촉매가 포함된 금속유기구조체/금속산화물 전구체/고분자 복합 방사용액을 제조하는 단계;(d) 상기 복합 방사용액을 전기방사하여 나노입자 촉매가 포함된 금속유기구조체를 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 표면 또는 내부에 결착시킨 복합 나노섬유를 제조하는 단계; (e) 상기 복합 나노섬유를 고온 열처리하여 나노입자 촉매를 포함하는 제 1 금속산화물이 제 2 금속산화물 나노튜브의 표면에 균일하게 결착되어 기능화된 금속산화물 나노튜브를 제조하는 단계;(f) 상기 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브를 분산시키거나 분쇄하여, 산화물 반도체식 가스센서 측정용 센서 전극 위에 드랍 코팅, 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅 및 디스펜싱 중 적어도 하나의 코팅공정을 이용하여 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브의 제조방법
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제15항에 있어서상기 (a) 단계는,실온합성법, 수열합성법, 용매열합성법, 이온열합성법, 초음파화학합성법, 용매최소화합성법 및 기계화학합성법 중 적어도 하나의 합성 방법을 이용하여 상기 금속유기구조체를 합성하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브의 제조방법
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제15항에 있어서상기 (b) 단계는,상기 금속유기구조체의 내부에 촉매 금속염을 주입시켜 상기 나노입자 촉매를 상기 금속유기구조체의 내부에 내장시키기 위해 상기 촉매 금속염이 녹아있는 용액속에 상기 금속유기구조체를 담가두고,상기 금속유기구조체를 포함하는 용액은 0
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제15항에 있어서,상기 (b) 단계는,상기 금속유기구조체의 내부에 특정 금속이온을 치환하는 경우, 상기 특정 금속이온이 상기 금속유기구조체의 내부에 확산되도록 1시간 이상 24시간 이하의 시간범위 동안 대기하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브의 제조방법
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제15항에 있어서,상기 (b) 단계에서, 상기 금속유기구조체 내에 내장된 금속염을 환원시키기 위한 환원제는, sodium borohydride (NaBH4), lithium aluminum hydride (LiAlH4), nascent (atomic) hydrogen, zinc-mercury amalgam (Zn(Hg)), oxalic acid (C2H2O4), formic acid (HCOOH), ascorbic acid (C6H8O6), sodium amalgam, diborane 및 iron(II) sulfate 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브의 제조방법
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제15항에 있어서,상기 (e) 단계에서,10 ㅀC/분의 빠른 승온 속도로 400??800 ㅀC의 고온에서 산화 열처리를 진행함으로써, 복합 나노섬유를 구성하는 금속산화물 전구체가 외부에서부터 산화되도록 하여, 외부 금속산화물과 내부 금속이온의 확산 속도 차이에 의해서 커켄달 효과(Kirkendall effect)로 제2금속산화물 나노튜브 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나토튜브의 제조방법
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제15항에 있어서,상기 (e) 단계에서, 상기 열처리를 통해 상기 복합 나노섬유를 구성하는 고분자와 상기 금속유기구조체의 유기물 리간드가 열분해되어 제거되고, 상기 금속유기구조체의 금속이온과 상기 금속산화물 전구체가 산화와 결정화 과정을 거쳐 다결정의 제1금속산화물 및 제2금속산화물 나노튜브를 각각 형성하여, 제1금속산화물-제2금속산화물 간의 이종접합을 형성하며, n-type 금속산화물인 TiO2, ZnO, WO3, SnO2, IrO2, In2O3, V2O3, MoO3 및 p-type 금속산화물인 Ag2O, PdO, RuO2, Rh2O3, NiO, Co3O4, CuO, Fe2O3, Fe3O4, V2O5, Cr2O3, 중에서 선택된 하나의 금속산화물로 n-type/n-type, n-type/p-type, 내지는 p-type/p-type의 금속산화물 조합으로 각각 서로 다른 종의 금속산화물을 포함하여 구성될 수 있으며, 제1금속산화물에 포함되어 있는 나노입자 촉매는 나노입자 촉매는 Pt, PdO, PdO2, Rh2O3, RuO2, NiO, Co3O4, Cr2O3, IrO2, Au, Ag, ZnO, WO3, SnO2, SrO, In2O3, PbO, Fe2O3, CuO, V2O5, VO2, VO, Ta2O5, Sb2O3, Sc2O3, TiO2, MnO2, Ga2O3 및 GeO2 중에서 선택되어 구성된 것을 특징으로 하는 나노 크기의 이종촉매가 결착된 금속산화물 나노튜브의 제조방법
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