자가세정표면 형성을 위한 TiO2/WO3 복합체 광촉매의 합성 및 필름 형성에 관한 연구 A study on the synthesis and film fabrication of TiO2/WO3 heterostructure photocatalyst for self -cleaning surface원문보기
TiO2는 강한 산화력과 무독성, 강한 내구성 및 화학 내구성, 저렴한 가격 등의 다양한 장점을 가진 물질이다. 하지만 이러한 TiO2 기반의 광촉매는 큰 띠틈과 빠른 전자, 정공 재결합으로 인해 띠 구조의 변형이 필요하다. TiO2의 띠 구조를 바꾸기 위하여, WO3로 감광성을 높이면서 ...
TiO2는 강한 산화력과 무독성, 강한 내구성 및 화학 내구성, 저렴한 가격 등의 다양한 장점을 가진 물질이다. 하지만 이러한 TiO2 기반의 광촉매는 큰 띠틈과 빠른 전자, 정공 재결합으로 인해 띠 구조의 변형이 필요하다. TiO2의 띠 구조를 바꾸기 위하여, WO3로 감광성을 높이면서 전자 수용체로 질소와 같은 불순물을 도핑하였다. 질소가 도핑된 TiO2/WO3 복합체 필름은 높은 투과도를 보이도록 졸-겔 회전 코팅법으로 제조되었으며 질소의 확산으로 결정성이 다소 감소되는 경향을 확인할 수 있었다. 광촉매 반응은 띠 구조와 표면 상태에 직접적인 영향을 받는다. 적절하게 도핑된 질소 원소는 TiO2/WO3 복합체의 광촉매 반응을 향상시키지만, 과하게 도핑된 질소 원소는 중간에 띠 구조가 새로 생기며 정공 트랩 역할을 하여 오히려 광촉매 반응을 저해하는 것으로 나타났다. 그러므로 적절한 양의 도핑 원소를 사용하는 것은 광촉매의 반응성을 향상시키는 데 있어 반드시 고려되어야 한다. 추가적으로 가장 효과적인 복합체 TiO2 구조를 형성하기 위하여 세 가지의 TiO2 전구체를 사용하여 TiO2/WO3 복합체를 만들었다. 각 전구체를 사용할 때에도 TiO2/WO3 복합체 필름은 여전히 높은 투과도를 보였다. Ti-O-W 결합의 생성도는 steric hindrance 효과가 작아 WO3의 결합에너지와 TiO2의 결합 에너지가 비슷할 때 더 높았으며, 이 때의 WO3 입자는 TiO2 바탕에 뿌려진 형태로 관측되었으며 이로 인하여 TiO2 의 결정 성장이 방해받는 것이 관측되었다. 높은 Ti-O-W 분율을 가진 샘플이 가장 높은 광분해 효율을 보였다. 따라서 적절한 전구체의 선택은 높은 광분해 효율을 가진 복합체 필름을 만들 수 있다는 것을 알 수 있다. 가시광 감응성을 높이고 전자/정공의 재결합을 줄이는, 적절하게 도핑된 질소와 전구체의 선택은 광촉매 반응을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.
TiO2는 강한 산화력과 무독성, 강한 내구성 및 화학 내구성, 저렴한 가격 등의 다양한 장점을 가진 물질이다. 하지만 이러한 TiO2 기반의 광촉매는 큰 띠틈과 빠른 전자, 정공 재결합으로 인해 띠 구조의 변형이 필요하다. TiO2의 띠 구조를 바꾸기 위하여, WO3로 감광성을 높이면서 전자 수용체로 질소와 같은 불순물을 도핑하였다. 질소가 도핑된 TiO2/WO3 복합체 필름은 높은 투과도를 보이도록 졸-겔 회전 코팅법으로 제조되었으며 질소의 확산으로 결정성이 다소 감소되는 경향을 확인할 수 있었다. 광촉매 반응은 띠 구조와 표면 상태에 직접적인 영향을 받는다. 적절하게 도핑된 질소 원소는 TiO2/WO3 복합체의 광촉매 반응을 향상시키지만, 과하게 도핑된 질소 원소는 중간에 띠 구조가 새로 생기며 정공 트랩 역할을 하여 오히려 광촉매 반응을 저해하는 것으로 나타났다. 그러므로 적절한 양의 도핑 원소를 사용하는 것은 광촉매의 반응성을 향상시키는 데 있어 반드시 고려되어야 한다. 추가적으로 가장 효과적인 복합체 TiO2 구조를 형성하기 위하여 세 가지의 TiO2 전구체를 사용하여 TiO2/WO3 복합체를 만들었다. 각 전구체를 사용할 때에도 TiO2/WO3 복합체 필름은 여전히 높은 투과도를 보였다. Ti-O-W 결합의 생성도는 steric hindrance 효과가 작아 WO3의 결합에너지와 TiO2의 결합 에너지가 비슷할 때 더 높았으며, 이 때의 WO3 입자는 TiO2 바탕에 뿌려진 형태로 관측되었으며 이로 인하여 TiO2 의 결정 성장이 방해받는 것이 관측되었다. 높은 Ti-O-W 분율을 가진 샘플이 가장 높은 광분해 효율을 보였다. 따라서 적절한 전구체의 선택은 높은 광분해 효율을 가진 복합체 필름을 만들 수 있다는 것을 알 수 있다. 가시광 감응성을 높이고 전자/정공의 재결합을 줄이는, 적절하게 도핑된 질소와 전구체의 선택은 광촉매 반응을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.
TiO2 is fascinating material for photocatalyst because of its high oxidation ability, non-toxicity, long-term stability, chemical durability, and reasonable price. But this TiO2-based photocatalyst should be used by modifying the band structure owing its large band gap (~3.2 eV) and fast recombinati...
TiO2 is fascinating material for photocatalyst because of its high oxidation ability, non-toxicity, long-term stability, chemical durability, and reasonable price. But this TiO2-based photocatalyst should be used by modifying the band structure owing its large band gap (~3.2 eV) and fast recombination of electron–hole pairs. In order to modify the TiO2 base structure, WO3 component is used as the sensitizer and electron accepting species with additional dopant materials like nitrogen. Nitrogen-doped TiO2/WO3 composite film with high transmittance was successfully synthesized by the sol–gel spin coating method, and the nitrogen doping changes the base crystal sizes by the diffusion of nitrogen atoms into the base lattice. Photocatalytic activity is directly related to the energy band structure and surface morphology of materials. Optimally doped nitrogen atoms improve the photocatalytic activity of the TiO2/WO3 base materials, but overly doped nitrogen reduces the activity because of the electron hole recombination in the localized band state. Therefore, it is important to use the optimum amount of dopant species to improve the photocatalytic activity of the composite photocatalysts. Furthermore, in order to investigate the most effective molecular structures for heterojunction formation, the three types of TiO2 precursors were used to make TiO2/WO3 heterojunction. The TiO2/WO3 composite films with high transmittance were also successfully fabricated by the sol–gel spin coating method. Formation of Ti–O–W linkage was preferable from the precursor with small steric hindrance, and it was confirmed with the well scattered WO3 components in TiO2 crystal matrix and also with reduced TiO2 crystal size. High portion of Ti–O–W bond resulted in the most effective photocatalytic activity. Therefore, it is important to use a proper precursor to improve photodecomposition efficiency in manufacturing the heterostructured photocatalysts. In summary, improved photocatalytic effect can be obtained with properly doped nitrogen and suitable precursor selection which result to increase visible light sensitivity and reduce the recombination of electron/hole pair.
TiO2 is fascinating material for photocatalyst because of its high oxidation ability, non-toxicity, long-term stability, chemical durability, and reasonable price. But this TiO2-based photocatalyst should be used by modifying the band structure owing its large band gap (~3.2 eV) and fast recombination of electron–hole pairs. In order to modify the TiO2 base structure, WO3 component is used as the sensitizer and electron accepting species with additional dopant materials like nitrogen. Nitrogen-doped TiO2/WO3 composite film with high transmittance was successfully synthesized by the sol–gel spin coating method, and the nitrogen doping changes the base crystal sizes by the diffusion of nitrogen atoms into the base lattice. Photocatalytic activity is directly related to the energy band structure and surface morphology of materials. Optimally doped nitrogen atoms improve the photocatalytic activity of the TiO2/WO3 base materials, but overly doped nitrogen reduces the activity because of the electron hole recombination in the localized band state. Therefore, it is important to use the optimum amount of dopant species to improve the photocatalytic activity of the composite photocatalysts. Furthermore, in order to investigate the most effective molecular structures for heterojunction formation, the three types of TiO2 precursors were used to make TiO2/WO3 heterojunction. The TiO2/WO3 composite films with high transmittance were also successfully fabricated by the sol–gel spin coating method. Formation of Ti–O–W linkage was preferable from the precursor with small steric hindrance, and it was confirmed with the well scattered WO3 components in TiO2 crystal matrix and also with reduced TiO2 crystal size. High portion of Ti–O–W bond resulted in the most effective photocatalytic activity. Therefore, it is important to use a proper precursor to improve photodecomposition efficiency in manufacturing the heterostructured photocatalysts. In summary, improved photocatalytic effect can be obtained with properly doped nitrogen and suitable precursor selection which result to increase visible light sensitivity and reduce the recombination of electron/hole pair.
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