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논문 상세정보

질소 도핑된 이산화티타늄의 가시광 광촉매 활성 연구

Visible Light Induced Photocatalytic Activity of N-doped TiO2

초록

질소가 도핑된 이산화티타늄의 광촉매 특성을 알아보았다. 질소가 도핑된 이산화티타늄에 대하여 자외선 및 가시광선 분위기에서 메틸렌블루 광촉매 분해를 수행하였다. XPS 분석을 통해 제조한 $TiO_2$에서 질소(N)가 산소(O)와 치환되었음을 확인하였다. UV-Vis DRS 분석 결과 질소가 도핑된 무정형 $TiO_2$ 시료에서는 가시광선을 거의 흡수하지 않고 자외선을 흡수하는 반면 무정형/anatase 혼재 $TiO_2$ 시료의 경우 가시광선 흡수가 상당히 증가하였다. 질소가 도핑된 anatase $TiO_2$ 시료는 자외선 및 가시광선 조사에서 메틸렌블루 광분해 반응이 나타났다. 그러나 가시광선 조사에서 분해율은 자외선 조사의 분해율보다 낮았다. 무정형/anatase 혼재 $TiO_2$ 시료의 경우 자외선과 가시광선 조사에서 anatase $TiO_2$ 시료의 분해율보다 높았다. 이러한 결과는 anatase $TiO_2$ 시료에 비해 3배 정도 큰 무정형/anatase 혼재 $TiO_2$ 시료의 높은 표면적이 질소 도핑된 작은 anatase 입자와 관련이 있음을 보여준다.

Abstract

Photocatalytic properties of nitrogen doped titanium dioxide were investigated. Photocatalytic degradation of methylene blue under UV and visible light was carried out to characterize N-doped $TiO_2$. The result of XPS indicated that nitrogen atoms substitute for oxygen sites within the crystal structure of $TiO_2$. In the UV-Vis DRS spectra, N-doped amorphous $TiO_2$ absorbed UV light with little absorption of visible light, while the absorption of visible light of amorphous/anatase $TiO_2$ remarkably increased. Methylene blue photocatalytic degradation appeared by the irradiation of UV or visible light onto the N-doped anatase phase of $TiO_2$. However, the degradation rate of visible light was lower than that of UV light. The photocatalytic degradation rate of the amorphous/anatase $TiO_2$ sample was higher than that of the anatase $TiO_2$. These results indicate that the high surface area of amorphous/anatase $TiO_2$ sample, which was about three times larger than those of the anatase $TiO_2$ sample, may be related to small particles of N-doped anatase $TiO_2$.

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