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오늘날, 인구 증가 및 산업 발전으로 인해 다양한 환경오염 물질의 배출량이 증가하여 이 문제를 해결하기위한 많은 연구가 진행되고 있다. 오염 물질을 처리하는 방법은 일반적으로 물리적, 화학적, 생물학적 처리방법으로 구분된다. 이 중에서도 화학적 방법인 TiO2(티타늄 옥사이드) ...

오늘날, 인구 증가 및 산업 발전으로 인해 다양한 환경오염 물질의 배출량이 증가하여 이 문제를 해결하기위한 많은 연구가 진행되고 있다. 오염 물질을 처리하는 방법은 일반적으로 물리적, 화학적, 생물학적 처리방법으로 구분된다. 이 중에서도 화학적 방법인 TiO2(티타늄 옥사이드) 광촉매를 이용하는 것은 강력한 산화력, 무독성, 장기간 안정성 및 저렴한 가격과 같은 많은 이점 때문에 환경오염을 정화하는 분야에서 가장 각광받고 있다. 하지만 TiO2의 전자, 정공의 높은 재결합율과 큰 밴드갭 에너지(Band gap energy)는 광촉매 효율을 제한한다. 이러한 한계를 극복하기 위해 도핑, 비표면적의 증가 및 커플링(Coupling)과 같은 많은 방법이 연구되었다. 이 방법들 중에서 두 개 이상의 서로 다른 종류의 반도체를 결합시키는 커플링 방법은 여기 된 전자를 전도대가 낮은 반도체로 이동시킴으로써 TiO2 내에서 전자, 정공 쌍을 분리하여 재결합율을 낮추기 위해 널리 연구되어왔다. 특히, anatase TiO2와 rutile TiO2를 커플링시키는 방법은 어떤 단점도없이 쉽게 광촉매 성능을 향상시킬 수 있어 이 두 상을 커플링시키는 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만 anatase TiO2와 rutile TiO2 사이의 소결 및 계면의 넓이에 대한 연구는 전무한 실정이다.
본 연구에서는 계면활성제(Surfactant)를 사용하여 rutile TiO2 분말에 anatase TiO2 입자를 커플링시켰다. 이 때 계면활성제는 anatase TiO2 입자를 rutile TiO2 분말의 표면에 균일하게 분산시키는 데 사용된다. Rutile TiO2는 일반적으로 소수성을 띄기 때문에 혼합 공정에서 계면 활성제의 소수성 부분이 rutile TiO2의 표면을 둘러싼다. 이후, NH4OH가 용액에 첨가 될 때, 이들 계면 활성제의 친수성 부분은 비정질 TiO(OH)2 입자가 석출되는 시발점(Seed)으로서의 역할을 한다. 석출된 비정질 TiO(OH)2 입자는 500 ℃에서 5 시간 동안 열처리하여 anatase TiO2로 결정화시켰다.
제조된 rutile-anatase coupled TiO2 분말은 XRD와 RIR 방법을 통해 상과 상의 비율을 분석하였고, FE-SEM 분석을 통해 입자의 크기를 분석하였다. 계면활성제의 양에 따른 rutie-anatase TiO2 분말의 광촉매 효율은 UV-vis spectroscopy을 통해 분석하였다. 365 nm 이하의 파장을 갖는 자외선을 조사하며 rutile-anatase coupled TiO2 분말이 메틸렌블루 용액을 광분해하는 효과를 본 결과 계면활성제를 1 ~ 1.5 g 사용하여 제조한 분말이 가장 뛰어난 광촉매 효율을 나타내었다. 이 같은 결과는 rutile TiO2 표면에 anatase TiO2가 균일하게 분포하여 전자의 교환이 원활이 일어났기 때문으로 판단된다.

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