$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

양극산화 제어에 의한 TiO2 나노튜브의 광전기화학 특성
Photoelectrochemical Properties of TiO2 Nanotubes by Well-Controlled Anodization Process 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.52 no.6, 2019년, pp.298 - 305  

정다솔 (한국세라믹기술원 나노소재 공정센터) ,  김동현 (한국세라믹기술원 나노소재 공정센터) ,  정현성 (한국세라믹기술원 나노소재 공정센터)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We investigated a correlation between morphology and photoelectrochemical properties of TiO2 nanotubes fabricated by well-controlled anodization processes. Anodization in an ethylene-glycol-based electrolyte solution accelerated the rapid grow rate of TiO2 nanotubes, but also cause problems such as ...

주제어

표/그림 (9)

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 이러한 표면 debris의 존재로 인해 TiO2 나노튜브의 입구가 막히므로, 나노튜브의 비표면적을 최대로 활용할 수없는 문제가 있었다. 기존 연구에서는 이러한 문제를 Ti 기판의 표면 연마를 통한 전처리, TiO2 나노 튜브의 초음파 세척을 통한 후처리 방법을 통해 해결하고자 하였다[10-13]. 하지만, 이러한 방법들은 표면 손상 및 박리 등의 한계점이 있었으며, 실제 debris 제거에 따른 TiO2 나노 튜브의 광전기화학적 성능향상에 대한 검증이 없었다.
  • 04% ABPE 효율 향상 효과가 있는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구는 TiO2 나노튜브 광음극의 광전기화학 특성이 열처리에 의한 결정성 향상과, 나노튜브의 길이, 표면 상태 제어에 따른 비표면적에 의해 향상되는 것을 확인하였다.
  • 본 연구는 에틸렌글리콜 용매 기반 전해질 내에 서의 TiO2 나노튜브의 양극산화 조건을 제어함으로서 TiO2 나노튜브의 형상을 제어하고, 그에 따른 광전기화학 특성을 비교하였다. 양극산화에서 인가하는 전압이 증가함에 따라 나노튜브의 지름이 증가하고, 성장속도가 증가함을 알 수 있었다.
  • 이들 중, anatase는 우수한 photocatalytic activity를 가지고 있고, 준수한 안정성을 가지고 있으며, 열처리를 통해 쉽게 얻을 수 있다는 장점이 있다[14,15]. 본 연구에서는 TiO2의 결정성에 따른 광전기화학 특성을 비교하고자 양극산화 직후와 열처리를 통해 결정화된 TiO2 나노튜브를 제작하고 비교하였다. 그림 2는 열처리 전후에 따른 TiO2 나노튜브의 XRD 분석 결과이다.
  • 본 연구에서는 광전기화학 수소생산을 위한 광전극용 TiO2 나노튜브 기반의 광음극의 효율 향상을 위하여, 에틸렌글리콜 용매의 전해질 기반 양극산화에서 발생하는 TiO2 나노튜브 형상 제어 및 표면에 형성되는 debris 문제를 해결하고자 하였다. 양극산화 전압 제어 및 양극 산화 시간에 따른 TiO2 나노튜브의 형상 및 비표면적을 제어하고, 열처리를 통해 결정성을 향상시켜, 비표면적 및 결정성에 따른 광전기화학 성능을 비교하였다.
  • 본 연구에서는 이전의 길이향상에 따른 TiO2 나노튜브의 성능 향상의 한계를 극복하기 위해, 표면 debris를 제거고자 하였다. 기존의 단일 단계의 양극산화로 제작된 TiO표면은 그림 1에서 보여진 것과 같이 debris에 의해 부분적으로 덮여있는 것을 알 수 있다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 페러데이 효율(ηF)을 1로 가정하고, 모사 광원의 세기를 1 sun 조건(Ptotal= 100 W/cm2), 그리고 바이어스 전압을 SCE 전극 기준 Vb= 0 V(vs SEC) 으로 하여 ABPE의 값을 계산하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
TiO2 나노튜브 광전극의 장점은? TiO2 광전극을 만들기 위한 연구로, 템플릿 전사법, 졸겔법, 수열합성법, 양극산화법과 같은 다양한 제작방법을 제시한 연구들이 있었다[1-4]. 그 중, 양극산화를 통해 제작된 TiO2 나노튜브 광전극은 제작 방법이 간단하면서도 양극산화 조건제어를 통해 형상변화가 가능하고, 높은 비표면적을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 또한, 합성된 TiO2 나노튜브는 일차원 구조이기 때문에 전자 가이드 효과를 가지므로, 높은 성능을 기대할 수 있다[1].
표면 연마를 통한 전처리의 문제점은? 기존 연구에서는 이러한 문제를 Ti 기판의 표면 연마를 통한 전처리, TiO2 나노 튜브의 초음파 세척을 통한 후처리 방법을 통해 해결하고자 하였다[10-13]. 하지만, 이러한 방법들은 표면 손상 및 박리 등의 한계점이 있었으며, 실제 debris 제거에 따른 TiO2 나노 튜브의 광전기화학적 성능향상에 대한 검증이 없었다.
TiO2의 장점은? 그 중, 반도체 기반 광전극을 통한 물분해는 별도의 다른 기반시설 없이 직접적으로 태양광을 통한 수소생산이 가능하기 때문에, 컴팩트하면서도 경제적이라는 이점이 있다. 연구되고 있는 광전극 물질 중 TiO2는 생물학적으로 친화적이면서도 높은 화학적 안정성을 가지고 있다는 장점이 있기 때문에, 많은 연구가 이루어지고 있다[1].
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (19)

  1. P. Roy, S. Berger, P. Schmuki, $TiO_2$ nanotubes: synthesis and applications, Angew. Chem. Int. Ed 50 (2011) 2904-2939. 

  2. X. Chen, S.S. Mao, Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, modifications, and applications, Chem. Rev, 107 (2007) 2891-2959. 

  3. D.V. Bavykin, J.M. Friedrich, F.C. Walsh, Protonated titanates and $TiO_2$ nanostructured materials: synthesis, properties, and applications, Adv. Mater, 18 (2006) 2807-2824. 

  4. H.-H. Ou, S.-L. Lo, Review of titania nanotubes synthesized via the hydrothermal treatment: Fabrication, modification, and application, Sep. Purif. Technol, 58 (2007) 179-191. 

  5. A.E.R. Mohamed, S. Rohani, Modified $TiO_2$ nanotube arrays (TNTAs): progressive strategies towards visible light responsive photoanode, a review, Energy Environ. Sci, 4 (2011) 1065-1086. 

  6. G.L. Chiarello, A. Zuliani, D. Ceresoli, R. Martinazzo, E. Selli, Exploiting the photonic crystal properties of $TiO_2$ nanotube arrays to enhance photocatalytic hydrogen production, ACS Catal, 6 (2016) 1345-1353. 

  7. H. Yin, H. Liu, W. Shen, The large diameter and fast growth of self-organized $TiO_2$ nanotube arrays achieved via electrochemical anodization, Nanotechnology, 21 (2009) 035601. 

  8. D. Yu, X. Zhu, Z. Xu, X. Zhong, Q. Gui, Y. Song, S. Zhang, X. Chen, D. Li, Facile method to enhance the adhesion of $TiO_2$ nanotube arrays to Ti substrate, ACS Appl. Mater. Interfaces, 6 (2014) 8001-8005. 

  9. M. Paulose, K. Shankar, S. Yoriya, H.E. Prakasam, O.K. Varghese, G.K. Mor, T.A. Latempa, A. Fitzgerald, C.A. Grimes, Anodic growth of highly ordered $TiO_2$ nanotube arrays to $134{\mu}m$ in length, J. Phys. Chem. B, 110 (2006) 16179-16184. 

  10. K. Lu, Z. Tian, J.A. Geldmeier, Polishing effect on anodic titania nanotube formation, Electrochim. Acta, 56 (2011) 6014-6020. 

  11. V. Asgari, M. Noormohammadi, A. Ramazani, M.A. Kashi, A new approach to electropolishing of pure Ti foil in acidic solution at room temperature for the formation of ordered and long $TiO_2$ nanotube arrays, Corros. Sci, 136 (2018) 38-46. 

  12. H.E. Prakasam, K. Shankar, M. Paulose, O.K. Varghese, C.A. Grimes, A new benchmark for $TiO_2$ nanotube array growth by anodization, J. Phys. Chem. A, 111 (2007) 7235-7241. 

  13. C.W. Lai, S. Sreekantan, Photoelectrochemical performance of smooth $TiO_2$ nanotube arrays: effect of anodization temperature and cleaning methods, Int. J. Photoenergy, 2012 (2012). 

  14. T. Luttrell, S. Halpegamage, J. Tao, A. Kramer, E. Sutter, M. Batzill, Why is anatase a better photocatalyst than rutile?-Model studies on epitaxial $TiO_2$ films, Sci. Rep, 4 (2014) 4043. 

  15. M. Toyoda, Y. Nanbu, Y. Nakazawa, M. Hirano, M. Inagaki, Effect of crystallinity of anatase on photoactivity for methyleneblue decomposition in water, Appl. Catal. B, 49 (2004) 227-232. 

  16. M.L. Grilli, M. Yilmaz, S. Aydogan, B.B. Cirak, Room temperature deposition of XRD-amorphous $TiO_2$ thin films: Investigation of device performance as a function of temperature, Ceram. Int, 44 (2018) 11582-11590. 

  17. K. Eufinger, D. Poelman, H. Poelman, R. De Gryse, G. Marin, Photocatalytic activity of dc magnetron sputter deposited amorphous $TiO_2$ thin films, Appl. Surf. Sci, 254 (2007) 148-152. 

  18. K. Kaur, C.V. Singh, Amorphous $TiO_2$ as a photocatalyst for hydrogen production: a DFT study of structural and electronic properties, Energy Procedia, 29 (2012) 291-299. 

  19. Z. Chen, H.N. Dinh, E. Miller, Photoelectrochemical water splitting, Springer, New York (2013) 7-17. 

저자의 다른 논문 :

LOADING...

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로