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수열합성법에 의한 산화아연의 제조와 광분해 특성
Preparation of Zinc Oxide by Hydrothermal Precipitation Method and their Photocatalytic Characterization 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.50 no.5, 2012년, pp.808 - 814  

정상구 (부경대학교 화학공학과) ,  나석은 (부경대학교 화학공학과) ,  김시영 (부경대학교 기계시스템공학과) ,  주창식 (부경대학교 화학공학과)

초록
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수열합성법을 이용하여 zinc acetate와 암모니아수$80^{\circ}C$의 고온에서 침전 반응시켜 광촉매용 산화아연 입자를 제조하였다. 암모니아수의 pH, 전구체인 zinc acetate의 농도 변화가 산화아연 입자의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 암모니아수 pH 11, zinc acetate의 농도 1.0M, 침전반응온도 $80^{\circ}C$의 조건에서 제조된 산화아연이 평균 입경 $3{\mu}m$로 가장 작았으며, SEM과 XRD 분석을 통하여 육방정계의 봉상 막대형, Anatase 형태의 산화아연이 제조됨을 확인할 수 있었다. DRS와 PL 분석을 통하여 제조된 산화아연이 200~400 nm의 자외선 영역에서 활성을 나타냄을 확인하였고, 자외선 조사 하에서 광분해 실험을 수행한 결과 산화아연은 3시간 동안 식용색소인 Brilliant blue FCF를 57%까지 분해할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Photocatalytic zinc oxide powders were prepared from precursor zinc acetate and ammonia solution at elevated temperature, $80^{\circ}C$, by hydrothermal precipitation method. The effect of operating parameters, pH of ammonia solution and concentration of zinc acetate solution, on the char...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 광분해 반응 중 일정 시간 간격으로 램프 전원을 끄고 반응기 중앙에서 현탁액 시료를 신속히 채취하고, 원심분리기(한일, MF-80)로 2,500 rpm에서 1시간 동안원심 분리한 후 상등액을취하여 UV분광기(Jasco, V-570)를 사용하여 파장 408 nm에서 Brilliant blue FCF의 잔류농도를 측정하였다. 시료를 채취한 후에는 즉시 램프의 전원을 켜 반응의 연속성을 유지하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 암모니아수의 pH, 전구체인 zinc acetate의 농도 변화가 산화아연 입자의 특성에 미치는 영향을 조사한 결과는 어떠한가? (1) 암모니아수와 zinc acetate 수용액을 이용하여 한 단계의 수열 합성 침전법으로 Anatase 형태의 봉상막대형 산화아연 입자를 제조할 수 있었다. (2) 제조되는 산화아연 입자의 크기는 암모니아 수용액의 pH가 낮을수록, zinc acetate 수용액의 농도가 높을수록 감소하였다. (3) 제조된 산화아연 입자들은 400~200 nm인 자외선 영역의 파장에서 활성을 나타내었으며, 제조 시 사용된 암모니아 수용액의 pH의 변화에는 큰 차이가 없지만, zinc acetate 수용액의 농도가 높을수록 우수한 활성을 나타내었다. (4) 제조된 산화아연 입자들은 자외선 조사 하에서 식용색소인 Brilliant blue FCF를 광분해 할 수 있었으며, 제조 수용액의 pH가 낮을 때, zinc acetate 수용액의 농도가 높을 때 우수한 분해능을 나타내었다.
산화아연이란? 나노구조 물질은 크기효과와 양자구속효과로 인하여 독특한 전기적, 광학적, 자기적 특성을 나타내므로 반도체 소자에 응용하기 위한 폭넓은 연구가 진행되고 있다. 그 중에서도 산화아연은 2~4족 화합물 반도체로 6방정계의 결정구조를 가지며, 비저항이 결정성장 조건에 따라 폭넓게 변하는 전형적인 n-type형 반도체이다. 그리고 넓은 밴드갭(3.
나노 구조체 합성 방법에는 어떤 것들이 있는가? 나노 구조체는 열증착법(thermal evaporation method)[6], 기상액상-고상법(vapor-liquid-solid method)[7], 기상이송법(vapor transport method) [8], 펄스 레이저 증착법(pulsed laser deposition method)[9], 화학기상증착법(chemical vapor deposition method)[10], 유기금속 기체 성장법(metalorganic vapor-phase epitaxial growth method)[11], 수열합성법(hydrothermal method) [12] 등 다양한 방법으로 합성되고 있다. 이런 다양한 합성법 중에서 수열합성법은 비교적 저온에서 간단하고 쉽게 1차원 나노구조체를 합성할 수 있기 때문에 산업에서의 응용 가능성이 매우 높아 나노 구조체의 합성에 많이 활용된다[13].
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참고문헌 (20)

  1. Yu, D. P., BAi, Z. G., Ding, Y., Hang, Q. L., Zhang, H. Z., Wang, J. J., Zou, Y. H., Qian, W., Xiong, G. C., Zhou, H. T. and Feng, S. Q., "Nanoscale Silicon Wires Synthesized Using Simple Physical Ecaporation," Appl. Phys. Lett, 72, 3458(1998). 

  2. Zhou, J., Zhao, F., Wang, Y., Zhang, Y. and Yang, L., "Size-controlled Synthesis of ZnO Nanoparticles and Their Photoluminescence Properties," J. Lumines., 122, 195-197(2007). 

  3. Vayssieres, L., "Growth of Arrayed Nanorods and Nano Wires of ZnO From Aqueous Solutions," Adv. Mater., 15(15), 464-466 (2003). 

  4. Liu, C., Zapien, J. A., Yao, Y., Meng, X., Lee, C. S., Fan, S., Lifshitz, Y. and Lee, S. T., "High-density, Ordered Ultraviolet Light-emitting ZnO Nanowire Arrays," Adv. Mater, 15(10), 838- 841(2003). 

  5. Guo, M., Diao, P. and Cai, S. H. M., "Hydrothermal Growth of Perpendicularly Oriented ZnO Nanorod Array Film and Its Photo Electrochemical Properties," Appl. Surf. Sci., 249(1), 71-75(2005). 

  6. Lee, J. S., Park, K. S., Kang, M. I., Park I. W., Kim, S. W., Cho, W. K., Han, H. S. and Kim, S. S., "ZnO Nanomaterials Synthesized From Thermal Evaporation of Ball-milled ZnO Powders," J. Cryst. Growth, 254(3), 423-431(2003). 

  7. Zhao, Q. X., Klason, P. amd Willander, M., "Growth of ZnO Nano-structures by Vapor-liquid-solid Method," Appl. Phys. A Mater. Sci. Process, 88(1), 27-30(2007). 

  8. Yang, P., Yan, H., Mao, S., Russo, R., Johnson, J., Saykally, R., Morris, N., Pham, J., He, R. and Choi, H. J., "Controlled Growth of ZnO nanowires and Their Optical Properties," Adv. Funct. Mater, 12(5), 323-331(2002). 

  9. Sun, Y., Fuge, G. M. and Ashfold, M. N. R., "Growth of Aligned ZnO Nanorod Arrays by Catalyst-free Pulsed Laser Deposition Methods," Chem. Phys. Lett, 396(1), 21-26(2004). 

  10. Wu, J. and Liu, S. S., "Low-Temperature Growth of Well-Aligned ZnO Nanorods by Chemical Vapor Deposition," Adv. Mater. (Weinheim, Ger.). 14(3), 215-218(2002). 

  11. Park, W. I., Kim, D. H., Jung, S. W., and Yi, G. C., "Matalorganic Vapor-phase Epitaxial Growth of Vertically Well-aligned ZnO Nanorods," Appl. Phys. Lett., 80, 4232-4234(2002). 

  12. Liu, B., Zeng, H. C. and Am, J., "Hydrothermal Synthesis of ZnO Nanorods in the Diameter Regime of 50 nm," Chem. Soc., 125(15), 4430-4431(2003). 

  13. Kim, K. B., Kim, C. I., Jeong, Y. H., Lee, Y. J. and Paik, J. H., "Growth, Stuructural and Optical Properties of c-axis Oriented ZnO nanorods Array by Hydrothermal Method," J. Korea Inst. Elec. Electrn. Mat. Eng., 23(3), 222(2010). 

  14. Ju, C. S., Lee, H. G., Jeong, Y. O., Chun, C. H. and Hwang, D. K., "The Preparation of Zinc Oxide Fine Particles by Homogeneous Precipitation Method," Korean Chem. Eng. Res.(HWAHAK KONGHAK), 33(4), 437-444(1995). 

  15. Na, S. E., Jeong, S. G., Jeong, G. S., Kim, S. Y. and Ju, C. S., "Preparation of Zinc Oxide by Hydrothermal Precipitation And Degradation of Tartrazine," Korean Chem. Eng. Res.(HWAHAK KONGHAK), 49(6), 752-757(2011). 

  16. Jeong, K. S. and Choi, S. I., "Photocatalytic Degradation of Brilliant Blue FCF with $TiO_{2}$ Suspension," Korean Enviromental Science Socitey, 13(6), 599-603(2004). 

  17. Jeong, K. S., "A Study on the Decomposition of Water Soluble Dyes by $UV/TiO_{2}$ ," J. of the Environmental Sciences, 12(3), 319- 324(2003). 

  18. Kim, B. C., Park, Z. H., Shin, H. S., Lee, S. K. and Lee, B. K., "Synthesis of ZnO Powder by Precipitation Method and Its Cathodoluminescence Properties," J. Korean Ceram. Soc., 35(2), 107-114 (1998). 

  19. Lee, C. M., "Fabrication of One-dimensional ZnO Nanostructures by Hydrothermal Synthesis Method," Master degree. Department of nanotechnology and Advanced Materials Engineering, Sejong University, Seoul(2007). 

  20. Kim, S. Y., "Preparation, Characterization and Photocatalytic Activities of Titanium Dioxide Nanoparticles," Master degree. Department of Chemical Engineering, Chungbuk National University, Cheongju, Korea(2010). 

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