[논문]Sm 이온이 도핑된 BiVO4에서 로다민 B의 광촉매 분해 반응

홍성수

doi:10.7464/ksct.2021.27.2.146

초록
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순수한 BiVO₄ 및 Sm 이온이 도핑된 BiVO₄ 촉매들을 수열합성법으로 제조하였고, 그들의 물리적 성질을 XRD, DRS, SEM 및 PL 등을 사용하여 특성분석을 하였다. 또한, 가시광 조사 하에서 로다민 B의 분해반응에서 광촉매로서의 활성을 조사하였다. Sm 이온의 첨가는 낮은 온도에서도 촉매의 결정구조를 ms-BiVO₄ 구조에서 tz-BiVO₄로 변화시켰다. 흡광도 분석결과로 부터 모든 촉매들은 Sm 이온의 도핑과 관련없이 가시광 영역에서 흡수스펙트럼을 보여주고 있다. 또한 순수한 BiVO₄ 촉매는 무정형의 형상을 보여주고 있으나 Sm 이온이 첨가되면 그 입자들의 형상이 타원형으로 변화하였으며 입자의 크기가 줄어 들었다. 로다민 B의 광분해 반응에서 순수한 BiVO₄ 촉매에 비해 Sm 이온이 첨가된 촉매들의 광분해 활성이 증가하였다. 또한, 3%로 도핑된 Sm3-BVO 촉매가 가장 높은 활성을 보일 뿐만 아니라 가장 높은 수산기 라디칼의 생성속도와 가장 큰 PL피크 세기를 나타내었다. 이 결과는 촉매와 물의 계면에서 얻어지는 수산기 라디칼(•OH)의 생성속도는 광촉매 활성과 밀접한 연관성이 있다는 것을 의미한다.

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Pure and Sm ion doped BiVO4 catalysts were synthesized using a conventional hydrothermal method and characterized by XRD, DRS, SEM, and PL. We also examined the activity of these materials on the photocatalytic decomposition of rhodamine B under visible light irradiation. The doping of Sm ion into B...

Pure and Sm ion doped BiVO4 catalysts were synthesized using a conventional hydrothermal method and characterized by XRD, DRS, SEM, and PL. We also examined the activity of these materials on the photocatalytic decomposition of rhodamine B under visible light irradiation. The doping of Sm ion into BiVO4 catalyst changed the ms-BiVO4 crystal structure into the tz-BiVO4 crystal structure in the low synthesis temperature. Light absorption analysis using DRS showed that all the catalysts displayed strong absorption in the visible range of the electromagnetic spectrum regardless of Sm ion doping. In addition, an amorphous morphology was shown in the pure BiVO4 catalyst, but the morphology of the BiVO4 catalyst doped with Sm ion was changed into an ellipse shape and also the particle size decreased. In the photocatalytic decomposition of rhodamine B, Sm ion doped BiVO4 catalyst showed higher photocatalytic activity than the pure BiVO4 catalyst. In addition, the Sm3-BVO catalyst doped with 3% Sm ion showed the highest photocatalytic activity, as well as the highest formation rate of OH radicals (•OH) and the highest PL peak. This result suggests that the formation rate of OH radicals produced in the interface between the photocatalyst and water is well correlated with the photocatalytic activity.

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$Figure 1. X-ray diffraction patterns of pure and Sm ion doped BiVO<sub>4</sub> catalysts.$ 그림 Figure 1. X-ray diffraction patterns of pure and Sm ion doped BiVO₄ catalysts.
그림 Figure 2. UV-Vis DRS spectra of pure and Sm ion doped BiVO₄ catalysts.
표 Table 1. Textural properties of pure and Sm ion doped BiVO₄ catalysts and their photocatalytic activity on the decomposition of rhodamine B.
그림 Figure 3. SEM images of pure and Sm ion doped BiVO₄ catalysts: a) BVO, b) Sm1-BVO, c) Sm3-BVO and d) Sm5-BVO.
그림 Figure 4. PL spectra of pure and Sm ion doped BiVO₄ catalysts.
그림 Figure 5. Photocatalytic activity of pure and Sm ion doped BiVO₄ catalysts.

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