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문제 정의
- 본 연구에서는 기존 연구와는 다르게 보다 넓은 band gap을 가지는 Sn 성분을 TiO2골격 에 삽입하여 최외각 밴드에서 전도대로 여기된 전자와홀 간의 재결합 시간을 연장시킴으로써 최외각 밴드에서 발생하는 OH 라디칼을 증가시켜 광촉매 성능을 장시 간 유지 시 키 고자 하였다.
- 본 연구에서는 기존 연구와는 다르게 보다 넓은 band gap을 가지는 Sn 성분을 TiO』골격 에 삽입하여 최외각 밴드에서 전도대로 여기된 전자와홀 간의 재결합 시간을 연장시킴으로써 최외각 밴드에서 발생하는 OH 라디칼을 증가시켜 광촉매 성능을 장시 간 유지 시 키 고자 하였다. 촉매 합성 은 고온고압기 를 사용하여 solvothermal 법으로 Sn 원소를 티타니아 골격에 삽입하여 Sn-TiO2나노 광촉매를 제조하였고 수상 부유 톨루엔[11] 분해 반응을 수행하였다.
제안 방법
- 365 nm 파장의 UV-lamp (6 W/cnf, 3개) 광을 조사하였고, 200 mUmin 속도로 산소를 공급하였으며, 30분 마다 반응기에 남아있는 수중 부유 톨루엔 농도를 UV-visible spectrometer를 이용하여 즉정하였다.
- Figure 2와 같이 연구실에서 직접 제작한 액상 광반응기를 이용하여 수중 부유 톨루엔 500 ppm에 대해 광분해성능을 평가하였다. 365 nm 파장의 UV-lamp (6 W/㎠, 3개) 광을 조사 하였고, 200 mUmin 속도로 산소를 공급하였으며, 30분마다 반응기에 남아있는 수중 부유 톨루엔 농도를 UV-visible spectrometer를 이용하여 측정하였다.
- Figure 2와 같이 연구실에서 직접 제작한 액상 광반응기를 이용하여 수중 부유 톨루엔 500 ppm에 대해 광분해성능을 평가하였다. 365 nm 파장의 UV-lamp (6 W/㎠, 3개) 광을 조사 하였고, 200 mUmin 속도로 산소를 공급하였으며, 30분마다 반응기에 남아있는 수중 부유 톨루엔 농도를 UV-visible spectrometer를 이용하여 측정하였다.
- Figure 2와 같이 연구실에서 직접 제작한 액상 광반응기를 이용하여 수중 부유 톨루엔 500 ppm에 대해 광분해성능을 평가하였다. 365 nm 파장의 UV-lamp (6 W/㎠, 3개) 광을 조사 하였고, 200 mUmin 속도로 산소를 공급하였으며, 30분마다 반응기에 남아있는 수중 부유 톨루엔 농도를 UV-visible spectrometer를 이용하여 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 톨루엔의 기상분해반응을 수행하지 않고 액상반응기를 이용하여 수용액 상에서 수중 부유 톨루엔 분해반응을 수행하였으며 UV-visible 분광기로 반응 전후의 농도를 측정하기 위해 샘플링 한 시료용액은 정확한 농도 분석을 위해 다시 반응기내로 첨가하였다.
- 나노입자의 결정구조 분석을 위해 X-ray 회절분석기(X-ray diffraction, XRD, 일본 RIGAKU D/MAX-2500)를 이용하였다. 입자의 크기와 형상은 투과전자현미경 (transmission electron microscopy, TEM, 일본 HITACHI사, S-4100)와 주사전자현미경 (scannig electon microscopy, SEM, 일본 HITACHI H-7600)으로 관찰하였고, 자외선-가시선분광광도계(UV-vis spectroscopy, Varian Cary 500)와 발광 분광계 (Photoluminescence, PL)를 이용하여 광흡수 특성과 수중 부유 톨루엔 광분해 성능을 평가하였다.
- 나노입자의 결정구조 분석을 위해 X-ray 회절분석기(X-ray diffraction, XRD, 일본 RIGAKU D/MAX-2500)를 이용하였다. 입자의 크기와 형상은 투과전자현미경 (transmission electron microscopy, TEM, 일본 HITACHI사, S-4100)와 주사전자현미경 (scannig electon microscopy, SEM, 일본 HITACHI H-7600)으로 관찰하였고, 자외선-가시선분광광도계(UV-vis spectroscopy, Varian Cary 500)와 발광 분광계 (Photoluminescence, PL)를 이용하여 광흡수 특성과 수중 부유 톨루엔 광분해 성능을 평가하였다.
- 제조된 Sn-TiO2나노입자의 결정구조 분석을 위해 X-ray 회절분석기(X-ray diffraction, XRD, 일본 RIGAKU D/MAX-2500)를 이용하였다. 입자의 크기와 형상은 투과전자현미경 (transmission electron microscopy, TEM, 일본 HITACHI사, S-4100)와 주사전자현미경 (scannig electon microscopy, SEM, 일본 HITACHI H-7600)으로 관찰하였고, 자외선-가시선분광광도계(UV-vis spectroscopy, Varian Cary 500)와 발광 분광계 (Photoluminescence, PL)를 이용하여 광흡수 특성과 수중 부유 톨루엔 광분해 성능을 평가하였다.
- 제조된 Sn-TiO2나노입자의 결정구조 분석을 위해 X-ray 회절분석기(X-ray diffraction, XRD, 일본 RIGAKU D/MAX-2500)를 이용하였다. 입자의 크기와 형상은 투과전자현미경 (transmission electron microscopy, TEM, 일본 HITACHI사, S-4100)와 주사전자현미경 (scannig electon microscopy, SEM, 일본 HITACHI H-7600)으로 관찰하였고, 자외선-가시선분광광도계(UV-vis spectroscopy, Varian Cary 500)와 발광 분광계 (Photoluminescence, PL)를 이용하여 광흡수 특성과 수중 부유 톨루엔 광분해 성능을 평가하였다.
- 제조한 Sn-TiO2의 물리적 특성은 X-ray 회절분석법, 투과전자현미경, 주사전자현미경, 자외선-가시선 분광광도계를 통하여 분석하였고 Sn-TiO2의 광촉매 활성은 수중 부유 톨루엔 광분해반응을 통해 확인하였으머 반응 전후의 수중 부유 톨루엔 농도는 자외선-가시선 분광광도계를 이용하여 측정하였다.
- 촉매 합성 은 고온고압기 를 사용하여 solvothermal 법으로 Sn 원소를 티타니아 골격에 삽입하여 Sn-IlOa나노 광촉매를 제조하였고 수상 부유 톨루엔[11] 분해반응을 수행하였다.
- 본 연구에서는 기존 연구와는 다르게 보다 넓은 band gap을 가지는 Sn 성분을 TiO』골격 에 삽입하여 최외각 밴드에서 전도대로 여기된 전자와홀 간의 재결합 시간을 연장시킴으로써 최외각 밴드에서 발생하는 OH 라디칼을 증가시켜 광촉매 성능을 장시 간 유지 시 키 고자 하였다. 촉매 합성 은 고온고압기 를 사용하여 solvothermal 법으로 Sn 원소를 티타니아 골격에 삽입하여 Sn-TiO2나노 광촉매를 제조하였고 수상 부유 톨루엔[11] 분해 반응을 수행하였다.
이론/모형
- Figure 1. Preparation of Sn-TiO2 using a solvothermal method.
- Figure 1. Preparation of Sn-TiO2 using a solvothermal method.
- 본 연구에서는 Solvothermal 법[12]에 의해 Sn-TiO2 촉매를 제조하였다. Figure 1과 같이 에탄올 250 ml와 증류수 2.
성능/효과
- 01 mol% Sn을 TiO2 골격에 삽입 할 때 결정크기가 작은 입자가 얻어질 것으로 예상된다. (101)면에 대해 Scherrer’s equation에 적용해 계산한 결과, TiO2, 0.01 mol% Sn-TiO2, 0.1 mol%, Sn-TiO2 1.0 mol% 일 때 23.931 nm, 20.679 nm, 22.152 nm, 25.263 nm의 입자 크기를 나타냄을 확인하였다.
- 5g)에서의 분해 시간에 따른 500 ppm의 수중 부유 톨루엔 분해성능을 나타낸 것이다. 0.01 mol% Sn-TiO2와 순수TiO2는 초기 활성은 비슷하였으나 2시간 30분의 분해 이후로는 0.01 mol% Sn-TiO2가 순수 TiO2에 비해 분해능이 개선됨을 보이고 있다. 반면 0.
- 의 TEM과 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 10-20 nm 사이의 입자크기를 가지고 있음을 알 수있으며 , 0.01 mol% Sn-TiO2< 0.1 mol% Sn-TiO2 < TiO2 <1.0 mol% Sn-TiO2 순으로 입자크기가 증가함을 보여준다. 이는 XRD 주 피크 값을 Scherrer’s equation에 적 용해 제조된입자의 크기를 계산한 결과와 경향성이 일치함을 알 수 있다.
- 의 TEM과 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 10-20 nm 사이의 입자크기를 가지고 있음을 알 수있으며 , 0.01 mol% Sn-TiO2< 0.1 mol% Sn-TiO2 < TiO2 <1.0 mol% Sn-TiO2 순으로 입자크기가 증가함을 보여준다. 이는 XRD 주 피크 값을 Scherrer’s equation에 적 용해 제조된입자의 크기를 계산한 결과와 경향성이 일치함을 알 수 있다.
- 01 mol%일 때 가장 입자크기 가 작았으며 PL 강도는 증가하여 결국 수중부유 톨루엔 분해에 대한 광활성이 우수하게 나타났다. 500 ppm의 수중 부유 톨루엔에 대해 365 nm 파장의 광원 조사 하에서 0.5g 촉매를 사용한 결과 0.01 mol% Sn-TiO2 광촉매에서는 순수 TiO2 에서 보다 분해 시간이 30분 단축되었다.
- Solvothermal 법에 의해 제조한 Sn-TiO2를 XRD로 확인한 결과 Sn 이온이 TiC)2anatase의 골격에 구조적인 결함 없이 안정하게 삽입됨을 알 수 있었다.
- Solvothermal법에 의해 제조한 Sn-TiO2를 XRD로 확인한결과 Sn 이온이 TiO2anatase의 골격에 구조적인 결함 없이 안정하게 삽입됨을 알 수 있었다. 유의 첨가 함량이 0.
- 그러나 700 ppm의 고농도일 때는 순수 TiQj가 0.01 mol% Sn-TiO2 보다 오히 려 더 우수한 분해성능을 나타내는 것으로 나타났다.
- 모든 나노입자의 PL 커브는 450 nm 파장 위치에서 나타났으며, 1.0% Sn-TiCh를 제 외 하고 0.01 mol%와 0.1 mol% Sn-TiC)2의 PL 강도는 순수 titania보다 강하고 좀 더 샤프함을 알 수 있다.
- 여기된 전자의 증가는 결국 최외각 밴드의 홀 자리를 증가시켜 홀에서 발생하는 OH라디칼을 증가시킴으로써 결국 촉매의 광 활성 능력을 증가시키게 된다. 모든 나노입자의 PL 커브는 450 nm 파장 위치에서 나타났으며, 1.0% Sn-TiO2를 제외 하고 0.01 mol%와 0.1 mol% Sn-TiO2의 PL 강도는 순수 titania보다 강하고 좀 더 샤프함을 알 수 있다.
- 일반적으로 피크의 넓이가 broad해질수록 결정체의 크기는 작아진다. 본 연구에서는 0.01 mol% Sn-TiO2에서 피크의 넓이가 broad해지고 피크강도도 감소함을 볼 수 있었다. 이 결과로 부터 0.
- 일반적으로 피크의 넓이가 broad해질수록 결정체의 크기는 작아진다. 본 연구에서는 0.01 mol% Sn-TiO2에서 피크의 넓이가 broad해지고 피크강도도 감소함을 볼 수 있었다. 이 결과로 부터 0.
- 0 mol% Sn-TiO2촉매에서는 순수 TiO2촉매보다 광분해 효율이 오히려 감소하였다. 본 연구에서는 0.01 mol% Sn-TiO2촉매가 순수TiO2촉매보다 30분 정도 분해 시간을 단축하여 가장 성능이 좋은 촉매로 판단되었고, 일정 농도 이상의 Sn이 첨가된 촉매는 오히려 활성이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 상대적으로 많은 양의 Sn이 첨가되면 TiO2의 표면을 덮어 광에 의해 여기된 전자의 수가 작아지기 때문으로 사료된다.
- 본 연구에서는 0.01 mol% Sn-TiOa촉매가 순수TiO2촉매보다 30분 정도 분해 시간을 단축하여 가장 성능이 좋은 촉매로 판단되 었고, 일정 농도 이상의 Sn이 첨가된 촉매는오히려 활성이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
- anatase의 골격에 구조적인 결함 없이 안정하게 삽입됨을 알 수 있었다. 유의 첨가 함량이 0.01 mol%일 때 가장 입자크기 가 작았으며 PL 강도는 증가하여 결국 수중부유 톨루엔 분해에 대한 광활성이 우수하게 나타났다. 500 ppm의 수중 부유 톨루엔에 대해 365 nm 파장의 광원 조사 하에서 0.
- anatase의 골격에 구조적인 결함 없이 안정하게 삽입됨을 알 수 있었다. 유의 첨가 함량이 0.01 mol%일 때 가장 입자크기 가 작았으며 PL 강도는 증가하여 결국 수중부유 톨루엔 분해에 대한 광활성이 우수하게 나타났다. 500 ppm의 수중 부유 톨루엔에 대해 365 nm 파장의 광원 조사 하에서 0.
- 01 mol% Sn-TiO2에서 피크의 넓이가 broad해지고 피크강도도 감소함을 볼 수 있었다. 이 결과로 부터 0.01 mol% Sn을 TiO2 골격에 삽입 할 때 결정크기가 작은 입자가 얻어질 것으로 예상된다. (101)면에 대해 Scherrer’s equation에 적용해 계산한 결과, TiO2, 0.
- 이 결과로 부터 0.01 mol% 아을 TiO2 골격에 삽입 할 때 결정 크기가 작은 입자가 얻어질 것으로 예상된다.
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