KR101725059B1 - System for photocatalytic activation - Google Patents
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Abstract
Description
본원은, Fe-도핑된 반도체의 펜톤 반응에 의해 라디칼 생성을 극대화시킴으로써 광촉매의 활성을 향상시키기 위한 광촉매 활성 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a photocatalytic active system for enhancing the activity of a photocatalyst by maximizing radical generation by the Fenton reaction of an Fe-doped semiconductor.
태양 에너지는 유망한 재생 가능한 에너지원 중 하나로서, 화석 연료를 대체할 수 있고, 지속 가능한 에너지에 대한 증가하는 세계적 수요를 만족시킬 수 있다. 상기 태양 에너지를 수확하기 위한 가장 효과적인 접근 중 하나로서 광촉매에 의해 태양에너지 자원을 활용하여 에너지 자원으로서 활용하고자 하는 많은 연구들이 수행되어 왔다. 광촉매는 태양광 에너지를 이용하여 화학반응을 촉진시키는 물질로서, 무한한 태양광 에너지를 이용할 수 있다는 점에서 무궁무진한 가능성을 가지고 있다고 평가되고 있다.Solar energy is one of the promising renewable energy sources that can replace fossil fuels and meet the growing global demand for sustainable energy. As one of the most effective approaches for harvesting the above-mentioned solar energy, many researches have been carried out to utilize solar energy resources as photocatalysts as energy resources. Photocatalyst is a substance that promotes chemical reaction by using solar energy, and it is estimated that it has unlimited possibilities because it can use infinite solar energy.
광촉매는 광활성을 통하여 제균 반응, 오염물질의 분해반응 등 다양한 반응을 수행하나, 이 외에도 중요한 반응 중 하나는 물 분해 반응으로 빛을 받아 활성화된 광촉매가 물 분자를 수소와 산소로 분해하는 반응이 있다. 이러한 물 분해 반응은 식물의 광합성과 유사하며, 반응물로 물을 사용하여 수소 및 산소를 배출한다는 점에서 청정하다는 장점이 있다. 더욱이 수소 생산을 위한 에너지와 원료 물질은 공정을 경제적이면서 환경적인 측면에서 최적화하기 위하여 재생가능하여야 한다.Photocatalysts perform a variety of reactions including photocatalytic reaction, decomposition reaction of pollutants, and other important reactions. One of the important reactions is the decomposition reaction of the photocatalyst, which is activated by light, to decompose water molecules into hydrogen and oxygen . This water degradation reaction is similar to the photosynthesis of plants, and has the advantage of being clean in that it uses water as a reactant to discharge hydrogen and oxygen. Moreover, energy and raw materials for hydrogen production must be renewable to optimize the process economically and environmentally.
상기 광촉매로는 이산화티타늄(TiO2), 스트론튬 티탄산(SrTiO3), 탄탈산나트륨(NaTaO3), 산화아연(ZnO), 삼산화텅스텐(WO3), 황화카드뮴(CdS), 셀레늄화카드뮴(CdSe), 텔레늄화카드뮴(CdTe) 등이 있으며, 이 중 이산화티타늄은 고활성의 광분해로 효율적이며 비독성이고 저렴하여 경제적으로 사용이 타당하며, 또한 물리적, 화학적으로 매우 안정하여 그 자체가 광분해되지 않고 반영구적으로 사용가능함으로써 환경오염 문제를 일으키지 않는 장점이 있다. 최근, 귀금속으로 도핑된 이산화티타늄의 경우, 광활성이 향상되어 난분해성 유기물질과 같은 오염물질의 분해효율을 증가시킨다는 연구결과가 발표된 바 있으나, 도핑되는 각 귀금속의 특성에 따라 특정물질의 분해에 한정되는 문제점이 있었다.As the photocatalyst is titanium dioxide (TiO 2), strontium titanate (SrTiO 3), tantalum sodium (NaTaO 3), zinc (ZnO), trioxide, tungsten oxide (WO 3), cadmium sulfide (CdS), selenide of cadmium (CdSe ), And cadmium teleonide (CdTe). Of these, titanium dioxide is highly efficient, efficient, non-toxic and inexpensive because it is highly active photodegradation. It is economically feasible to use and is physically and chemically very stable, There is an advantage that it can be used semi-permanently so as not to cause environmental pollution problem. In recent years, titanium dioxide doped with a noble metal has been reported to increase the decomposition efficiency of contaminants such as degradable organic materials by improving photoactivity. However, according to the characteristics of each doped noble metal, There was a limited issue.
한편 상기 복합체와 무관하게, 고분자 광촉매로서 그래파이트형 질화 탄소(graphitic carbon nitrides, g-C3N4)가 가시광선 영역에서 효과적인 수소 생산을 위한 높은 촉매 활성을 나타내는 것으로 알려져 있다.On the other hand, graphitic carbon nitrides (gC 3 N 4 ) as a polymer photocatalyst are known to exhibit high catalytic activity for efficient hydrogen production in the visible light region, regardless of the complex.
광촉매는 상기와 같이 다양한 장점들을 가졌음에도 불구하고, 물 분해 반응 및 기타 광활성 반응을 이용하는 제균 및 오염물질의 분해반응에 응용하기에 있어, 비교적 큰 밴드갭 에너지 때문에 태양광의 자외선 영역만 이용할 수 있는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 기술들이 개발되었다. 두 가지 다른 광활성 영역을 가진 광촉매를 이종접합하여 광촉매의 흡수 가능한 광영역을 확장시키며 전자 및 홀 이용을 극대화하는 복합 광촉매 기술, 광촉매의 전자 활용능력 및 재결합 현상을 방지하기 위한 금속 담지, 및 광촉매가 효과적으로 광활성을 할 수 있도록 전자를 제공하는 희생시약 등이 그러한 기술들이다. Although the photocatalyst has various advantages as described above, the photocatalyst has disadvantages that only the ultraviolet region of sunlight can be used due to the relatively large band gap energy in application to the decomposition reaction of the pollutant and the decomposition reaction using the water decomposition reaction and other photoactive reaction Lt; / RTI > Several techniques have been developed to solve this problem. Two types of photocatalysts with different photoactive regions are bonded to each other to expand the light absorbing region of the photocatalyst and to maximize electron and hole utilization, the ability to utilize the photocatalyst's electronic utilization ability, the metal support to prevent recombination, and the photocatalyst And sacrificial reagents that provide electrons for effective optical activity.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2010-0127142호에서는 이산화티탄 입자의 표면에 루테늄계 염료 및 백금계 입자가 형성되어 있는 광촉매를 이용하여 휘발성 유기물을 분해하는 방법에 관하여 개시하고 있다.Korean Patent Publication No. 2010-0127142 discloses a method for decomposing volatile organic compounds using a photocatalyst in which ruthenium-based dyes and platinum-based particles are formed on the surface of titanium dioxide particles.
본원은, Fe-도핑된 반도체의 펜톤 반응에 의해 라디칼 생성을 극대화시킴으로써 광촉매의 활성을 향상시키기 위한 광촉매 활성 시스템을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a photocatalytic active system for maximizing radical generation by the Fenton reaction of an Fe-doped semiconductor to improve the activity of the photocatalyst.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, Fe-도핑된 제 1 반도체 및, 상기 제 1 반도체와 접촉하여 위치하는 제 2 반도체를 포함하고, 상기 Fe-도핑된 제 1 반도체 및 상기 제 2 반도체는 과산화수소-함유 용액에 존재하는 것인, 광촉매 활성 시스템을 제공한다.A first aspect of the present application is directed to a semiconductor device comprising a Fe-doped first semiconductor and a second semiconductor located in contact with the first semiconductor, wherein the Fe-doped first semiconductor and the second semiconductor comprise hydrogen peroxide- And a photocatalyst active system.
본원의 일 구현예에 따른 광촉매 활성 시스템은, Fe-도핑된 반도체를 포함하는 2 개의 반도체를 이용하여 펜톤반응에 의해 수산기(하이드록실) 라디칼을 생성을 극대화함으로써 광촉매의 활성을 향상시키는 시스템을 제공할 수 있다. The photocatalytic active system according to one embodiment of the present invention provides a system for improving the activity of a photocatalyst by maximizing the generation of a hydroxyl (hydroxyl) radical by a Fenton reaction using two semiconductors including an Fe-doped semiconductor can do.
본원의 일 구현예에 따른 광촉매 활성 시스템은, 상기 p 형 반도체 및 n 형 반도체의 상기 2 개의 반도체가 서로 접합하여 형성되고, 상기 반도체가 빛의 흡수에 의해 여기(excitation)되어 전자 및 정공이 생성되어 상호 이동하며, 상기 생성된 정공은 상기 반도체의 표면에 흡착된 수분을 산화하여 산화력이 강한 수산기 라디칼(OH radical)을 생성함으로써 광촉매 활성을 향상시킬 수 있다. 한 종류의 반도체를 포함하는 광촉매의 경우, 상기 반도체에서 생성된 전자 또는 정공이 재결합하기 쉬운 단점이 있으나, 본원의 일 구현예에 따른 광촉매 활성 시스템은 p 형 반도체 및 n 형 반도체의 2 개의 상이한 반도체를 포함함으로써 상기 생성된 전자와 정공의 분리를 촉진시킬 수 있어 상기 전자와 정공의 이동이 증가하고, 이로 인해 수산기 라디칼의 생성이 증가한다는 장점이 있다In the photocatalytic active system according to an embodiment of the present invention, the two semiconductors of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor are formed by bonding to each other, and the semiconductor is excited by absorption of light to generate electrons and holes And the generated holes can oxidize the moisture adsorbed on the surface of the semiconductor to generate hydroxyl radicals (OH radical) having a strong oxidizing effect, thereby improving photocatalytic activity. In the case of a photocatalyst including one type of semiconductor, electrons or holes generated in the semiconductor are easily recombined. However, the photocatalytic active system according to one embodiment of the present invention is characterized in that two different semiconductors of a p-type semiconductor and an n- The separation of the generated electrons and holes can be promoted to increase the movement of the electrons and the holes, thereby increasing the generation of hydroxyl radicals
또한, 본원의 일 구현예에 따른 광촉매 활성 시스템은 하나의 반도체에 Fe 도핑함으로써 상기 도핑된 Fe와 과산화수소 사이의 펜톤 반응에 의해 Fe가 산화되어 수산기 라디칼이 생성되고, 상기 산화된 Fe는 반도체에서 생성된 전자에 의해 환원되어, 연속적으로 Fe가 재생되어 공급되고, 계속해서 상기 수산기 라디칼의 생성을 촉진시킬 수 있다. Further, in the photocatalytic active system according to an embodiment of the present invention, Fe is doped to one semiconductor by Fenton reaction between the doped Fe and hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals, and the oxidized Fe is generated in the semiconductor And the Fe is continuously regenerated and supplied, and the generation of the hydroxyl radical can be subsequently promoted.
더불어, 상기 수산기 라디칼은 강한 반응성으로 유기 오염물질을 분해하고, 멸균, 및 악취 제거에 이용할 수 있어, 환경오염 물질의 분해 효율을 증가시키기 위한 광촉매로서 적용이 가능하다.In addition, the hydroxyl radicals can be used as a photocatalyst to increase the decomposition efficiency of environmental pollutants because they can be used for decomposing organic pollutants, sterilizing, and removing odors with strong reactivity.
도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 광촉매 활성 시스템의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2c는, 각각 비교예, 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 활성 시스템의 UV-vis 스펙트럼, 밴드갭, 및 XRD 측정 그래프를 나타낸 것이다.
도 3의 (a) 내지 (f)는, 비교예 및 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 활성 시스템의 제 2 반도체의 유무에 따른 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 활성 시스템의 UV-vis 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는, 비교예 및 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 활성 시스템의 자외선 및/또는 가시광선에 따른 광촉매 활성을 나타낸 것이다.
도 6은, 비교예 및 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 활성 시스템의 과산화수소 유무에 따른 광촉매 활성을 나타낸 것이다.
도 7a 내지 도 7c는, 수산기 라디칼의 생성을 확인하기 위한 정량 분석 결과로서, 각각 비교예 및 본원의 일 실시예에 따른 전자 상자성 공명 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 8은, 비교예 및 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 활성 시스템의 수산화 라디기 스캐빈저의 유무에 따른 광촉매 활성을 나타낸 것이다.
도 9는, 비교예 및 본원의 일 실시예에 따른 광촉매 활성 시스템의 수산기 라디칼의 형광 강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.1 is a schematic diagram of a photocatalytic active system according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2C show UV-vis spectra, bandgaps, and XRD measurement graphs of the photocatalytic active system according to the comparative example and the embodiment of the present invention, respectively.
3 (a) to 3 (f) are SEM images of the photocatalytic active system according to the comparative example and the present embodiment according to the presence or absence of the second semiconductor.
4 shows the UV-vis spectrum of the photocatalytic active system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows the photocatalytic activity of the photocatalytic active system according to the comparative example and the embodiment of the present invention according to ultraviolet and / or visible light.
FIG. 6 shows the photocatalytic activity of the photocatalytic active system according to Comparative Example and one embodiment of the present invention according to the presence or absence of hydrogen peroxide.
FIGS. 7A to 7C show the results of quantitative analysis for confirming the formation of hydroxyl radicals, respectively, and the results of electron cyclic resonance analysis according to the comparative example and one embodiment of the present application, respectively.
FIG. 8 shows the photocatalytic activity of the photocatalytic active system according to the comparative example and one embodiment of the present invention according to the presence or absence of a hydroxyl radical scavenger.
FIG. 9 shows the results of measurement of fluorescence intensity of the hydroxyl radical of the photocatalytic active system according to the comparative example and the embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".
본원 명세서 전체에서, "펜톤 반응(penton reaction)"이라는 용어는 2가 철염과 과산화수소 혼합 용액의 환원 과정을 거쳐 수산기 라디칼(OH radical)을 생성하는 과정을 의미한다.Throughout the present specification, the term "penton reaction" refers to the process of generating a hydroxyl radical (OH radical) through reduction of a mixed solution of a divalent iron salt and a hydrogen peroxide.
본원 명세서 전체에서, "Fe(Ⅱ) 및 Fe(Ⅲ)"이라는 용어는 Fe가 산화된 형태를 나타내는 것으로서, 상기 Fe(Ⅱ) 및 Fe(Ⅲ)는 2가 Fe(Fe2 +) 및 3가 Fe(Fe3 +)를 의미하며, 본원 명세서 전체에서, 반도체에 도핑된 물질로서 사용되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.Throughout the present specification, the term "Fe (Ⅱ) and Fe (Ⅲ)" is as shown in the form of Fe from being oxidized, wherein the Fe (Ⅱ) and Fe (Ⅲ) is a divalent Fe (Fe 2 +) and 3 Means Fe (Fe 3 + ), and may be used as a material doped in a semiconductor throughout the specification, but is not limited thereto.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples and drawings.
본원의 제 1 측면은, Fe-도핑된 제 1 반도체 및, 상기 제 1 반도체와 접촉하여 위치하는 제 2 반도체를 포함하고, 상기 Fe-도핑된 제 1 반도체 및 상기 제 2 반도체는 과산화수소-함유 용액에 존재하는 것인, 광촉매 활성 시스템을 제공한다.A first aspect of the present application is directed to a semiconductor device comprising a Fe-doped first semiconductor and a second semiconductor located in contact with the first semiconductor, wherein the Fe-doped first semiconductor and the second semiconductor comprise hydrogen peroxide- And a photocatalyst active system.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 반도체 또는 상기 제 2 반도체는 각각 p 형 또는 n 형 반도체인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 반도체는 상기 p 형 반도체일 수 있으며, 상기 제 2 반도체는 상기 n 형 반도체일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the first semiconductor or the second semiconductor may be a p-type or an n-type semiconductor, but the present invention is not limited thereto. For example, the first semiconductor may be the p-type semiconductor, and the second semiconductor may be the n-type semiconductor.
본원의 일 구현예에 따른 광촉매 활성 시스템의 개략도를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 본원의 일 구현예에 따른 광촉매 활성 시스템은, 과산화수소-함유 용액에 각각 p 형 또는 n 형 반도체인 상기 제 1 반도체와 상기 제 2 반도체가 접촉하여 존재하고, 상기 제 1 반도체 및 상기 제 2 반도체에서 빛을 흡수하여 상기 제 1 반도체에서 생성된 전자가 상기 제 2 반도체로 이동하는 것일 수 있으며, 상기 제 1 반도체 및 상기 제 2 반도체에서 빛을 흡수하여 상기 제 2 반도체에서 생성된 정공이 상기 제 1 반도체로 이동하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.A schematic diagram of a photocatalytic active system according to one embodiment of the present application is shown in FIG. 1, the photocatalytic active system according to an embodiment of the present invention is characterized in that the first semiconductor and the second semiconductor, which are p-type or n-type semiconductors, are in contact with the hydrogen peroxide-containing solution, And wherein electrons generated in the first semiconductor by absorption of light in the second semiconductor migrate to the second semiconductor, and wherein light is absorbed in the first semiconductor and the second semiconductor, The holes may be transferred to the first semiconductor, but the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 반도체 및 제 2 반도체는 상기 과산화수소를 함유하는 용액에 완전히 침지 또는 부분적으로 침지되어 존재하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first semiconductor and the second semiconductor may be, but not limited to, being completely immersed or partially immersed in the solution containing hydrogen peroxide.
본원의 일 구현예에 있어서, 빛의 흡수에 의하여 상기 Fe-도핑된 제 1 반도체에서 생성되어 상기 제 2 반도체로 이동된 전자는 상기 Fe와 반응하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, electrons generated in the Fe-doped first semiconductor and transferred to the second semiconductor by absorption of light may react with the Fe, but the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 반도체 및 제 2 반도체에서 생성된 정공은 상기 제 1 반도체의 가전자대로 이동해 표면에 흡착된 수분을 산화시켜 산화력이 강한 수산기 라디칼(OH radical)을 생성함으로써 광촉매 활성을 향상시킬 수 있다. 한 종류의 반도체를 포함하는 광촉매의 경우, 상기 반도체에서 생성된 전자 또는 정공이 재결합하기 쉬워 수산기 라디칼의 생성을 감소시키는 단점이 있는 반면, 본원의 일 구현예에 따른 광촉매 활성 시스템은 상기 p 형 반도체 및 상기 n 형 반도체의 2 개의 상이한 반도체를 포함함으로써 상기 생성된 전자와 정공의 재결합이 감소하기 때문에 상기 전자와 정공의 이동이 증가하고, 이로 인해 수산기 라디칼의 생성을 증가시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the holes generated in the first semiconductor and the second semiconductor migrate to the valence band of the first semiconductor to oxidize moisture adsorbed on the surface to generate hydroxyl radicals (OH radicals) having strong oxidative power The photocatalytic activity can be improved. In the case of a photocatalyst containing one type of semiconductor, electrons or holes generated in the semiconductor are easily recombined to reduce the generation of hydroxyl radicals. On the other hand, the photocatalytic active system according to one embodiment of the present invention is characterized in that the p- And the two different semiconductors of the n-type semiconductor reduce the recombination of the generated electrons and holes, so that the movement of the electrons and the holes increases, thereby increasing the generation of hydroxyl radicals. However, .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 반도체는 C3N4, C6N7, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first semiconductor may include but is not limited to those selected from the group consisting of C 3 N 4 , C 6 N 7 , and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 반도체는 WO3, Bi2VO4, TiO2, ZnO, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second semiconductor may include but is not limited to those selected from the group consisting of WO 3 , Bi 2 VO 4 , TiO 2 , ZnO, and combinations thereof .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 빛은 가시광선 또는 자외선을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 가시광선의 파장 범위는 약 400 nm 내지 약 700 nm, 약 400 nm 내지 약 600 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 500 nm 내지 약 700 nm, 또는 약 600 nm 내지 약 700 nm를 포함하는 것일 수 있고, 상기 자외선의 파장 범위는 약 200 nm 내지 약 400 nm, 약 254 nm 내지 약 400 nm, 약 254 nm 내지 약 350 nm, 약 254 nm 내지 약 300 nm, 약 300 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 350 nm 내지 약 400 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 광촉매 활성 시스템은 상기 가시광선 및/또는 자외선에 의해 반응하여 최종적으로 수산기 라디칼을 생성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the invention, the light may include, but is not limited to, visible light or ultraviolet light. For example, the wavelength range of the visible light is from about 400 nm to about 700 nm, from about 400 nm to about 600 nm, from about 400 nm to about 500 nm, from about 500 nm to about 700 nm, or from about 600 nm to about 700 nm Wherein the wavelength range of the ultraviolet light is from about 200 nm to about 400 nm, from about 254 nm to about 400 nm, from about 254 nm to about 350 nm, from about 254 nm to about 300 nm, from about 300 nm to about 300 nm Or from about 350 nm to about 400 nm, or from about 350 nm to about 400 nm. For example, the photocatalytic active system may react with the visible light and / or the ultraviolet light to ultimately generate a hydroxyl radical, but the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따른 광촉매 활성 시스템은, 상기 2 개의 반도체가 반응하여 수산기 라디칼을 생성하는 것과 동시에, 상기 제 1 반도체에 도핑된 Fe와 상기 과산화수소 사이의 펜톤 반응이 진행되어 수산기 라디칼 생성이 촉진되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 구체적으로, 상기 Fe의 펜톤 반응에 의해 과산화수소가 환원되는 동시에 Fe가 산화되어 수산기 라디칼이 생성되고, 상기 산화된 Fe는 제 1 반도체 또는 제 2 반도체에서 생성된 전자에 의해 환원되어, 연속적으로 Fe가 재생되어 공급되고, 계속해서 상기 수산기 라디칼이 생성되는 것일 수 있다.In the photocatalytic active system according to an embodiment of the present invention, the two semiconductors react to generate a hydroxyl radical, and the Fenton reaction between the Fe doped in the first semiconductor and the hydrogen peroxide proceeds to promote hydroxyl radical generation But may not be limited thereto. Specifically, the hydrogen peroxide is reduced by the Fenton reaction of Fe, the Fe is oxidized to generate a hydroxyl radical, and the oxidized Fe is reduced by the electrons generated from the first semiconductor or the second semiconductor, Regenerated and supplied, and subsequently the hydroxyl radical is generated.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 Fe는 Fe(Ⅱ) 또는 Fe(Ⅲ)를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 Fe가 Fe(Ⅱ)일 경우, 상기 Fe(Ⅱ)와 상기 과산화수소가 반응하여 Fe(Ⅲ)로 산화되고 상기 과산화수소는 환원되어 수산기 라디칼이 생성되며, 상기 Fe(Ⅲ)는 상기 제 1 반도체에서 상기 제 2 반도체로 이동한 전자에 의해 환원되어 Fe(Ⅱ)가 되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 Fe가 Fe(Ⅲ)일 경우, 상기 Fe(Ⅲ)는 상기 제 1 반도체에서 상기 제 2 반도체로 이동한 전자에 의해 환원되어 Fe(Ⅱ)가 되고, 상기 Fe(Ⅱ)는 상기 과산화수소와 반응하여 Fe(Ⅲ)로 산화되며 상기 과산화수소는 환원되어 수산기 라디칼이 생성되며, 상기 Fe(Ⅲ)는 상기 제 1 반도체에서 상기 제 2 반도체로 이동한 전자에 의해 환원되어 Fe(Ⅱ)가 되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the Fe may be Fe (II) or Fe (III) but is not limited thereto. For example, when the Fe is Fe (II), the Fe (II) reacts with the hydrogen peroxide to oxidize to Fe (III) and the hydrogen peroxide is reduced to generate a hydroxyl radical, And may be reduced to Fe (II) by electrons moved from the first semiconductor to the second semiconductor, but the present invention is not limited thereto. In another example, when the Fe is Fe (III), the Fe (III) is reduced by electrons migrating from the first semiconductor to the second semiconductor to become Fe (II) Is reacted with the hydrogen peroxide to be oxidized to Fe (III), the hydrogen peroxide is reduced to generate a hydroxyl radical, and the Fe (III) is reduced by the electrons migrating from the first semiconductor to the second semiconductor to form Fe ), But the present invention is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 펜톤 반응과 같이, 상기 광촉매 활성 시스템은 Fe(Ⅱ)가 연속적으로 재생(산화-환원)되어 공급되므로, 반복하여 상기 과산화수소와 반응함으로써 계속해서 상기 수산기 라디칼이 생성되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, as in the Fenton reaction, the photocatalytic active system is continuously supplied with regeneration (oxidation-reduction) of Fe (II), so that the hydroxyl radical is repeatedly produced by reacting with the hydrogen peroxide .
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광촉매 활성 시스템은, 상기 수산기 라디칼이 유기 오염물질을 분해할 수 있고, 멸균 및 악취를 제거하는데 이용할 수 있어, 환경오염 물질의 분해 효율을 증가시키기 위한 광촉매 또는 광촉매 시스템으로의 적용이 가능하다. In one embodiment of the present invention, the photocatalytic active system can decompose organic pollutants and can remove sterilization and odors. The photocatalytic activity system can be used as a photocatalyst or photocatalyst for increasing the decomposition efficiency of environmental pollutants. System can be applied.
이하, 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited thereto.
[[ 실시예Example ] ]
본원의 일 실시예에 따른 광촉매 시스템을 제조하기 위하여, 제 1 반도체로서 디시안디아미드(dicyandiamide), 제 2 반도체로서 암모늄 텅스테이트(ammonium tungstate), 및 Fe 도핑 물질로서 철의 할로겐염(iron halide)를 사용하였다. 본 실시예에서 사용된 암모늄 텅스테이트, 디시안디아미드, 철의 할로겐염, 테레프탈산(terephthalic acid), tert-부틸알콜(tert-butylalcohol), 파라-니트로페놀(para-nitrophenol), 5,5-디메틸-1-피롤린 N-옥사이드(5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide)는 시그마 알드리치 코리아에서 구입하였다. In order to manufacture a photocatalyst system according to an embodiment of the present invention, dicyandiamide is used as a first semiconductor, ammonium tungstate is used as a second semiconductor, and iron halide is used as an Fe doping material. Were used. Examples of the ammonium tungstate, dicyandiamide, the halogen salt of iron, terephthalic acid, tert-butylalcohol, para-nitrophenol, 5,5-dimethyl 5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide was purchased from Sigma-Aldrich Korea.
상기 광촉매 시스템은, 두-단계로 제 1 반도체인 C3N4 와 제 2 반도체인 WO3 를 각각 합성한 후, 상기 제 1 반도체와 상기 제 2 반도체를 결합하여 제조하는 방법을 이용하였으며, Fe[Fe(Ⅱ) 또는 Fe(Ⅲ)]는 상기 C3N4 에 도핑하였다. 상기 C3N4 및 상기 WO3의 복합체는 그라인딩(grinding) 및 열처리 과정을 거쳐 결합되었으며, 수 차례의 박리 및 세척 과정으로 정제함으로써 수득하였다.The photocatalyst system uses a method of synthesizing C 3 N 4 , a first semiconductor, and WO 3 , a second semiconductor, in a two-step manner, and then combining the first semiconductor and the second semiconductor. [Fe (II) or Fe (III)] was doped to the above C 3 N 4 . The composite of C 3 N 4 and WO 3 was bonded via a grinding and heat treatment process and was obtained by purifying by several peeling and washing processes.
상기 제 1 반도체 제조를 위해 1 g의 디시안디아미드와 12.6 mg의 철의 할로겐염을 세라믹 도가니에 넣어 퍼니스(furnace)를 이용하여 600℃에서 4 시간 동안 열처리 하였다(2.5 K/min).To prepare the first semiconductor, 1 g of dicyandiamide and 12.6 mg of a halogen salt of iron were placed in a ceramic crucible and heat-treated at 600 ° C for 4 hours (2.5 K / min) using a furnace.
상기 제 2 반도체 제조를 위해 암모늄 텅스테이트를 핫플레이트를 이용하여 550℃에서 4 시간 동안 열처리한 후, 원심분리기로 2 번 또는 3 번 반복하여 불순물을 제거한 다음 60℃에서 6 시간 이상 건조시켰다. For the second semiconductor production, ammonium tungstate was heat-treated at 550 ° C. for 4 hours using a hot plate, and then dried twice or three times with a centrifuge to remove impurities and then dried at 60 ° C. for 6 hours or more.
상기 제 1 반도체와 상기 제 2 반도체의 결합을 위해서, 상기 제 1 반도체 및 상기 제 2 반도체 물질을 2:1의 중량비로 혼합한 후 막자 사발에서 30 분 동안 분쇄한 후, 퍼니스를 이용하여 450℃에서 4 시간 동안 열처리하였다. In order to combine the first semiconductor and the second semiconductor, the first semiconductor and the second semiconductor material were mixed at a weight ratio of 2: 1, and then ground in a mortar for 30 minutes. Then, using a furnace, For 4 hours.
상기 제조된 광촉매의 실험을 위해, C3N4에 Fe(Ⅱ) 또는 Fe(Ⅲ)를 도핑한 단일 광촉매와 비교예로서 제조된 광촉매에 유기 오염물질인 파라-니트로페놀 10 ppm, 30 mL 용액에 상기 제조된 광촉매를 각각 분산시켜 시간이 지남에 따라 변화하는 파라-니트로페놀의 흡광도를 자외선-가시광 흡광기(UV-visible spectroscopy)를 이용해 관찰하였고, 이에 대한 결과를 도 2a 및 도 2b에 나타내었다. For the experiment of the photocatalyst prepared above, a single photocatalyst doped with Fe (II) or Fe (III) to C 3 N 4 and a photocatalyst prepared as a comparative example were mixed with 10 ppm of para-nitrophenol, The photocatalyst was dispersed in the above-prepared photocatalyst, and the absorbance of para-nitrophenol, which changed with time, was observed by UV-visible spectroscopy. The results are shown in FIGS. 2A and 2B .
상기 비교예로서, 그래파이트형 질화 탄소(graphitic carbon nitrides, g-C3N4)만을 사용한 광촉매를 이용하였고, 실시예로서 Fe(Ⅱ)C4N3는 Fe(Ⅱ)를 도핑한 C3N4이고, Fe(Ⅲ)C4N3는 Fe(Ⅲ)를 도핑한 C3N4을 이용하였다. 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, Fe(Ⅱ) 또는 Fe(Ⅲ)이 도핑 되었을 때 C3N4의 흡광도가 더 크게 관찰되었으며, 흡광도가 미세하게 적색 파장영역으로 이동하였고(도 2a), 모든 구조체의 밴드갭은 약 2.5 ev로 일치하는 것을 확인할 수 있었다(도 2b).As a comparative example, a photocatalyst using only graphitic carbon nitrides (gC 3 N 4 ) was used. As an example, Fe (II) C 4 N 3 is C 3 N 4 doped with Fe (II) , And Fe (III) C 4 N 3 was Fe (III) doped C 3 N 4 . As shown in FIGS. 2A and 2B, when Fe (II) or Fe (III) was doped, the absorbance of C 3 N 4 was observed to be larger and the absorbance shifted finely to the red wavelength region (FIG. The band gaps of all the structures were confirmed to be about 2.5 eV (Fig. 2B).
도 2c는 g-C3N4, Fe(Ⅱ)C4N3, 및 Fe(Ⅲ)C4N3의 X-선 회절 분석법(X-ray diffraction spectroscopy, XRD)을 이용하여 합성물의 결정도를 측정한 결과를 나타냈다. 도 2c를 참고하면, 27.4 ° 및 13.1°에서 상기 제 1 반도체 물질들의 결정도가 나타났으며, 상기 제 2 반도체 물질 또한 모노클리닉 구조(JCPDF 43-1035)와 일치하였다.FIG. 2c is a graph showing the crystallinity of a compound using X-ray diffraction spectroscopy (XRD) of gC 3 N 4 , Fe (II) C 4 N 3 and Fe (III) C 4 N 3 Results are shown. Referring to FIG. 2C, ° and 13.1 ° showed the crystallinity of the first semiconductor materials, and the second semiconductor material also coincided with the monoclinic structure (JCPDF 43-1035).
도 3은, 상기 g-C3N4(비교예), Fe(Ⅱ)C4N3, 및 Fe(Ⅲ)C4N3를 포함하는 제 1 반도체와 상기 제 1 반도체들에 제 2 반도체를 결합하여 제조한 광촉매의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 나노시트 구조의 상기 제 1 반도체[도 3의 (a) 내지 (c)]와 입자 모양의 상기 제 2 반도체[도 3의 (d) 내지 (f)]를 확인할 수 있었다.FIG. 3 is a graph showing a relationship between a first semiconductor containing gC 3 N 4 (comparative example), Fe (II) C 4 N 3 , and Fe (III) C 4 N 3 and a second semiconductor The SEM image of the photocatalyst prepared by the above method is shown in FIG. As shown in Fig. 3, the first semiconductor (Fig. 3 (a) to (c)) of the nanosheet structure and the second semiconductor (Fig. 3 (d) to there was.
상기 제 1 반도체와 상기 제 2 반도체를 결합하여 제조한 광촉매의 흡광도를 관찰하였으며, 이에 대한 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4를 통해, 200 nm 내지 400 nm에서의 흡광도는 제 1 반도체에서, 400 nm 근처의 흡수 파장은 제 2 반도체에서 여기된 것을 알 수 있었다. The absorbance of the photocatalyst prepared by combining the first semiconductor and the second semiconductor was observed. The results are shown in FIG. It can be seen from FIG. 4 that the absorbance at 200 nm to 400 nm is excited in the first semiconductor and the absorption wavelength near 400 nm is excited in the second semiconductor.
도 5는, 제 1 반도체의 비교예 및 상기 광촉매의 자외선 및/또는 가시광선에 따른 광촉매 활성을 나타낸 것이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 반도체만의 자외선 및/또는 가시광선에 따른 광촉매 활성이 전체적으로 낮게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 5 shows the comparative example of the first semiconductor and the photocatalytic activity of the photocatalyst according to ultraviolet rays and / or visible light. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the photocatalytic activity of the first semiconductor only with the ultraviolet light and / or the visible light was low as a whole.
상기 제 1 반도체와 상기 제 2 반도체를 결합하여 제조한 광촉매의 펜톤 반응 유도를 위해, 상기 광촉매 실험 환경에 과산화수소수(H202) 극미량을 추가해 시간이 지남에 따라 변화하는 파라-니트로페놀의 흡광도를 자외선-가시광선 흡광기를 통해 관찰하였으며, 이에 대한 결과를 도 6에 나타내었다. In order to induce the Fenton reaction of the photocatalyst produced by combining the first semiconductor and the second semiconductor, a method of adding para-nitrophenol which changes over time by adding a hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 ) The absorbance was observed through an ultraviolet-visible light absorber, and the results are shown in Fig.
도 6에 따르면, Fe 가 도핑 되지 않은 구조체의 경우 과산화수소 유무에 상관없이 결과가 같았으며, 펜톤 반응이 유도되지 않은 것을 알 수 있었다. 그러나, 상기 Fe(Ⅱ) 또는 Fe(Ⅲ)가 도핑된 제 1 반도체를 포함하는 광촉매의 경우 과산화수소의 첨가에 따라 약 2 배의 효율 증가가 관찰되었고, 이로 인해 펜톤 반응이 유도되었음을 알 수 있었다.According to FIG. 6, the results were the same regardless of the presence or absence of hydrogen peroxide in the Fe-doped structure, and it was found that the Fenton reaction was not induced. However, in the case of the photocatalyst including the first semiconductor doped with Fe (II) or Fe (III), an increase in efficiency was observed about twice as much as the addition of hydrogen peroxide. As a result, it was found that the Fenton reaction was induced.
도 7a 내지 도 7c는, 수산기 라디칼의 생성을 확인하기 위한 정량 분석 결과로서, 각각 g-C3N4(비교예), Fe(Ⅱ)C4N3, 및 Fe(Ⅲ)C4N3를 포함하는 제 1 반도체와 상기 제 1 반도체들에 제 2 반도체를 결합하여 제조한 광촉매의 전자 상자성 공명(electron paramagnetic resonance) 분석 결과를 나타낸 것이다. 상기 전자 상자성 공명 분석을 위해, 광촉매 분석 환경에 5,5-다이메틸-1-피롤라인 N-옥사이드(DMPO) 10 μL를 추가하고 시간에 지남에 따라 변화하는 DMPO-OH의 양을 분석하였다. 7A to 7C show the results of quantitative analysis for confirming the formation of hydroxyl radicals, including gC 3 N 4 (comparative example), Fe (II) C 4 N 3 , and Fe (III) C 4 N 3 FIG. 3 is a graph showing the results of electron paramagnetic resonance analysis of a photocatalyst produced by combining a first semiconductor with a first semiconductor and a second semiconductor with the first semiconductors. FIG. For the electron paramagnetic resonance analysis, 10 μL of 5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide (DMPO) was added to the photocatalytic assay environment and the amount of DMPO-OH that changed over time was analyzed .
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 과산화수소의 유무에 따라, 상기 비교예는 아무런 변화가 없었으며, 상기 실시예인 Fe(Ⅱ)가 도핑된 제 1 반도체 또는 Fe(Ⅲ)가 도핑된 제 1 반도체에 각각 제 2 반도체를 결합한 광촉매는 둘 다 과산화수소가 존재할 때 더 높은 강도를 나타내었다. 이는, 상기 실시예의 광촉매는 과산화수소의 존재로 인해, 더 많은 수산기 라디칼을 생성하며, 상기 DMPO-OH의 생성여부를 통해 수산기 라디칼의 발생량을 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 7A to 7C, according to the presence or absence of hydrogen peroxide, there was no change in the comparative example, and the first semiconductor doped with Fe (II) or the first semiconductor doped with Fe (III) Both photocatalysts, each of which combined with the second semiconductor, exhibited higher strength when both hydrogen peroxide were present. It can be seen that the photocatalyst of the above example generates more hydroxyl radicals due to the presence of hydrogen peroxide, and the amount of hydroxyl radicals can be measured through the generation of DMPO-OH.
상기 Fe(Ⅱ) 또는 Fe(Ⅲ)가 도핑된 제 1 반도체와 제 2 반도체를 결합하여 제조한 광촉매의 스캐빈저(scavenger) 분석을 위해, 광촉매 분석 환경에 수산기 라디칼 스캐빈저인 tert-부틸알콜(TBA)을 첨가하여 시간이 지남에 따라 변화하는 파라-니트로페놀(PNP)의 흡광도를 관찰하였다. 상기 스캐빈저는 수산기 라디칼과 반응하여 수산기 라디칼을 소거하는 역할을 하는 물질로서, 도 8에 나타낸 바와 같이, Fe가 도핑되지 않은 구조체의 경우 스캐빈저 유무에 따른 영향을 받지 않지만, Fe가 도핑된 구조체는 스캐빈저가 첨가된 후 광촉매 효율이 줄어드는 것이 관찰되었다. 이를 통해, 상기 Fe 도핑을 통해 추가적으로 생성되는 수산화 라디칼이 존재함을 확인할 수 있었다. For the scavenger analysis of the photocatalyst prepared by combining the first semiconductor doped with Fe (II) or Fe (III) and the second semiconductor, in order to analyze the photocatalytic analytical environment, tert-butyl hydroxyl radical scavenger The absorbance of para - nitrophenol (PNP), which changes with time by addition of alcohol (TBA), was observed. The scavenger reacts with a hydroxyl radical to eliminate a hydroxyl radical. As shown in FIG. 8, a structure without Fe doping is not affected by the presence or absence of a scavenger, but Fe is doped It was observed that the photocatalytic efficiency of the structure decreased after the scavenger was added at low cost. As a result, it was confirmed that hydroxyl radicals are additionally generated through Fe doping.
도 9 는, 각각 g-C3N4(비교예), Fe(Ⅱ)C4N3, 및 Fe(Ⅲ)C4N3를 포함하는 제 1 반도체와, 상기 제 1 반도체들에 제 2 반도체를 결합하여 제조한 광촉매의 수산기 라디칼의 형광 강도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 형광 분석을 위해 광촉매 분석환경에 테레프탈산(TA)을 첨가하여 시간이 지남에 따라 상기 수산기 라디칼과 상기 TA가 결합하여 2-히드로테레프탈산(2-hydroterephthalic acid)이 생성됨으로써 나타내는 형광 강도를 측정하였다. FIG. 9 is a graph showing the relationship between a first semiconductor including gC 3 N 4 (comparative example), Fe (II) C 4 N 3 , and Fe (III) C 4 N 3 , And the fluorescence intensity of the hydroxyl radical of the photocatalyst produced by the coupling was measured. Terephthalic acid (TA) was added to the photocatalytic analysis environment for fluorescence analysis, and the intensity of fluorescence indicating that 2-hydroterephthalic acid was generated by binding of the hydroxyl radical to the TA over time was measured.
도 9를 참조하면, 형광 강도는 시간이 지남에 따라 증가하였으며, 이것은 광촉매 시스템에 있어서 수산기 라디칼이 중요한 역할을 하며, 상기 수산기 라디칼의 생성이 증가할수록 상기 광촉매의 활성도 증가한다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 9, the fluorescence intensity increased with time, indicating that hydroxyl radicals play an important role in the photocatalytic system, and that the activity of the photocatalyst increases as the hydroxyl radical generation increases.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
Claims (8)
상기 제 1 반도체와 접촉하여 위치하는 제 2 반도체를 포함하는, 광촉매 활성 시스템에 있어서,
상기 Fe-도핑된 제 1 반도체 및 상기 제 2 반도체는 과산화수소-함유 용액에 존재하는 것이고,
상기 제 1 반도체 및 상기 제 2 반도체는 각각 p 형 또는 n 형 반도체로서, 서로 상이한 반도체이며,
상기 광촉매 활성 시스템은 Fe(Ⅱ)가 연속적으로 재생(산화-환원)되어 공급되므로, 반복하여 상기 과산화수소와 반응함으로써 계속해서 수산기 라디칼이 생성되는 것인,
광촉매 활성 시스템.
An Fe-doped first semiconductor,
And a second semiconductor located in contact with the first semiconductor,
Wherein the Fe-doped first semiconductor and the second semiconductor are present in a hydrogen peroxide-containing solution,
Wherein the first semiconductor and the second semiconductor are p-type or n-type semiconductors, respectively,
The photocatalytic active system is characterized in that the Fe (II) is continuously supplied (redox-converted) and supplied, so that the hydroxyl radical is repeatedly produced by reacting with the hydrogen peroxide.
Photocatalytic active system.
상기 제 1 반도체 및 상기 제 2 반도체에서 빛을 흡수하여 생성된 전자가 상기 제 2 반도체로 이동하는 것인, 광촉매 활성 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein electrons generated by absorbing light in the first semiconductor and the second semiconductor migrate to the second semiconductor.
상기 제 1 반도체 및 상기 제 2 반도체에서 빛을 흡수하여 생성된 정공이 상기 제 1 반도체로 이동하는 것인, 광촉매 활성 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the holes generated by the absorption of light in the first semiconductor and the second semiconductor migrate to the first semiconductor.
상기 제 1 반도체에 도핑된 Fe와 상기 과산화수소 사이에 펜톤 반응이 진행되어 수산기 라디칼이 생성되는 것인, 광촉매 활성 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein a Fenton reaction proceeds between Fe doped in the first semiconductor and the hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals.
상기 제 1 반도체는 C3N4, C6N7, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광촉매 활성 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first semiconductor comprises a material selected from the group consisting of C 3 N 4 , C 6 N 7 , and combinations thereof.
상기 제 2 반도체는 WO3, Bi2VO4, TiO2, ZnO, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광촉매 활성 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the second semiconductor comprises a material selected from the group consisting of WO 3 , Bi 2 VO 4 , TiO 2 , ZnO, and combinations thereof.
상기 Fe는 Fe(Ⅱ) 또는 Fe(Ⅲ)를 포함하는 것인, 광촉매 활성 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the Fe comprises Fe (II) or Fe (III).
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |