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적어도 하나의 황 원소가 도핑된 다공성 탄소 소재; 및1 이상의 전이금속을 함유하는 적어도 하나의 촉매;를 포함하고,상기 촉매는 상기 적어도 하나의 황 원소가 도핑된 다공성 탄소 소재의 외부 표면 및 기공 내부 표면 중 어느 하나 이상에 위치하는 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서,상기 촉매에 함유되는 전이금속과 상기 다공성 탄소 소재에 도핑된 적어도 하나의 황 원소 간의 최인접 원자간 거리는 10 nm 이하인 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서,상기 촉매에 함유되는 전이금속과 상기 다공성 탄소 소재에 도핑된 적어도 하나의 황 원소 간의 최인접 원자간 거리는 2 nm 이하인 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서,상기 탄소 복합체가 200 m2/g 이상의 BET 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서,상기 촉매는 상기 전이금속 및 상기 전이금속과 리간드를 이루는 적어도 하나의 비금속 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서,상기 촉매는 상기 전이금속; 상기 전이금속과 리간드를 이루는 적어도 하나의 비금속 원소; 및 유기 지지체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서,상기 촉매는 1 이상의 전이금속을 함유하는 단일 원자 촉매(single atom catalyst)를 포함하는 것이며,상기 1 이상의 전이금속이 상기 탄소 복합체 내에서 단일원자 크기로 분산된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서,상기 촉매에 포함된 2 이상의 전이금속 간의 금속 결합을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서,상기 촉매는 1 이상의 전이금속을 함유하는 입자를 포함하고,상기 입자의 평균 크기(D50)가 상기 전이금속을 구성하는 단일원자의 직경의 1배 내지 30 nm인 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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10
청구항 1에 있어서,상기 촉매는 1 이상의 전이금속을 함유하는 입자를 포함하고,상기 입자의 평균 직경(D50)이 상기 전이금속을 구성하는 단일원자의 직경의 1배 내지 5배인 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서,상기 전이금속은, 아연(Zn), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 테크네튬(Tc), 루비듐(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 란타넘(La), 하프늄(Hf), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 세륨(Ce), 갈라듐(Gd), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga), 인듐(In) 또는 이들 중 2종 이상인 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서,상기 전이금속은 철(Fe)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 1에 있어서, 상기 전이금속은 철(Fe)을 포함하고,상기 탄소 복합체에 포함되는 철의 직경(D50)은 0
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청구항 1에 있어서,상기 촉매에 함유되는 1 이상의 전이금속 대비 상기 다공성 탄소 소재에 도핑된 황 원소의 몰비가 0
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15
청구항 1에 있어서,상기 적어도 하나의 황 원소는, 황 원자 또는 황 화합물의 형태로 도핑된 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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16
청구항 1에 있어서,상기 적어도 하나의 황 원소가 도핑된 다공성 탄소 소재는 구조 내에 하기 식 1에 따른 제1 구조 및 하기 식 2에 따른 제2 구조 중 1 이상의 구조를 포함하며,상기 제1 구조 및 제2 구조의 비율이 제1 구조/제2 구조의 몰비로서 1 이하인 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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청구항 16에 있어서,상기 제1 구조/제2 구조의 몰비는 0
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청구항 1에 있어서,상기 탄소 복합체의 전체 기공 중에서 기공 직경이 10 nm 미만인 기공의 수를 N(nano)라고 하고, 기공 직경이 10 nm 이상인 기공의 수를 N(macro)라고 할 때,상기 N(nano)에 대한 N(macro)의 비율[N(macro)/N(nano)]이 1 이상인 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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19
청구항 1에 있어서,상기 다공성 탄소 소재의 라만 피크 강도비(IG/ID 비율)가 1 이하인 것을 특징으로 하는 탄소 복합체
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20
(S1) 다공성 탄소 소재 내 적어도 하나의 황 원소를 도핑하는 단계; 및(S2) 전이금속 함유 전구체 용액에 상기 (S1) 단계의 결과물을 함침시킨 후 용매를 제거하는 단계;를 포함하고,상기 (S1) 단계는 황 도핑 전구체 및 상기 다공성 탄소 소재가 접촉된 상태에서 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 1의 탄소 복합체의 제조방법
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청구항 20에 있어서,상기 열처리는 800℃ 내지 1,000℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소 복합체의 제조방법
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청구항 20에 있어서,상기 황 도핑 전구체는, 디벤질디설파이드(DBDS, dibenzyldisulfide), 아이중황산나트륨(Na2S2O5, sodium metabisulfite), 피로황산나트륨(Na2S2O7, sodium pyrosulfate), 티오황산나트륨(Na2S2O3, sodium thiosulfate), 티오우레아(CH4N2S, thiourea), 황화 나트륨(Na2S, sodium sulfide), 티오시안산칼륨(KSCN, potassium thiocyanate), 벤질 메르캅탄(C7H8S, benzyl mercaptan), 벤조티오펜(C8H6S, benzylthiophene), 디벤조티오펜(C12H8S, dibenzohiophene) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 복합체의 제조방법
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23
청구항 20에 있어서,상기 (S2) 단계의 전이금속 함유 전구체 용액은,유기 용매;비금속 원소의 전구체 화합물; 및전이금속의 전구체 화합물; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 복합체의 제조방법
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24
청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 따른 탄소 복합체; 및 황 계열 화합물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질
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청구항 24에 따른 양극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극
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양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하고,상기 양극은 청구항 25에 따른 양극을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬황 전지
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황 계열 화합물을 포함하는 양극활물질, 및 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 따른 탄소 복합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 양극
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28
양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하고,상기 양극은 청구항 27에 따른 양극인 것을 특징으로 하는 리튬황 전지
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양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하고,상기 양극 및 음극 중 적어도 하나의 전극은 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 따른 탄소 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지
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