KR100670944B1

KR100670944B1 - 티탄산염 및 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법

Info

Publication number: KR100670944B1
Application number: KR1020050035541A
Authority: KR
Inventors: 이재성; 이창훈; 정무영
Original assignee: 학교법인 포항공과대학교; 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2007-01-17
Also published as: KR20060112858A

Abstract

티탄산염 및 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 높은 비표면적을 가지는 나노구조의 티타네이트 및 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법이 제공된다.

이를 위해 본 발명은 티타늄 옥시설페이트와 암모니아수를 용매와 혼합한 혼합물 용액을 수열합성(hydrothermal synthesis)하는 단계를 포함하는 티탄산염의 제조방법을 제공한다.

Description

티탄산염 및 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법{Process for preparing titanate and titanium oxynitride }

도 1a는 본 발명의 실시예 2에 따른 나노구조의 티타네이트의 TEM 사진을 나타낸다.

도 1b는 본 발명의 실시예 3에 따른 나노구조의 티타네이트의 SAED 패턴을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시예 4에 따른 나노구조의 티타늄 옥시나이트라이드의 TEM 사진을 나타낸다.

도 3은 본 발명의 실시예 3 및 4에 따른 나노구조의 티타네이트 및 티타늄 옥시나이트라이드의 질소 1s 영역에서의 XPS 분석 스펙트럼을 나타낸다.

도 4a는 본 발명의 실시예 5에 따른 나노구조의 티타늄 산화물의 TEM 사진을 나타낸다.

도 4b는 본 발명의 실시예 6에 따른 나노구조의 티타늄 산화물의 SAED 패턴을 나타낸다.

도5는 본 발명의 실시예 1 내지 6에 따른 나노구조 산화물들의 XRD 패턴을 나타낸다.

도 6은 본 발명의 실시예 8에 따른 나노구조의 티타네이트 및 티타늄 옥시나 이트라이드의 UV/가시광선-diffusive reflectance 스펙트럼을 나타낸다.

도 7은 본 발명의 실시예 8, 비교예 1 및 2에 따른 나노구조의 티타네이트 및 티타늄 옥시나이트라이드의 가시광 영역에서의 이소프로필 알콜의 광분해 활성을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 티탄산염 및 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 높은 비표면적을 가지는 나노구조의 티타네이트 및 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 티타늄 산화물은 많은 산업공정에 있어서 중요한 촉매 및 지지체일 뿐만 아니라, 태양전지 소재, 수소 제조, 습도 센서, 자기 세척(self-cleaning), 환경 오염 물질 정화, 살균 등의 많은 응용분야를 가지는 산화물이다. 특히 티타늄 산화물 중 부분적으로 질화(nitridation)된 티타늄 옥시나이트라이드(TiO₂-xN_x)는 가시광 영역에서 가시광을 흡수하여 유기물을 분해하는 광촉매 특성을 나타낸다.

이러한 여러 분야들에 있어서 상기 티타늄 산화물의 크기, 형상 및 구조의 제어는 매우 중요한 요소로서 작용하게 된다. 종래 나노구조의 티타늄 산화물은 구조 유도체로서 알루미늄 멤브레인(Anodic Aluminum Membrane, AAO) 또는 유기겔 (organo-gel) 등을 사용하여 제조하였다. 그러나 이러한 제조방법은 구조 유도체를 사용해야 하므로 생산 비용의 증가 및 대량 생산에 있어 문제점을 가지고 있으며, AAO방법의 경우는 나노 구조의 크기 제어가 알루미늄 멤브레인 크기에 좌우되어 나노 크기의 구조 제어가 어렵다는 문제가 있다.

최근 결정성 티타늄 산화물을 고농도의 NaOH 용액에서 수열합성에 의해 티타네이트 구조의 나노튜브 등을 제조하는 방법이 문헌 (Chem. Eur. J. 2003, 9, 2229-2238; Chem. Phys. Lett., 2003, 380, 577-582; Langmuir 1998, 14, 3160-3163)에 알려져 있으나, 이와 같은 결정성 티타늄 산화물을 이용한 제조방법은 원료비가 큰 비중을 차지하며, 가시광 영역에서 광활성을 보이는 티타늄 옥시나이트라이드의 제조가 곤란하다는 문제점이 있다.

한편, 종래의 티타늄 옥시나이트라이드는 티타늄 전구체로서 티타늄 알콕사이드나 클로라이드 형태를 사용하고 알콜류의 용매에서 암모니아수를 적정하여 티타늄 겔을 형성한 후 500℃ 이상의 고온에서 암모니아 가스를 흘려 티타늄 옥시나이트라이드를 제조하여 왔다. 이러한 공정 또한 알콕사이드 형태의 무기 전구체 사용에 따른 비용 상승 및 고온에서 암모니아 가스에 의한 질화 반응을 수행하여야 하는 불편함과 100m²/g 의 상대적으로 작은 비표면적을 가지고 있다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 나노 형상의 제어가 용이하고, 높은 비표면적을 가지는 나노구조의 티타네이트를 저비용 고효율로 대량 생산할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 티타네이트를 사용하여 가시광 영역에서 높은 광활성을 갖는 높은 비표면적의 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 티탄산염을 포함하는 광촉매를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 옥시나이트라이드를 포함하는 광촉매를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

티타늄 전구체와 암모니아수를 용매와 혼합한 혼합물 용액을 수열합성(hydrothermal)하는 단계를 포함하는 티탄산염의 제조방법을 제공한다.

상기 티타늄 전구체로서는 티타늄 옥시설페이트, 티타늄 설페이트, 티타늄알콕사이드, 티타늄 할라이드 등을 사용할 수 있다.

상기 암모니아의 몰비는 티타늄 전구체 1몰을 기준으로 2 내지 25몰인 것이 바람직하다.

상기 용매로서는 증류수, 알코올, 또는 이들의 혼합액 등을 사용할 수 있으며, 이들의 함량은 상기 티타늄 전구체 1몰을 기준으로 50 내지 500몰인 것이 바람직하다.

상기 수열합성온도는 80 내지 200℃인 것이 바람직하다.

상기 수열합성시간은 0.1 내지 10시간이 바람직하다.

상기 티탄산염은 나노구조의 형태로서 나노시트, 나노파이버, 나노로드, 나노입자 등의 형태를 갖는다.

상기 티탄산염의 비표면적은 370 내지 520m²/g 인 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

상술한 제조방법에서 얻어진 티탄산염을 200 내지 500℃에서 0.1 내지 10시간 동안 소성하는 단계를 포함하는 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법을 제공한다.

상기 티타늄 옥시나이트라이드의 비표면적은 300 내지 380 m²/g 인 것이 바람직하다.

상기 티타늄 옥시나이트라이드는 나노구조의 형태로서 나노시트, 나노파이버, 나노로드, 나노입자 등의 형태를 갖는다.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

상기 티탄산염 또는 티타늄 옥시나이트라이드를 포함하는 광촉매를 제공한다.

이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명은 나노구조의 티탄산염을 비교적 온화한 조건에서 대량 생산하는 제 조방법과, 얻어진 티탄산염을 더 소성하여 티타늄 옥시 나이트라이드를 제조하는 방법 및 이들을 포함하는 광촉매를 제공한다.

본 발명에 따른 티탄산염은 티타늄 전구체와 암모니아수를 용매와 혼합한 혼합물 용액을 수열합성하여 얻어진다.

상기 티타늄 전구체로서는 티타늄 옥시설페이트, 티타늄 설페이트, 티타늄알콕사이드, 티타늄 할라이드 등을 사용할 수 있으며, 상기 티타늄 옥시설페이트로서는 예를 들어 Aldrich, Fluka, Junsei에서 구입가능한 TiOSO₄ xH₂O xH₂SO₄를 사용할 수 있다.

상기 티타늄 전구체와 염을 형성할 수 있는 물질로서는 암모니아수, 암모늄클로라이드 등을 예로 들 수 있으며, 상기 암모니아수로서는 28-30% 수용액을 사용할 수 있다.

상기 티타늄 전구체와 암모니아수의 몰비는 상기 티타늄 전구체 1몰을 기준으로 상기 암모니아수(28 내지 30% 수용액의 경우)를 2 내지 25몰, 바람직하게는 5 내지 15몰을 사용할 수 있다. 상기 암모니아수의 몰비가 2몰 이하인 경우에는 나노구조가 형성되지 않는 문제가 있고, 25몰을 초과하는 경우에는 나노구조를 가진 물질들이 더미(Stack)를 형성하는 문제가 있어 바람직하지 않다.

이와 같은 티타늄 전구체 및 암모니아수는 용매에 혼합하여 사용하는 바, 이와 같은 용매로서는 증류수, 알코올 또는 이들의 혼합액 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 용매는 상기 티타늄 전구체 1몰을 기준으로 약 50 내지 500몰 정도를 사용 할 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 효과적인 나노구조형상을 갖기가 어려울 것으로 여겨지나, 용매라는 특성상 반드시 이 범위내로 제한되는 것은 아님은 당업자는 당연히 이해할 수 있을 것이다.

상기 티타늄 전구체와 암모니아수를 용매에 혼합하여 혼합물 용액을 제조함에 있어서, 상기 혼합물이 겔 상태로 얻어지는 바 이들이 보다 균질한 혼합물이 되도록 교반 과정을 수행하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 교반 과정은 상기 혼합물이 적절한 균질성을 확보할 정도이면 족하며 통상적으로는 약 10분 내지 3시간 정도 수행할 수 있다. 또한 상기 암모니아수의 경우 상기 티타늄 전구체와 함께 동시에 혼합할 수도 있고, 교반 과정에서 소량씩 나누어 첨가하는 것도 가능하며, 일부를 초기에 혼합한 후 교반 과정 이후에 소량씩 나누어 혼합하는 것도 가능하다. 이들 중에서 보다 균질한 혼합물을 얻기 위해서는 소량의 암모니아수를 미리 티타늄 전구체와 함께 용매에 혼합하여 교반과정을 거친 후, 일정량의 암모니아수를 천천히 적가하는 방법이 바람직하다고 할 것이다. 이와 같은 혼합물의 최종 조성은 상술한 바와 같다.

균질한 상태의 혼합물을 얻은 후에는 수열합성하는 단계를 거치게 되는 바, 이와 같은 수열 합성 단계에서는 반응 온도 및 반응시간이 가장 주요한 제어 인자로서 작용하게 된다. 본 발명에 따른 수열 합성 단계에서 적용되는 반응 온도로서는 비교적 약한 온도범위인 약 80 내지 200℃, 바람직하게는 100 내지 150℃가 좋다. 상기 수열합성온도가 100℃ 미만인 경우에는 충분한 수열합성이 얻어지지 않으며, 150를 초과하는 경우에는 나노구조를 가진 산화물이 아니라 나노입자가 형성될 가능성이 있어 바람직하지 않다. 상기 본 발명에 따른 수열 합성 단계에서 적절한 반응시간으로서는 10 내지 100시간, 바람직하게는 24 내지 72시간이 좋다. 상기 반응시간이 10시간 미만이면 충분한 수열 합성을 얻을 수 없으며, 100시간을 초과하는 경우에는 초과되는 반응시간에 대한 수열 합성 효과가 거의 없어 바람직하지 않다.

상기와 같은 조건을 만족하는 수열 합성에 의하여 티타늄 전구체와 암모니아수가 반응을 하여 티탄산염을 형성하게 되며, 이어서 증류수 등을 사용하여 여액의 pH를 중성이 되도록 세척하는 과정을 더 수행할 수 있다. 중성이 된 이후에는 여액을 여과하여 에탄올 등을 사용하는 추가의 세척 과정을 더 수행한 후 진공 건조 오븐 등에서 생성물을 건조함으로써 나노 구조의 티탄산염을 형성하게 된다. 이와 같이 형성된 나노구조의 티탄산염은 나노시트, 나노파이버, 나노로드, 나노입자 등의 형태를 가질 수 있으며, 이들은 반응몰수 혹은 반응온도에 영향을 받을 수 있는 바, 반응 몰수와는 무관하게 약 100℃ 미만에서는 나노입자가 형성되고, 약 140 내지 150℃ 사이에서는 나노로드가 형성되며, 약 150℃ 이상에서는 나노입자가 형성되고, 반응 몰수에 따라서는 약 100 내지 140℃ 사이에서는 나노시트(비율 10 미만) 또는 나노파이프(비율 10 이상)가 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 수열 합성 단계에서 얻어지는 티탄산염은 높은 비표면적을 갖게 되는 바, BET 비표면적을 기준으로 370 내지 520m²/g의 비표면적을 갖게 된다.

본 발명은 상술한 공정에 의해 얻어진 티탄산염을 이용하여 티타늄 옥시나이 트라이드를 제조할 수 있으며, 이와 같은 티타늄 옥시나이트라이드의 제조공정은 상기에서 제조한 티탄산염을 소성하는 단계를 포함한다.

상기 소성 공정은 200 내지 500℃, 바람직하게는 300 내지 500℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하며, 상기 온도 범위를 벗어나는 경우에는 충분한 소성을 얻을 수 없는 등의 문제가 있어 바람직하지 않다. 또한 상기 소성 공정이 수행되는 시간은 0.1 내지 10시간, 바람직하게는 1 내지 4시간 동안 수행할 수 있으며, 소성 시간이 0.1시간 미만이면 충분한 소성을 얻을 수 없으며, 10시간을 초과하는 경우에는 초과되는 소성 시간으로 인한 효과를 얻을 수 없어 경제적이지 않다는 문제가 있다.

이와 같은 소성 공정은 티탄산염 내에 이미 암모니아기 등이 포함되어 있고, 이들이 소성 공정에서 기화될 수 있어 별도의 암모니아 가스를 주입하는 단계가 요구되지 않으며, 일반 대기 분위기하에서 수행할 수 있어 보다 경제적이라고 할 수 있다.

상기 소성 공정에 의해 티탄산염 내에 남아 있는 수분, 수산화기 및 암모니아기 등이 제거되어 티타늄 옥시나이트라이드가 얻어지게 된다. 특히 상술한 바와 같은 티탄산염을 소성하여 얻어지는 티타늄 옥시나이트라이드는 높은 비표면적을 갖게 되는 바, BET 비표면적을 기준으로 250 내지 380m²/g의 값을 갖게 된다.

또한 이와 같은 공정에 따른 티타늄 옥시나이트라이드는 그 입자 형태가 아나타제형이 얻어지게 되며, 그 구조는 나노시트, 나노파이버, 나노로드, 나노입자 등의 형태를 갖는다.

상기 티타늄 옥시나이트라이드는 높은 비표면적을 가짐에 따라 촉매적 활성이 높아 다양한 분야에서 활용이 가능하며, 특히 420nm 이상의 가시광 영역에서 빛을 흡수하는 광학적 특성을 가지므로 이를 이용하여 광촉매 등으로 유용하게 사용할 수 있다.

이하에서는 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하나 이는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 3

나노구조의 티탄산염을 합성하기 위한 방법은 다음과 같다. 28-30%의 암모니아수와 티타늄 전구체인 티타늄 옥시설페이트(Aldrich에서 구입가능; TiOSO₄ xH₂O xH₂SO₄)를 일정한 양의 증류수에 섞어서 균일한 혼합물이 되도록 1시간 이상 교반을 한 후, 일정량의 암모니아수를 천천히 적가하였다. 이렇게 만들어진 균일한 혼합물의 몰 조성은 TiOSO₄ xH₂O xH₂SO₄: NH₄OH : H₂O가 1: 2 - 25 : 50 - 500이 되도록 하였다.

교반을 한 후에 형성된 겔 상태의 혼합물은 오토클레이브 용기에 옮기고 수열합성 온도인 100 내지 135℃에서 24 내지 72시간의 수열 합성(hydrothermal)과정을 거쳤다. 이렇게 얻어진 생성물은 먼저 증류수를 사용하여 여액의 pH가 중성이 될 때까지 여러 번 세척을 하고 중성의 여액이 걸러지면 에탄올을 사용하여 두 번 이상 세척을 수행한 후, 70 내지 80℃의 진공 건조 오븐에서 하루 이상 건조하였다. 이렇게 제조된 나노구조의 티탄산염 암모늄의 TEM 사진을 도 1a 및 도 1b와 이의 조직 특성을 하기 표 1에 나타내었다. 도 1a 및 도 1b의 TEM 사진으로부터 본 발명에 따른 티탄산염 암모늄이 (나노시트와 나노파이프)와 같은 구조적 특징을 가짐을 알 수 있다.

#	수열합성 조건		BET 비표면적 (m²/g)	세공부피 (m³/g)	BJH 세공크기 (nm)
#	몰비	온도(^oC)/시간(h)	BET 비표면적 (m²/g)	세공부피 (m³/g)	BJH 세공크기 (nm)
실시예1	1 : 5 : 50	120/72	374	0.56	4.0
실시예2	1 : 10 : 70	120/72	459	0.65	3.8
실시예3	1 : 15 : 80	120/72	512	0.72	3.7

상기 표 1에 따르면 본 발명에 따른 티탄산염 암모늄이 높은 BET 비표면적을 가지며, 세공부피 및 BJH 세공부피가 미세함을 알 수 있다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 제조된 티탄산염 암모늄을 400℃의 온도에서 1 내지 4시간 동안 대기 분위기에서 소성과정을 거쳐 남아 있는 수분, 수산화기 및 암모니아 기를 제거한 후 아나타제 구조의 티타늄 옥시나이트라이드를 얻었다. 이렇게 제조된 나노구조의 티타늄 옥시나이트라이드의 TEM 사진을 도 2에 나타내었으며, 그의 조직특성을 하기 표 2에 나타내었다. 도 2의 TEM사진으로부터 본 발명에 따른 티타늄 옥시나이트라이드는 티탄산염 구조에서 티타늄 산화물의 아나타제 구조로 변환이 일어남을 알 수 있다.

그리고 이러한 티타늄 옥시나이트라이드 내의 질소 원소 분석을 위해 XPS 분석 결과는 도 3에 나타내었다. 도 3의 XPS 분석 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 실시예 4에서 얻어진 티타늄 옥시나이트라이드의 경우 실시예 3에서 얻어진 티탄산염 암모늄과 비교하여, 티타늄 옥시나이트라이드의 경우 질소 종(398.9 eV)이 티타늄 옥시나이트라이드 구조안에 존재하는 것이지만, 티탄산염 암모늄은 질소 종(N Species)의 일부가 티탄산염의 구조 안에 티타늄과 배위된 질소 종(400.5 eV)이거나 암모니아이온으로부터 기인된 질소 종(398.8 eV)임을 알 수 있다.

#	수열합성 조건		BET 비표면적 (m²/g)	세공부피 (m³/g)	BJH 세공크기 (nm)
	몰비	온도(^oC)/시간(h)
실시예4	15	120/72 소성온도: 400 소성시간: >1h	377	0.61	3.5

상기 표 2의 결과로부터 본 발명에 따른 티타늄 옥시나이트라이드의 경우 BET 비표면적이 높고, 세공부피 및 BJH 세공크기가 미세함을 알 수 있다.

실시예 5 내지 6

28-30%의 암모니아수와 티타늄 전구체인 티타늄 옥시설페이트를 일정한 양의 증류수에 섞어서 균일한 혼합물이 되도록 1시간 이상 교반한 후, 일정량의 암모니아수를 천천히 적가하여 준다. 이렇게 만들어진 균일한 혼합물의 몰 조성은 TiOSO₄ xH₂O xH₂SO₄: NH₄OH : H₂O가 1: 2 - 25 : 50 - 500 이 되도록 하였다. 교반을 한 후에 형성된 겔 상태의 혼합물을 오토클레이브 용기에 옮기고, 수열합성 온도인 140 - 150℃에서 24 - 72 시간의 수열 합성(hydrothermal)과정을 거쳤다. 이렇게 얻어진 생성물은 먼저 증류수를 사용하여 여액의 pH가 중성이 될 때까지 여러 번 세척을 하고 중성의 여액이 걸러지면 에탄올을 사용하여 두 번 이상 세척을 수행한다. 70 - 80℃의 진공 건조 오븐에서 하루 이상 건조하였다. 이렇게 제조된 나노구조의 티타늄 산화물의 TEM 사진을 도 4a 및 도 4b에 기재하였으며, 그의 조직특성을 하기 표 3에 나타내었다. 도 4a 및 도 4b의 TEM 사진으로부터 본 발명에 따른 티탄산염 암모늄이 나노로드 구조의 형상을 나타냄을 알 수 있다.

구분	수열합성 조건	BET 비표면적 (m²/g)	세공부피 (m³/g)	BJH 세공크기 (nm)
구분	몰비	BET 비표면적 (m²/g)	세공부피 (m³/g)	BJH 세공크기 (nm)
실시예 5	15	185	0.41	3.5
실시예 6	15	65	0.35	-

상기 표 3의 결과는 140℃와 150℃에서 합성을 수행함에 따라 각각 나노로드와 나노입자가 형성됨으로 인하여 100 내지 135℃에서 합성된 나노시트나 나노파이프에 비해 작은 비표면적을 가지는 무기물이 합성됨을 알 수 있다.

실시예 7

상기 실시예 1 내지 6에서와 같이 제조되어진 나노구조의 티타늄 산화물의 XRD 패턴을 도 5에 나타내었다. 도 5의 결과로부터 티타늄과 암모니아수의 몰비를 변화시켜 수열합성을 수행하였을 경우 나노구조를 가진 티타늄 산화물의 XRD 패턴(결정구조)은 변화가 없음을 알 수 있다. 단지, 형상만이 나노시트에서 나노파이프로 변형이 발생할 뿐이다. 하지만, 티타늄과 암모니아수의 몰비를 15로 고정한 후 수열합성 온도를 120에서 150℃로 변화시켰을 때 결정구조는 티타늄 산화물에서 옥시나이트라이드(아나타제형)으로 변화는 것을 확인할 수 있다.

실시예 8

상기 실시예 4에서와 같이 제조되어진 티타늄 옥시나이트라이드는 가시광 영역에서 빛을 흡수하는 광학적 특성을 가지며 420 nm 이상의 가시광 영역의 빛을 흡수하여 이소프로필 알콜을 분해하는 광촉매 특성을 가지고 있다. 이러한 가시광 영역에서의 빛의 흡수는 도 6과 같이 UV/가시광 확산 반사 스펙트럼에 의해서 확인 되었으며, 420 nm 이상의 가시광을 조사한 조건에서의 이소프로필 알콜의 광분해 반응 결과는 도 7과 같다. 도 7에서와 같이 티타네이트는 이소프로필 알콜에 대한 광분해 활성을 확인 할 수 없었으나, 반면에 티타늄 옥시나이트라이드의 경우에는 1시간 이내에 이소프로필 알콜 초기 농도의 절반 이상을 광분해하여 이들을 제거함을 확인할 수 있다.

비교예 1

상기 실시예 8에서와 같은 방법으로 데구사 티타니아 P25를 사용하여 비교 실험을 수행하였다. 결과는 도 7에 나타낸 것과 같이 가시광 영역에서 광활성을 나타내지 않는다.

비교예 2

상기 실시예 8에서와 같은 방법으로 기존에 사이언스지(Science, 2001, 293, 269-271)에 보고되어진 아사히(사람) 연구팀에 의해 제조 되어진 티타늄 옥시나이트라이드를 제조하여 비교 실험한 결과를 도 7에 나타내었다. 본 발명에 의해 제조되어진 티타늄 옥시나이트라이드에 비해 가시광에서 낮은 광활성을 나타내었다.

본 발명에 의해 제조된 티탄산염은 암모니아수와 티타늄 전구체의 몰비 및 수열합성 온도를 제어함으로써 나노시트, 나노파이버, 나노로드, 나노입자 등의 형상 제어가 가능한 나노구조의 티타늄 산화물들을 제조할 수 있다. 본 발명에서는 비교적 낮은 온도의 수열합성과정에서 나노구조의 티타네이트를 제조하고, 이를 대기 분위기에서 소성과정을 수행함에 의해 높은 비표면적의 티타늄 옥시나이트라이드를 제조할 수 있는 저비용 고효율의 제조 방법이다. 또한 이러한 저비용으로 인해 대량 생산이 가능함으로써 가시광 하에서 대기 중의 휘발성 유기물 분해 등의 여러 환경 정화 분야에의 활용이 기대된다.

Claims

티타늄 전구체와 암모니아수를 용매와 혼합한 혼합물 용액을 수열합성(hydrothermal)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 티탄산염의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 티타늄 전구체가 티타늄 옥시설페이트, 티타늄 설페이트, 티타늄알콕사이드, 및 티타늄 할라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 티탄산염의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 암모니아수의 함량이 상기 티타늄 전구체 1몰을 기준으로 2 내지 25몰인 것을 특징으로 하는 티탄산염의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 용매가 증류수, 알코올, 또는 이들의 혼합액인 것을 특징으로 하는 티탄산염의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 용매의 함량이 상기 티타늄 전구체 1몰을 기준으로 50 내지 500몰인 것을 특징으로 하는 티탄산염의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 수열합성단계의 반응온도가 80 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 티탄산염의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 수열합성단계의 반응시간이 0.1 내지 10시간인 것을 특징으로 하는 티탄산염의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 티탄산염의 형태가 나노시트, 나노파이버, 나노로드, 또는 나노입자인 것을 특징으로 하는 티탄산염의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 티탄산염의 BET 비표면적이 370 내지 520m²/g인 것을 특징으로 하는 티탄산염의 제조방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 얻어진 티탄산염을 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 소성 공정의 소성 온도가 200 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 소성 공정의 소성 시간이 0.1 내지 10시간인 것을 특징으로 하는 티타늄 옥시나이트라이의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 티타늄 옥시나이트라이드의 BET 비표면적이 300 내지 380 m²/g인 것을 특징으로 하는 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 티타늄 옥시나이트라이드의 형태가 나노시트, 나노파이버, 나노로드, 또는 나노입자인 것을 특징으로 하는 티타늄 옥시나이트라이드의 제조방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 얻어진 티탄산염을 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매.
상기 제10항에 따른 제조방법으로 얻어진 티타늄 옥시나이트라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매.