KR102175462B1 - Visible light-activated photocatalyst and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가시광 활성 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 가시광선 영역에서 광촉매 활성을 갖는 가시광 활성 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a visible light-active photocatalyst and a method for producing the same, and more particularly, to a visible light-active photocatalyst having photocatalytic activity in the visible light region, and a method for producing the same.
광촉매(photocatalyst)는 빛에너지를 흡수하여 광화학 반응을 개시하고, 촉매로서 광화학 반응을 촉진하는 화합물을 말한다. 이러한 광촉매는 촉매활성에 의해서 강력한 산화력으로 유기물질과 같은 환경오염물질을 산화분해하는 것에 이용되고 있다.A photocatalyst refers to a compound that absorbs light energy to initiate a photochemical reaction and promotes a photochemical reaction as a catalyst. These photocatalysts are used to oxidize and decompose environmental pollutants such as organic substances with strong oxidizing power by catalytic activity.
광촉매는 밴드캡 이상의 에너지를 갖는 자외선을 조사하여 가전자대에서 전도대로의 전자의 천이가 일어나고 가전자대에서 홀이 형성된다. 이 전자와 정공은 분말의 표면으로 확산되고, 산소 및 수분에 접촉하여 산화환원 반응을 일으키거나 열을 발생시킨다.The photocatalyst is irradiated with ultraviolet rays having an energy greater than or equal to the band cap, so that electrons transition from the valence band to the conduction band and holes are formed in the valence band. These electrons and holes diffuse to the surface of the powder and contact oxygen and moisture to cause a redox reaction or generate heat.
즉 전자는 산소를 환원시켜 슈퍼옥사이드음이온(O2-)을 생성시키고, 가전자대의 정공은 수분을 산화해서 히드록시기 라디칼을(hydroxyl radical,OH-)을 형성한다. 이때 생성된 히드록시기 라디칼은 유기물질들을 산화분해할 수 있기 때문에 공기중에 존재하는 악취물질, 바이러스 및 박테리아 같은 세균등을 물과 이산화탄소로 산화분해하게 된다.I.e. electrons by reduction of oxygen superoxide anion to produce a hole in the valence band is a hydroxyl radical to oxidize the water (O 2) - to form a (hydroxyl radical, OH). Since the hydroxy radicals generated at this time can oxidatively decompose organic substances, odorous substances present in the air, bacteria such as viruses and bacteria are oxidatively decomposed into water and carbon dioxide.
이산화티타늄(TiO2)은 388nm 이하의 자외선을 흡수하여 반응함으로써 전자(전도대)와 정공(가전자대)이 생성된다. 광원으로 사용되는 자외선은 태양광 외에 램프, 백열전등 및 수은램프와 같은 인공조명 및 발광다이오드가 사용될 수 있다. 생성된 전자와 정공은 10-12 내지 10-9초 만에 재결합하지만, 재결합하기 전에 오염물질 등이 표면에 흡착하게 되면 전자와 정공에 의해 오염물질이 분해된다. Titanium dioxide (TiO 2 ) absorbs and reacts with ultraviolet rays of 388 nm or less, thereby generating electrons (conduction band) and holes (valence band). Ultraviolet rays used as a light source may be artificial lighting such as lamps, incandescent lamps and mercury lamps, and light-emitting diodes in addition to sunlight. The generated electrons and holes recombine in 10 -12 to 10 -9 seconds, but if contaminants are adsorbed on the surface before recombination, the contaminants are decomposed by the electrons and holes.
그러나 이산화티타늄 분말의 밴드갭에너지(380nm 이상의 파장)를 태양광에서 획득하는데, 그 광의 2 % 정도 이용할 수 있으므로, 태양광의 주요 파장인 가시광영역(400 ~ 800nm)에서 원활한 촉매 활성을 갖는데에는 어려움이 있다. 즉, 가시광선에 감응하게 하기 위해서는 광촉매의 밴드갭을 효과적으로 줄이고 빛 흡수를 통해 발생되는 전자/정공 쌍을 효율적으로 분리시키는 것이 필수적인데 이산화티타늄 분말의 가시광 감응형 광촉매에서 효율은 아직까지 공기청정 분야에 상용화되기 위한 수준에는 못 미치고 있는 실정이다.However, since the band gap energy (wavelength of 380 nm or more) of titanium dioxide powder is obtained from sunlight, about 2% of the light is available, it is difficult to have smooth catalytic activity in the visible light region (400 ~ 800 nm), which is the main wavelength of sunlight. have. In other words, in order to be sensitive to visible light, it is essential to effectively reduce the band gap of the photocatalyst and to efficiently separate the electron/hole pairs generated through light absorption. The efficiency of the visible light-sensitive photocatalyst of titanium dioxide powder is still in the field of air cleaning. The situation is not reaching the level for commercialization in the market.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로 가시광선 영역에서 광촉매 활성을 갖는 가시광 활성 광촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a visible light active photocatalyst having photocatalytic activity in the visible light region and a method for manufacturing the same.
상기와 같은 문제점을 해결하고 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 가시광 활성 광촉매 및 이의 제조방법은 무기산화물, 상기 무기산화물 표면의 적어도 일부 상에 형성된 코팅층, 및 상기 코팅층이 형성되지 않은 무기산화물 표면에 형성된 완충층을 포함하며, 상기 코팅층은 알루미늄화합물로 이루어지며, 상기 완충층은 철 산화물로 이루어진다.In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention provides a visible light-activated photocatalyst and a method for manufacturing the same, including an inorganic oxide, a coating layer formed on at least a part of the surface of the inorganic oxide, and a buffer layer formed on the surface of the inorganic oxide on which the coating layer is not formed. Including, the coating layer is made of an aluminum compound, the buffer layer is made of iron oxide.
상기 무기산화물은 Ti, Zn, Al 및 Sn 중 적어도 하나를 포함하는 산화물로 이루어진다.The inorganic oxide is made of an oxide containing at least one of Ti, Zn, Al, and Sn.
상기 무기산화물은 TiO2이다.The inorganic oxide is TiO 2 .
상기 무기산화물의 형태는 버드, 분말, 로드, 와이어, 니들 및 섬유 형태중 적어도 하나의 형태를 가지며, 상기 무기산화물의 크기는 1nm 내지 300nm이다.The form of the inorganic oxide has at least one form of bud, powder, rod, wire, needle, and fiber, and the size of the inorganic oxide is 1 nm to 300 nm.
상기 철 산화물은 질산철 또는 염화철이다.The iron oxide is iron nitrate or iron chloride.
상기 코팅층은 상기 무기산화물 표면 상에 수직방향으로 교번하여 형성되며, 상기 완충층은 형성된 코팅층과 코팅층 사이에 형성된다.The coating layers are formed alternately in a vertical direction on the surface of the inorganic oxide, and the buffer layer is formed between the formed coating layer and the coating layer.
상기 광촉매의 비표면적은 5 (m2/g) 이상이고, 평균 기공 크기는 50nm 이하이다.The specific surface area of the photocatalyst is 5 (m 2 / g) or more, and the average pore size is 50 nm or less.
한편, 본 발명의 가시광 활성 광촉매의 제조방법은 무기산화물을 준비하는 단계, 상기 무기산화물 표면의 적어도 일부상에 알루미늄 화합물로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 코팅층이 형성되지 않은 무기산화물 표면에 철 산화물로 이루어진 완충층을 형성하는 단계를 포함한다.On the other hand, the method of manufacturing a visible light-activated photocatalyst of the present invention includes preparing an inorganic oxide, forming a coating layer made of an aluminum compound on at least a part of the surface of the inorganic oxide, and iron oxide on the surface of the inorganic oxide on which the coating layer is not formed. And forming a buffer layer consisting of.
상기 완충층을 형성하는 단계는, 표면의 적어도 일부상에 코팅층이 형성된 무기산화물을 철이온 함유 수용액에 침지하는 단계를 포함한다.The step of forming the buffer layer includes immersing the inorganic oxide having a coating layer formed on at least a portion of the surface in an aqueous solution containing iron ions.
상기 철이온 함유 수용액은 질산철 수용액 또는 염화철 수용액이다.The iron ion-containing aqueous solution is an aqueous iron nitrate solution or an aqueous iron chloride solution.
상기 코팅층을 형성하는 단계는 TR-CVD(temperature-regulated chemical vapor deposition)을 이용하여 증착하는 단계를 포함한다.Forming the coating layer includes depositing using temperature-regulated chemical vapor deposition (TR-CVD).
상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 무기산화물 표면의 적어도 일부상에 유기물로 이루어진 보조층을 형성하는 단계, 상기 보조층이 형성된 무기산화물 표면에 알루미늄화합물을 코팅하는 단계 및 상기 보조층을 제거하기 위해 상기 알루미늄화합물이 코팅된 무기산화물을 열처리하는 단계를 포함한다.The forming of the coating layer includes forming an auxiliary layer made of an organic material on at least a part of the surface of the inorganic oxide, coating an aluminum compound on the surface of the inorganic oxide on which the auxiliary layer is formed, and removing the auxiliary layer. And heat-treating the inorganic oxide coated with the aluminum compound.
상기 유기물은 스테아산이다.The organic material is stearic acid.
상기 보조층을 형성하는 단계에서 상기 보조층은 상기 무기산화물 표면의 수직방향으로 교번하여 돌출형성된다.In the step of forming the auxiliary layer, the auxiliary layers are formed to protrude alternately in the vertical direction of the surface of the inorganic oxide.
상기 알루미늄화합물을 코팅하는 단계에서 상기 알루미늄화합물은 상기 보조층이 형성되지 않은 부분에 코팅된다.In the step of coating the aluminum compound, the aluminum compound is coated on a portion where the auxiliary layer is not formed.
본 발명에 따른 가시광 활성 광촉매 및 이의 제조방법은 무기산화물 표면의 적어도 일부상에 알루미늄화합물로 이루어진 코팅층을 형성시킨 이후, 철이온 함유 수용액에 코팅층이 형성된 무기산화물을 침지시킴으로서 가시광 영역에서의 광촉매의 활성을 증가시킬 수 있는 가시광 활성 광촉매를 얻을 수 있는 효과를 갖는다.The visible light-activating photocatalyst and its manufacturing method according to the present invention include forming a coating layer made of an aluminum compound on at least a part of the surface of the inorganic oxide, and then immersing the inorganic oxide on which the coating layer is formed in an aqueous solution containing iron ions to activate the photocatalyst in the visible region. It has the effect of obtaining a visible light-active photocatalyst capable of increasing.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가시광 활성 광촉매를 도시한도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가시광 활성 광촉매를 철이온 함유 수용액에 침지시키는 것을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 가시광 활성 광촉매 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가시광 활성 광촉매 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가시광 활성 광촉매 제조방법을 도시한 도면이다.1 is a view showing a visible light active photocatalyst according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing immersion of a visible light-active photocatalyst in an aqueous solution containing iron ions according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a flow chart showing a method of manufacturing a visible light active photocatalyst according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a visible light active photocatalyst according to another embodiment of the present invention.
5 is a view showing a method of manufacturing a visible light active photocatalyst according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가시광 활성 광촉매 및 이의 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, a visible light active photocatalyst and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it is to be understood as including all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown to be enlarged compared to the actual size for clarity of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of being added.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.
도 1 내지 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 활성 광촉매는 무기산화물(100), 코팅층(200) 및 완충층(300)을 포함할 수 있다.1 to 2, the visible light-active photocatalyst according to an embodiment of the present invention may include an
무기산화물(100)은 빛 에너지를 흡수하여 촉매 활성을 나타내는 무기반도체화합물로서, Ti, Zn, Al, Fe, W, Sn, Bi, Ta, Cu, Si, Ru, Sr, Ba 및 Ce으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에서 무기산화물(100)은 Ti 계열의 이산화티나늄(TiO2)일 수 있으나, 이에 한정하지 않고, Al2O3, ZnO2, ZnO, SrTiO3, Fe2O3, Ta2O5, WO3, SnO2, Bi2O3, NiO, Cu2O, SiO, SiO2, MoS2, InPb, RuO2 및 CeO2를 포함할 수 있다. 또한 CdS, GaP, InP, GaAs 및 InPb 등의 반도체 화합물을 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the
무기산화물(100)은 크기가 1nm 이상; 10nm 이상; 100nm 이상; 30nm 내지 500㎛; 30nm 내지 100㎛; 또는 30nm 내지 1㎛이다. 여기서 크기는 형태에 따라 직경, 두께, 길이등일 수 있다.The
무기산화물(100)은 비드, 분말, 로드, 와이어, 니들 및 섬유 형태로 이루어진군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
코팅층(200)은 광촉매의 다공도 저하를 방지하고, 표면에 수분, OH- 이온 및 분해대상물질의 흡착량을 증가시켜 광분해 성능을 향상시키는 것으로서, 상기 무기산화물(100) 표면에 적어도 일부상에 코팅되어 형성된다. 여기서 코팅층(200)은 알루미늄 화합물일 수 있다. 코팅층(200)은 추후 완충층(300)의 일부만이 무기산화물(100)과 결합될 수 있도록 무기산화물(100)의 일부분 상에만 형성된다. 구체적으로 코팅층(200)은 무기산화물(100) 표면 상의 일부분에는 형성되고, 나머지 부분에는 형성되지 않을 수 있다. 코팅층(200)은 보조층(210)의 형태에 따라 다양한 형태를 가질 수 있으며, 무기산화물(100) 표면 상에서 보조층(210)이 형성된 부분과 형성되지 않은 부분이 교번하도록 하는 경우, 보조층(210)이 형성된 부분에서 코팅층(200)이 형성되지 않으며, 보조층(210)이 형성되지 않은 부분에서 코팅층(200)이 형성된다. 따라서, 보조층(210)이 형성된 부분과 형성되지 않은 부분이 교번하는 경우, 코팅층(200)이 형성되지 않은 부분과 형성된 부분이 교번하게 된다.The
더불어, 보조층(210)은 무기산화물(100)의 표면 상의 일부분에 각 표면의 수직방향으로 돌출 형성되므로, 무기산화물(100)의 형태가 사각형태인 경우, 모서리 부분에는 형성되지 않게 되며, 따라서 보조층(210)이 모서리 부분에도 구현된다. 이는 도 5를 참조하면 이해 가능할 것이다.In addition, since the
알루미늄화합물은 상기 무기산화물이 바인더 또는 페인트등의 매질과 혼합에 용이하게 하며, 완충층(300) 중에 일부분 무기산화물(100)에 결합되도록 한다. 본 발명에서 알루미늄화합물로는 산화알루미늄(알루미나)을 예시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 수산화알루미늄 및 알루민산염등을 포함할 수 있다.The aluminum compound facilitates mixing of the inorganic oxide with a medium such as a binder or paint, and partially binds to the
코팅층(200)은 두께가 0.01nm 이상; 0.1nm 이상; 10nm 이상; 또는 1nm 내지 100nm를 갖는다. 여기서 크기는 형태에 따라 길이, 직경, 두께 등일 수 있다.The
완충층(300)은 가시광 영역에서 광촉매 활성을 증가시켜 광분해 효율을 향상시키는 것으로서 철 산화물로 이루어지며, 철 산화물은 질산철과 염화철을 포함할 수 있다.The
질산철은 질산제일철(Fe(NO3)2·6H2O) 및 질산제이철(Fe(NO3)3·6H2O)을 포함하며, 염화철은 염화제일철(FeCl2) 및 염화제이철(FeCl3)을 포함할 수 있다.Iron nitrate may include ferrous nitrate (Fe(NO3)2·6H2O) and ferric nitrate (Fe(NO3)3·6H2O), and iron chloride may include ferrous chloride (FeCl 2 ) and ferric chloride (FeCl 3 ). .
또한 철 산화물은 산화철과 수산화철을 포함할 수 있다. 산화철은 산화제일철(FeO), 산화제이철(Fe2O3) 및 사산화삼철(Fe3O4)을 포함하고, 수산화철은 수산화철(Fe(OH)2) 및 수산화제이철(Fe(OH)3)을 포함할 수 있다.In addition, the iron oxide may include iron oxide and iron hydroxide. Iron oxide contains ferrous oxide (FeO), ferric oxide (Fe 2 O 3 ) and triiron tetraoxide (Fe 3 O 4 ), and iron hydroxide contains iron hydroxide (Fe(OH) 2 ) and ferric hydroxide (Fe(OH) 3 ). Can include.
철 산화물의 함량은 무기산화물(100) 대비 0.001 내지 10 중량%; 0.01 내지 10 중량%; 0.01 내지 3 중량%; 0.01 내지 1.5 중량%; 또는 0.01 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.The content of iron oxide is 0.001 to 10% by weight relative to the inorganic oxide (100); 0.01 to 10% by weight; 0.01 to 3% by weight; 0.01 to 1.5% by weight; Or it may be included in 0.01 to 1% by weight.
철 산화물의 함량이 증가하면, 가시광 영역에서의 흡수를 증가시킬 수 있으나, 광촉매 활성이 저하될 수 있으므로, 상기 범위 내의 철의 함량을 포함하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게 상기 철 산화물의 함량은 0.01 내지 1중량%일 수 있다.If the content of iron oxide is increased, absorption in the visible light region may be increased, but photocatalytic activity may be decreased, so it is preferable to include the content of iron within the above range, and more preferably, the content of iron oxide is 0.01 It may be to 1% by weight.
본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 활성 광촉매의 파장 영역은 자외선에서 가시광선 영역까지 확대될 수 있다. 따라서, 400nm 이상의 가시광선 영역에서 광촉매 활성을 나타낼 수 있다.The wavelength region of the visible light-activating photocatalyst according to an embodiment of the present invention may extend from ultraviolet light to visible light. Accordingly, it is possible to exhibit photocatalytic activity in a visible light region of 400 nm or more.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 활성 광촉매는 30% 이하의 습도의 건식조건에서도 광촉매 활성을 나타내어, 분해대상물질을 흡착 및 분해시킬 수 있는 광촉매 반응성이 향상된다.In addition, the visible light-active photocatalyst according to an embodiment of the present invention exhibits photocatalytic activity even under a dry condition of 30% or less humidity, thereby improving photocatalytic reactivity capable of adsorbing and decomposing a decomposition target material.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 활성 광촉매의 비표면적은 5 (m2/g) 이상; 5 (m2/g) 내지 1000 (m2/g); 또는 5 (m2/g) 내지 100 (m2/g)일 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 가시광 활성 광촉매의 평균 기공 크기는 50 nm 이하일 수 있다.In addition, the specific surface area of the visible light-active photocatalyst according to an embodiment of the present invention is 5 (m 2 /g) or more; 5 (m 2 /g) to 1000 (m 2 /g); Alternatively, it may be 5 (m 2 /g) to 100 (m 2 /g). In addition, the average pore size of the visible light-active photocatalyst according to an embodiment of the present invention may be 50 nm or less.
이러한 가시광 활성 광촉매는 할로겐램프, 제논램프, 태양광 및 발광다이오드등 여러 광선을 포함하는 빛 에너지에 의해서 광 활성을 통해 기체, 액체 및 고체 물질 중 적어도 하나를 흡착 및/또는 광분해하여 환경오염물질, 악취 물질, 유기화합물 및 산성가스 등의 처리에 이용될 수 있다.These visible light-activated photocatalysts adsorb and/or photodegrade at least one of gas, liquid, and solid materials through photoactivation by light energy including various rays such as halogen lamps, xenon lamps, sunlight and light emitting diodes, and environmental pollutants, It can be used for treatment of odorous substances, organic compounds and acid gases.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 활성 광촉매의 제조방법은 무기산화물을 준비하는 단계(S100), 무기산화물(100) 표면의 적어도 일부상에 알루미늄화합물로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계(S200), 코팅층(200)이 형성되지 않은 무기산화물(100) 표면에 철 산화물로 이루어진 완충층을 형성하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.3, the method of manufacturing a visible light-active photocatalyst according to an embodiment of the present invention includes preparing an inorganic oxide (S100), forming a coating layer made of an aluminum compound on at least a part of the surface of the
상기 무기산화물을 준비하는 단계(S100)는 무기산화물(100) 분산액을 준비하거나 무기산화물(100)을 기판상에 도포하는 단계이다. 분산액은 수성용매, 유성용매 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 기판은 실리콘 기판, 웨이퍼, 유리기판 및 반도체기판등을 포함할 수 있다.The step of preparing the inorganic oxide (S100) is a step of preparing a dispersion of the
코팅층을 형성하는 단계(S200)에서 코팅법으로는 습식 코팅법, 스퍼터링법 및 증착법을 이용할 수 있다. 증착법을 이용하는 경우, ALD(atomic layer deposition) 또는, CVD(temperature-regulated chemical vapor deposition)등의 증착법을 이용할 수 있다. In the step of forming the coating layer (S200), a wet coating method, a sputtering method, and a deposition method may be used as the coating method. When using the vapor deposition method, a vapor deposition method such as atomic layer deposition (ALD) or temperature-regulated chemical vapor deposition (CVD) may be used.
추가적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, TR-CVD(온도 조절식 화학 증착법, temperature-regulated chemical vapor deposition)를 이용하여 알루미늄화합물을 증착시킴으로써 코팅층(200)을 형성할 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the
코팅층을 형성하는 단계(S200)는 알루미늄화합물의 기화 공정에 의한 증착을 유도하기 위해서 상온 내지 120 ℃에서 실시되고, 바람직하게는 40 ℃ 내지 100 ℃; 더 바람직하게는 60 ℃ 내지 100 ℃에서 실시될 수 있다.The step of forming the coating layer (S200) is performed at room temperature to 120°C, preferably 40°C to 100°C in order to induce deposition by the vaporization process of the aluminum compound; More preferably, it may be carried out at 60 ℃ to 100 ℃.
코팅층을 형성하는 단계(S200)에 따르면 무기산화물(100) 대비 0.01 중량% 내지 20 중량%의 알루미늄화합물로 이루어진 코팅층(200)을 무기산화물(100) 표면의 일부 상에 형성할 수 있다.According to the step of forming the coating layer (S200), a
코팅층을 형성하는 단계(S200)에서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 복수의 열처리하는 단계가 수행될 수 있다. 예컨대 열처리하는 단계가 복수인 경우, 각 열처리하는 단계에서의 온도는 상이할 수 있다. 예컨대, 하나의 단계는 50 ℃ 내지 900 ℃에서 수행되고, 나머지 단계는 100 ℃ 내지 800 ℃; 온도에서 수행될 수 있다.In the step of forming the coating layer (S200), according to an embodiment of the present invention, a plurality of heat treatment steps may be performed. For example, when there are a plurality of heat treatment steps, temperatures in each heat treatment step may be different. For example, one step is carried out at 50 ℃ to 900 ℃, the other step is 100 ℃ to 800 ℃; Can be carried out at temperature.
추가적으로 열처리하는 단계는 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도에서 제1 열처리하는 단계 및 300 ℃ 내지 900 ℃ 온도에서 제2 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. The additional heat treatment may include performing a first heat treatment at a temperature of 100°C to 300°C and a second heat treatment at a temperature of 300°C to 900°C.
열처리하는 단계는 각각 1분 내지 20 시간 동안 수행되고, 20 % 이상; 40 % 이상의 산소를 포함하는 공기 또는 비활성 기체 분위기에서 실시될 수 있다.Each of the heat treatment steps is performed for 1 minute to 20 hours, and 20% or more; It may be carried out in an air or inert gas atmosphere containing 40% or more oxygen.
완충층을 형성하는 단계(S300)는 표면의 일부분 상에 코팅층(200)이 형성된 무기산화물(100)을 수용부(310)에 저장된 철이온 함유 수용액에 침지시키는 단계를 포함할 수 있다. 철이온 함유 수용액은 질산철 수용액 또는 염화철 수용액일 수 있다. Forming the buffer layer (S300) may include immersing the
따라서, 철이온 함유 수용액에 코팅층(200)이 형성된 무기산화물(100)을 침지시킴으로써 철 산화물의 입자(305)가 무기산화물(100)의 표면 일부(코팅층이 형성되지 않은 부분)에 부착되어 철 산화물로 이루어진 완충층(300)을 형성하게 된다.Therefore, by immersing the
한편, 도 4 내지 도 5에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코팅층을 형성하는 단계(S200)가 도시되어 있다.Meanwhile, steps S200 of forming a coating layer according to another embodiment of the present invention are shown in FIGS. 4 to 5.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.Elements having the same function as in the drawings shown above are denoted by the same reference numerals.
코팅층을 형성하는 단계(S200)는 보조층을 형성하는 단계(S210), 코팅하는 단계(S220) 및 열처리하는 단계(S230)을 포함할 수 있다.Forming the coating layer (S200) may include forming an auxiliary layer (S210), coating (S220), and heat treatment (S230).
보조층을 형성하는 단계(S210)는 무기산화물(100) 표면의 적어도 일부 상에 유기물로 이루어진 보조층(210)을 형성하는 단계이다. 보조층(210)은 무기산화물(100)을 유기물 용액에 침지시켜 형성되며, 이때, 유기물은 스테아산을 사용한다.The step of forming the auxiliary layer (S210) is a step of forming the
코팅하는 단계(S220)는 상기 보조층(210)이 형성된 무기산화물(100)의 표면에 알루미늄화합물(220)을 코팅하는 단계이다.The coating step (S220) is a step of coating the
열처리하는 단계(S230)는 상기 보조층(210)을 제거하기 위해 상기 무기산화물(100)을 열처리한다.In the heat treatment step (S230), the
따라서, 코팅층을 형성하는 단계(S200)는 유기물로 이루어진 보조층(210)이 형성된 무기산화물(100)을 열처리하여 보조층(210)을 제거한다. 이후, 보조층(210)이 제거된 코팅층(200)으로 이루어진 무기산화물(100)은 수용부(310)에 저장된 철이온 함유 수용액에 침지시킴으로써 철 산화물 입자(305)가 코팅층(200)과 코팅층(200) 사이에 부착되어 완충층을 형성하게 된다.Accordingly, in the step of forming the coating layer (S200), the
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.Description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those of ordinary skill in the art, and the general principles defined herein can be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
100: 무기산화물 200: 코팅층
210: 보조층 220: 알루미늄화합물
300: 완충층 310: 수용부
305: 입자
S100: 무기산화물을 준비하는 단계
S200: 코팅층을 형성하는 단계
S210: 보조층을 형성하는 단계
S220: 코팅하는 단계
S230: 열처리하는 단계
S300: 완충층을 형성하는 단계100: inorganic oxide 200: coating layer
210: auxiliary layer 220: aluminum compound
300: buffer layer 310: receiving portion
305: particle
S100: Step of preparing inorganic oxide
S200: forming a coating layer
S210: Step of forming an auxiliary layer
S220: coating step
S230: step of heat treatment
S300: forming a buffer layer
Claims (15)
상기 무기산화물 표면의 적어도 일부 상에 알루미늄 화합물로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 코팅층이 형성되지 않은 무기산화물 표면에 질산철, 염화철 및 철 산화물 중 어느 하나로 이루어진 완충층을 형성하는 단계를 포함하는 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
Preparing an inorganic oxide;
Forming a coating layer made of an aluminum compound on at least a portion of the surface of the inorganic oxide; And
A method for producing a visible light active photocatalyst comprising forming a buffer layer made of one of iron nitrate, iron chloride, and iron oxide on the surface of the inorganic oxide on which the coating layer is not formed.
상기 무기산화물은 Ti, Zn, Al 및 Sn 중 적어도 하나를 포함하는 산화물로 이루어진 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The inorganic oxide is a method for producing a visible light active photocatalyst comprising an oxide containing at least one of Ti, Zn, Al, and Sn.
상기 무기산화물은 TiO2인 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The inorganic oxide is TiO 2 A method for producing a visible light active photocatalyst.
상기 무기산화물의 형태는 비드, 분말, 로드, 와이어, 니들 및 섬유 형태 중 적어도 하나의 형태를 가지며, 상기 무기산화물의 크기는 1nm 내지 300nm인 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The inorganic oxide has a form of at least one of beads, powder, rod, wire, needle, and fiber, and the size of the inorganic oxide is 1 nm to 300 nm.
상기 완충층을 형성하는 단계는, 표면의 적어도 일부 상에 코팅층이 형성된 무기산화물을 철이온 함유 수용액에 침지하는 단계를 포함하는 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The forming of the buffer layer includes immersing an inorganic oxide having a coating layer formed on at least a portion of the surface in an aqueous solution containing iron ions.
상기 철이온 함유 수용액은 질산철 수용액, 염화철 수용액 및 산화철 수용액 중 어느 하나인 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 5,
The iron ion-containing aqueous solution is any one of an aqueous iron nitrate solution, an aqueous iron chloride solution, and an aqueous iron oxide solution.
상기 알루미늄 화합물은 산화 알루미늄인 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The aluminum compound is a method of manufacturing a visible light active photocatalyst of aluminum oxide.
상기 코팅층은 상기 무기산화물 표면 상에 수직방향으로 교번하여 형성되며, 상기 완충층은 형성된 코팅층과 코팅층 사이에 형성된 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The coating layers are formed alternately in a vertical direction on the surface of the inorganic oxide, and the buffer layer is a method of manufacturing a visible light active photocatalyst formed between the formed coating layer and the coating layer.
상기 광촉매의 비표면적은 5 (m2/g) 이상이고, 평균 기공 크기는 50nm 이하인 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The photocatalyst has a specific surface area of 5 (m 2 / g) or more, and an average pore size of 50 nm or less.
상기 코팅층을 형성하는 단계는
상기 무기산화물 표면의 적어도 일부 상에 유기물로 이루어진 보조층을 형성하는 단계;
상기 보조층이 형성된 무기산화물 표면에 알루미늄 화합물을 코팅하는 단계; 및
상기 보조층을 제거하기 위해 상기 알루미늄 화합물이 코팅된 무기산화물을 열처리하는 단계를 포함하는 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of forming the coating layer
Forming an auxiliary layer made of an organic material on at least a portion of the surface of the inorganic oxide;
Coating an aluminum compound on the surface of the inorganic oxide on which the auxiliary layer is formed; And
A method of manufacturing a visible light active photocatalyst comprising heat-treating the inorganic oxide coated with the aluminum compound to remove the auxiliary layer.
상기 유기물은 스테아산인 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 10,
The organic material is stearic acid, a method for producing a visible light active photocatalyst.
상기 보조층을 형성하는 단계에서,
상기 보조층은 상기 무기산화물 표면의 수직방향으로 교번하여 돌출형성되는 가시광 활성 광촉매의 제조방법.
The method of claim 10,
In the step of forming the auxiliary layer,
The auxiliary layer is a method for producing a visible light active photocatalyst formed to protrude alternately in the vertical direction of the surface of the inorganic oxide.
상기 알루미늄 화합물을 코팅하는 단계에서, 상기 알루미늄 화합물은 상기 보조층이 형성되지 않은 부분에 코팅되는 가시광 활성 광촉매의 제조방법.The method of claim 10,
In the step of coating the aluminum compound, the aluminum compound is coated on a portion where the auxiliary layer is not formed.
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|---|---|---|---|---|
| JP4053911B2 (en) * | 2003-03-19 | 2008-02-27 | 株式会社日本触媒 | Photocatalyst and method for producing photocatalyst |
| JP2012071254A (en) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | Sanyo Chem Ind Ltd | Photocatalytic particle and hard coat film forming composition using the same |
| KR102009397B1 (en) | 2018-10-26 | 2019-08-13 | 주식회사 제이치글로벌 | Photocatalys and method for preparing the same |
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