KR102326833B1 - Method for producing metal oxide nanostructures doped with a heterogeneous element using microwave plasma device, the metal oxide nanostructures doped with the heterogeneous element manufactured using the same, and photocatalysts including the metal oxide nanostructures doped with a heterogeneous element - Google Patents
Method for producing metal oxide nanostructures doped with a heterogeneous element using microwave plasma device, the metal oxide nanostructures doped with the heterogeneous element manufactured using the same, and photocatalysts including the metal oxide nanostructures doped with a heterogeneous element Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용한 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법, 이에 따라 제조된 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 및 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 포함하는 광촉매에 관한 것으로, 나노구조체 제조시 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용함으로써, 금속산화물 나노재료를 효율적으로 합성하고 이와 동이에 이종원소를 용이하게 도핑할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement using a microwave plasma apparatus, and a photocatalyst comprising a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement prepared thereby and a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement. As a result, by using a microwave plasma apparatus for manufacturing nanostructures, there is an advantage in that metal oxide nanomaterials can be efficiently synthesized and, at the same time, heterogeneous elements can be easily doped.
Description
본 발명은 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용한 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법, 이에 따라 제조된 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 및 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 포함하는 광촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement using a microwave plasma apparatus, and a photocatalyst comprising a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement prepared thereby and a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement. will be.
나노 기술은 21세기 과학기술의 핵심기술로서 전통제조산업과 접목되어 기술혁신을 유도할 뿐만 아니라, IT, BT, CT 등의 첨단기술과 융합한 미래핵심전략사업을 한층 고도화시킬 수 있는 기반기술로서 차세대 성장동력으로 인식되고 있다.As a core technology of 21st century science and technology, nanotechnology is not only inducing technological innovation by being grafted with traditional manufacturing industry, but also as a base technology that can further advance future core strategic businesses that are converged with cutting-edge technologies such as IT, BT, and CT. It is recognized as a next-generation growth engine.
그러나, 금속산화물 나노재료는 형태 공학에 의해 해결될 수 없는 광학적 및 전기적 특성에 몇가지 한계가 있다. 예를 들어, ZnO 의 wide band gap 은 광흡수를 자외선 영역으로 제한한다. 구체적으로, ZnO은 가시광흡수가 부족하여 광촉매, 항균제 및 광전극으로 사용할 때 성능이 제한된다. 이는 자외선이 전체 태양 에너지 방사선의 5% 미만을 차지하기 때문이다. 반면, 열악한 전자 특성은 순수 금속 산화물에 대한 또 다른 공통적인 문제이다. 예를 들어, 광생성 캐리어의 수명이 짧기 때문에 광촉매와 광전극의 효율이 크게 제한된다. However, metal oxide nanomaterials have some limitations in optical and electrical properties that cannot be solved by shape engineering. For example, the wide band gap of ZnO limits light absorption to the ultraviolet region. Specifically, ZnO lacks visible light absorption, so its performance is limited when used as a photocatalyst, antibacterial agent, and photoelectrode. This is because UV rays make up less than 5% of the total solar energy radiation. On the other hand, poor electronic properties are another common problem for pure metal oxides. For example, the efficiencies of photocatalysts and photoelectrodes are greatly limited due to the short lifetime of photogenerated carriers.
이러한 문제를 해결하기 위해 전이 금속 이온 또는 비금속 이온을 도핑하거나, 다른 반도체와 결합, 그리고 귀금속 또는 나노카본재료 등으로 기능화 같은 다른 전략들이 사용되었다. 현재 금속산화물 나노재료의 광학 및 전기적 특성을 제어하는 것이 성능을 향상시키는 핵심요소라는 것은 일반적인 사실이다. 예를 들어 금속원자로 도핑하는 것은 가시광을 흡수 할 수 있도록 광학 밴드 갭 에너지를 감소시키기 때문에 광촉매 용도에 효과적임이 밝혀졌다. 예를 들어 구리 (Cu)는 Cu2 + 및 Zn2+와 유사한 원자 크기 및 유사한 물리적 및 화학적 특성으로 인해 특히 유용하다. Cu로 도핑하면 ZnO의 광학 밴드 갭 에너지가 감소하고 결정 격자에 결함이 생겨 광학 흡수가 증가하여 광촉매 특성이 향상될 수 있다. 한편 ZnO의 결정 격자에 비금속인 N을 도입하면 밴드 갭에서 중간 에너지 레벨이 생기고 흡수 에너지가 감소한다. 실제로, N 도핑 된 ZnO막의 광 흡수 파장에서 현저한 적색 편이를 보여 주는 결과가 보고되었다.To solve this problem, other strategies have been used, such as doping transition metal ions or non-metal ions, bonding with other semiconductors, and functionalization with noble metals or nano-carbon materials. Currently, it is a common fact that controlling the optical and electrical properties of metal oxide nanomaterials is a key factor in improving their performance. For example, doping with metal atoms has been found to be effective for photocatalytic applications because it reduces the optical bandgap energy so that it can absorb visible light. For example, copper (Cu) is particularly useful because of the atom size, and similar physical and chemical properties similar to the Cu 2 + and Zn 2+. Doping with Cu reduces the optical bandgap energy of ZnO and causes defects in the crystal lattice to increase optical absorption, thereby improving photocatalytic properties. On the other hand, when non-metal N is introduced into the crystal lattice of ZnO, an intermediate energy level is generated in the band gap and the absorbed energy is reduced. Indeed, a result showing a significant redshift in the light absorption wavelength of the N-doped ZnO film was reported.
그러나 종래에 보고된 금속산화물 나노재료를 합성하고 별도의 공정을 통해 이종원소를 도핑하는 다양한 방법들은 상업적 응용을 위한 장치 제조의 시간 및 비용을 증가시킬 수 있는 많은 단계를 필요로 한다. 이처럼 실제 산업적인 응용을 구현하기 위해서는 금속산화물 나노재료를 효율적으로 합성하고 동시에 이종원소를 도핑할 수 있는 시스템이 요구되며, in-situ 공정 개발 등이 필요한 실정이다.However, various methods of synthesizing metal oxide nanomaterials reported in the prior art and doping with heterogeneous elements through separate processes require many steps that can increase the time and cost of manufacturing devices for commercial applications. In order to realize practical industrial applications like this, a system capable of efficiently synthesizing metal oxide nanomaterials and simultaneously doping heterogeneous elements is required, and in-situ process development is required.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속산화물 나노재료를 효율적으로 합성하고 이와 동시에 이종원소를 도핑할 수 있는 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용한 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, efficiently synthesizing metal oxide nanomaterials and at the same time providing a method of manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heterogeneous element using a microwave plasma apparatus capable of doping a heterogeneous element want to
아울러, 상기 제조방법에 따라 제조된 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 및 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 포함하는 광촉매를 제공하고자 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide a photocatalyst comprising a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement and a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement prepared according to the manufacturing method.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면,In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention,
마이크로웨이브 플라즈마 장치에 이종원소 및 O2 를 함유하는 플라즈마 가스를 주입하고, 금속원료를 투입하는 단계; 및injecting a plasma gas containing a heterogeneous element and O 2 into the microwave plasma apparatus, and injecting a metal raw material; and
마이크로웨이브 플라즈마 장치에 주입된 금속원료는 플라즈마 가스와 반응하여 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체를 합성하는 단계; 를 포함하는 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법을 제공한다.The metal raw material injected into the microwave plasma apparatus reacts with the plasma gas to synthesize a metal oxide nanostructure doped with a heterogeneous element; It provides a method of manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement comprising a.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면,In addition, according to an embodiment of the present invention,
상기 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법에 의해서 제조되는 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체를 제공한다.It provides a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement manufactured by the method for manufacturing the metal oxide nanostructure doped with the heteroelement.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면,In addition, according to an embodiment of the present invention,
상기 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체를 포함하는 광촉매를 제공한다.It provides a photocatalyst including the metal oxide nanostructure doped with the heterogeneous element.
본 발명의 일 실시예의 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법에 따르면, 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용함으로써, 금속산화물 나노재료를 효율적으로 합성하고 이와 동시에 이종원소를 용이하게 도핑할 수 있다.According to the method of manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement of an embodiment of the present invention, by using a microwave plasma apparatus, the metal oxide nanomaterial can be efficiently synthesized and at the same time the heteroelement can be easily doped.
아울러, 상기 제조방법에 따라 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 및 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 포함하는 광촉매를 제공할 수 있다.In addition, according to the manufacturing method, a photocatalyst including a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement and a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement can be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 실시예 1에서 ZnO 합성시 사용한 마이크로파 플라즈마 장치의 모식도이다.
도 3은 비교예 1, 2의 Zn 입자와 실시예 1~4에서 합성된 ZnO 나노재료의 XRD 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 1~3에서 합성된 ZnO 나노재료의 SEM 분석 이미지를 나타내는 도면이다((a) 실시예 1, (b) 실시예 2, (c) 실시예 3).
도 5(a)는 실시예 1~4 를 통해 합성된 ZnO 나노재료의 라만스펙트럼을 나타내는 그래프이며, 도 5(b)는 275, 436, 582 cm-1 에서 나타난 라만 피크의 강도비를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 1~4에서 합성한 ZnO 나노재료의 N1s 피크를 보여주는 XPS 스펠트럼을 보여주는 그래프이다.
도 7은 실시예 1~4에서 합성한 ZnO 나노재료의 photo luminescence(PL) 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 8은 메틸렌블루(methylene blue; MB)를 이용하여 실시예 2을 통해 합성된 ZnO 나노재료의 광촉매 특성 평과 결과를 보여주는 사진이다 ((a) 0분, (b) 5분, (c) 10분, (d) 15분).1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heterogeneous element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a microwave plasma apparatus used for synthesizing ZnO in Example 1. FIG.
3 is a graph showing the results of XRD analysis of the Zn particles of Comparative Examples 1 and 2 and the ZnO nanomaterials synthesized in Examples 1 to 4;
4 is a view showing SEM analysis images of ZnO nanomaterials synthesized in Examples 1 to 3 ((a) Example 1, (b) Example 2, (c) Example 3).
5(a) is a graph showing the Raman spectrum of the ZnO nanomaterial synthesized in Examples 1 to 4, and FIG. 5(b) is a graph showing the intensity ratio of the Raman peaks shown at 275, 436, and 582 cm-1 am.
6 is a graph showing the XPS spectrum showing the N1s peak of the ZnO nanomaterial synthesized in Examples 1 to 4;
7 is a graph showing photoluminescence (PL) spectra of the ZnO nanomaterials synthesized in Examples 1 to 4;
8 is a photograph showing the evaluation results of the photocatalytic properties of the ZnO nanomaterial synthesized in Example 2 using methylene blue (MB) ((a) 0 min, (b) 5 min, (c) 10 min, (d) 15 min).
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
본 발명에서, “포함한다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as “comprising” or “having” are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the possibility of addition or existence of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 발명은 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용한 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법, 이에 따라 제조된 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 및 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 포함하는 광촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement using a microwave plasma apparatus, and a photocatalyst comprising a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement prepared thereby and a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement. will be.
종래에는 금속산화물 나노재료를 합성하고 별도의 공정을 통해 이종원소를 도핑하는 다양한 방법들을 이용하여 이종원소가 도핑된 금속산화물을 제조해왔다. 그러나, 이러한 경우, 상업적 응용을 위한 장치 제조의 시간 및 비용을 증가시킬 수 있는 많은 단계를 필요로 한다. 이러한 실제 산업적인 응용을 구현하기 위해서는 금속산화물 나노재료를 효율적으로 합성하고, 이와 동시에 이종원소를 도핑할 수 있는 시스템이 필요했다.Conventionally, a metal oxide doped with a heteroelement has been manufactured using various methods of synthesizing a metal oxide nanomaterial and doping the heteroelement through a separate process. However, in this case, many steps are required which can increase the time and cost of manufacturing the device for commercial application. In order to realize these practical industrial applications, a system capable of efficiently synthesizing metal oxide nanomaterials and doping heterogeneous elements at the same time was required.
이에, 본 발명은 금속산화물 나노재료를 효율적으로 합성하고 이와 동시에 이종원소를 도핑할 수 있는 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용한 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method of efficiently synthesizing a metal oxide nanomaterial and at the same time providing a method for manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heterogeneous element using a microwave plasma apparatus capable of doping the heterogeneous element.
아울러, 상기 제조방법에 따라 제조된 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 및 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체 포함하는 광촉매를 제공한다.In addition, there is provided a photocatalyst comprising a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement and a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement prepared according to the manufacturing method.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법을 나타내는 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heterogeneous element according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법은 마이크로웨이브 플라즈마 장치에 이종원소 및 O2 를 함유하는 플라즈마 가스를 주입하고, 금속원료를 투입하는 단계 (S100); 및Referring to FIG. 1 , in the method of manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a hetero element according to an embodiment of the present invention, a plasma gas containing a hetero element and O 2 is injected into a microwave plasma apparatus, and a metal raw material is injected to (S100); and
마이크로웨이브 플라즈마 장치에 주입된 금속원료는 플라즈마 가스와 반응하여 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체를 합성하는 단계(S200)를 포함한다.The metal raw material injected into the microwave plasma apparatus reacts with the plasma gas to synthesize a metal oxide nanostructure doped with a heterogeneous element (S200).
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법은 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용함으로써, 금속산화물 나노재료를 효율적으로 합성하고 이와 동시에 이종원소를 용이하게 도핑할 수 있다.In particular, the method of manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement according to an embodiment of the present invention can efficiently synthesize a metal oxide nanomaterial and at the same time easily dope the heteroelement by using a microwave plasma apparatus. have.
본 발명의 실시예에서 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용하여 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체가 합성됨을 발견하였으며, 상기 나노구조체는 이종원소의 도핑으로 인하여 가시광선 영역에서 광학적 특성 및 광촉매 특성의 향상효과를 발견하였다. 이는 실험예에서 후술하도록 한다.In an embodiment of the present invention, it was found that a metal oxide nanostructure doped with a heterogeneous element was synthesized using a microwave plasma apparatus, and the nanostructure exhibited an effect of improving optical properties and photocatalytic properties in the visible light region due to doping of the heterogeneous element. found This will be described later in the experimental example.
참고로, 플라즈마는 일종의 전기 전도성을 가진 이온화된 기체로서 이온, 전자, 자유라디칼 및 기저상태와 여기 상태의 여러 화학종으로 이루어져 있어 매우 큰 반응성을 가진다. 이러한 플라즈마는 열 플라즈마와 저온 플라즈마로 나눌 수 있다.For reference, plasma is an ionized gas with a kind of electrical conductivity and is composed of ions, electrons, free radicals, and various chemical species in ground state and excited state, and thus has very high reactivity. Such plasma can be divided into thermal plasma and low-temperature plasma.
본 발명에서의 플라즈마는 저온 플라즈마 중에서도 마이크로웨이브 방전(microwave discharge)으로 구현된 상압 플라즈마, 즉, 마이크로웨이브 플라즈마(microwave plasma)를 의미할 수 있다.Plasma in the present invention may refer to atmospheric plasma implemented by microwave discharge among low-temperature plasmas, that is, microwave plasma.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속산화물 나노구조체의 제조방법은 이러한 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여, 추가적인 환원제의 사용 또는 후열처리 공정 없이, 간단하고 빠르게 금속산화물 나노구조체를 제조할 수 있으며, 이와 동시에 상기 금속산화물 나노구조체에 이종원소를 용이하게 도핑할 수 있다.The method for manufacturing a metal oxide nanostructure according to an embodiment of the present invention can use this microwave plasma to simply and quickly produce a metal oxide nanostructure without the use of an additional reducing agent or a post-heat treatment process, and at the same time The metal oxide nanostructure can be easily doped with a heterogeneous element.
먼저, 마이크로웨이브 플라즈마 장치에 이종원소 및 O2 를 함유하는 플라즈마 가스를 주입하고, 금속원료를 투입하는 단계 (S100)를 설명한다.First, a plasma gas containing a heterogeneous element and O 2 into the microwave plasma apparatus is injected, and the step of introducing a metal raw material (S100) will be described.
마이크로웨이브 플라즈마 장치는 2.45 GHz 마이크로파 발생기, 도파관 및 석영관을 포함하는 마이크로웨이브 플라즈마 장치 일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 마이크로웨이브 플라즈마 장치의 마이크로파 발생기와 도파관 사이에는 3-stub tuner가 있어 반사를 방지함으로써 상기 발생기를 보호할 수 있다. 아울러, 석영튜브는 테이퍼형의 도파관을 통과하여 설치되고, 대기압 플라즈마는 고밀도 및 온도로 석영관 내에서 방전될 수 있다.The microwave plasma apparatus may be a microwave plasma apparatus comprising a 2.45 GHz microwave generator, a waveguide and a quartz tube. More specifically, there is a 3-stub tuner between the microwave generator and the waveguide of the microwave plasma device to prevent reflection, thereby protecting the generator. In addition, the quartz tube is installed through the tapered waveguide, and atmospheric pressure plasma can be discharged in the quartz tube at a high density and temperature.
상기 마이크로웨이브 플라즈마 장치는 상압에서 과도한 가열 없이 높은 이온화도의 플라즈마를 얻을 수 있어 진공 유지와 관련된 장비 구축비용을 줄일 수 있으며, 내부의 전극 없이도 방전이 발생하기 때문에 시스템 구조가 간단하고 작동이 쉬운 장점을 가진다. 또한 전기적인 간섭에 의한 방해가 적다는 장점이 있다.The microwave plasma device can obtain plasma of high ionization degree without excessive heating at normal pressure, thereby reducing the equipment construction cost related to vacuum maintenance, and since discharge occurs without an internal electrode, the system structure is simple and easy to operate. have In addition, there is an advantage in that there is less interference due to electrical interference.
먼저, 상기 단계(S100)는 석영관의 한쪽 끝에 위치한 가스 유입구를 통하여 플라즈마 가스를 주입할 수 있다. 이때, 상기 플라즈마 가스는 이종원소 및 O2 가스를 포함할 수 있다. First, in step S100, plasma gas may be injected through a gas inlet located at one end of the quartz tube. In this case, the plasma gas may include a heterogeneous element and O 2 gas.
이종원소는 금속산화물에 도핑 하고자 하는 도핑원소일 수 있으며, 구체적으로, 상기 도핑원소는, 망간(Mn), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 철(Fe), 은(Ag), 납(Pd), 이트륨(Y), 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 탄소(C), 황(S) 및 질소(N)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 예를 들면, 상기 도핑원소는 질소(N) 일 수 있다.The heterogeneous element may be a doping element to be doped into the metal oxide. Specifically, the doping element is manganese (Mn), copper (Cu), molybdenum (Mo), cobalt (Co), iron (Fe), silver ( Ag), lead (Pd), yttrium (Y), magnesium (Mg), tin (Sn), nickel (Ni), aluminum (Al), cerium (Ce), neodymium (Nd), carbon (C), sulfur ( S) and nitrogen (N) may be at least one selected from the group consisting of. For example, the doping element may be nitrogen (N).
구체적으로, 상기 이종원소 및 O2 를 포함하는 플라즈마 가스는, O2/N2 혼합가스일 수 있으며, 이때, 합성되는 금속산화물 나노구조체는 질소가 도핑된 금속산화물 나노구조체일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 O2/N2 혼합가스는, O2 가스와 N2 가스가 10~90:90:10 의 부피비로 혼합될 수 있다. 구체적으로, O2 가스와 N2 가스는 30~88:70~12, 60~85:40~15, 70~83:30~17 일 수 있으며, 바람직하게는, 평균 80:20의 부피비로 혼합된 혼합가스일 수 있다. 특히, 플라즈마 가스에서 질소의 비율이 증가함에 따라 금속산화물에 도핑되는 질소의 농도가 증가할 수 있으며, 이는 Raman 과 XPS 분석을 통해 확인할 수 있다.Specifically, the plasma gas containing the heterogeneous element and O 2 may be an O 2 /N 2 mixed gas, and in this case, the synthesized metal oxide nanostructure may be a metal oxide nanostructure doped with nitrogen. More specifically, the O 2 /N 2 mixed gas, O 2 gas and N 2 gas may be mixed in a volume ratio of 10 ~ 90:90:10. Specifically, the O 2 gas and the N 2 gas may be 30-88:70-12, 60-85:40-15, 70-83:30-17, preferably mixed in an average volume ratio of 80:20. It may be a mixed gas. In particular, as the ratio of nitrogen in the plasma gas increases, the concentration of nitrogen doped into the metal oxide may increase, which can be confirmed through Raman and XPS analysis.
이때, 상기 플라즈마 가스의 유량은 5 내지 30 LPM 범위일 수 있으며, 7 내지 20 LPM 범위, 9 내지 15 LPM 범위일 수 있으며, 또는 평균 10 LPM 범위일 수 있다. 만일, 플라즈마 가스의 유량이 상기 범위 미만 또는 초과하는 경우, 대기압에서 플라즈마가 방전되지 않을 수 있다. 따라서, 상술한 범위가 바람직할 수 있다.In this case, the flow rate of the plasma gas may be in the range of 5 to 30 LPM, may be in the range of 7 to 20 LPM, may be in the range of 9 to 15 LPM, or may be in the range of 10 LPM on average. If the flow rate of the plasma gas is less than or exceeding the above range, the plasma may not be discharged at atmospheric pressure. Accordingly, the ranges described above may be preferred.
그리고, 석영관 내부로 금속원료를 투입할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속원료는 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 세레늄(Se), 주석(Sn), 철(Fe), 규소(Si), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 텔루륨(Te), 바나듐(V), 텅스텐(W) 및 게르마늄(Ge)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들면, 아연(Zn)일 수 있다.In addition, a metal raw material may be introduced into the quartz tube. Specifically, the metal raw material is zinc (Zn), magnesium (Mg), serenium (Se), tin (Sn), iron (Fe), silicon (Si), titanium (Ti), zirconium (Zr), aluminum (Al) ), tellurium (Te), vanadium (V), tungsten (W), and may be at least one selected from the group consisting of germanium (Ge), for example, may be zinc (Zn).
한편, Zn, Mg, Se, Sn 등과 같이 융점이 낮은 금속은 금속 입자의 형태로 반응기에 주입하여 금속산화물 나노구조체의 합성이 가능할 수 있으며, Ti과 Si 등 융점이 높은 금속은 TiCl4, SiCl4 와 같이 금속을 포함하는 액상 전구체를 반응기에 주입하여 금속산화물 나노구조체의 합성이 가능하다.On the other hand, metals with low melting points, such as Zn, Mg, Se, Sn, etc., can be injected into the reactor in the form of metal particles to synthesize metal oxide nanostructures, and metals with high melting points such as Ti and Si are TiCl 4 , SiCl 4 It is possible to synthesize a metal oxide nanostructure by injecting a liquid precursor containing a metal into the reactor as shown.
특히, 금속원료가 입자 또는 분말 형태인 경우, 상기 금속원료는 진동자를 통해서 석영관의 플라즈마 기둥에 연속적으로 투입할 수 있다. 예를 들면, 평균 직경 10 ㎛의 구형 Zn 분말(Sigma-aldrich)을 석영관의 내부로 삽입할 수 있다.In particular, when the metal raw material is in the form of particles or powder, the metal raw material may be continuously introduced into the plasma column of the quartz tube through the vibrator. For example, spherical Zn powder (Sigma-aldrich) having an average diameter of 10 μm may be inserted into the quartz tube.
다음으로, 마이크로웨이브 플라즈마 장치에 주입된 금속원료는 플라즈마 가스와 반응하여 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체를 합성하는 단계(S200)를 포함한다.Next, the metal raw material injected into the microwave plasma apparatus reacts with the plasma gas to synthesize a metal oxide nanostructure doped with a heterogeneous element (S200).
구체적으로, 상기 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체를 합성하는 단계(S200)는, 700 W 이상의 플라즈마 전력(plasma power)을 500 W 이상의 플라즈마 전력(plasma power)을 5초 내지 30분 동안 공급하여 플라즈마 처리할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 플라즈마 전력은 500 내지 1500 W 범위 일 수 있으며, 바람직하게는 700 내지 1000 W 범위일 수 있다. 특히, 플라즈마 전력이 500 W 미만인 경우에는 플라즈마 처리에 의한 금속산화물 나노구조체의 합성 효과가 미미할 수 있으며, 700~1000 W 에서 최대 효과가 나타나고 그 이상의 전력은 비효율적일 수 있다.Specifically, in the step (S200) of synthesizing the metal oxide nanostructure doped with the heterogeneous element, plasma power of 700 W or more and plasma power of 500 W or more is supplied for 5 seconds to 30 minutes. Plasma treatment is possible. More specifically, the plasma power may be in the range of 500 to 1500 W, preferably in the range of 700 to 1000 W. In particular, when the plasma power is less than 500 W, the effect of synthesizing the metal oxide nanostructures by the plasma treatment may be insignificant, and the maximum effect may appear at 700 ~ 1000 W, and power above that may be inefficient.
아울러, 플라즈마 처리 시간은 5 초 내지 30 분 일 수 있으며, 또는 평균 10 분 일 수 있다. 만일, 플라즈마 처리 시간이 5 초 미만일 경우에는 플라즈마 처리에 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 합성 효과가 미미할 수 있으며, 30분 이하 에서 최대 효과가 나타나므로 그 이상의 플라즈마 처리시간은 비효율적일 수 있다.In addition, the plasma treatment time may be 5 seconds to 30 minutes, or may be an average of 10 minutes. If the plasma treatment time is less than 5 seconds, the effect of synthesizing the metal oxide nanostructures doped with heterogeneous elements in the plasma treatment may be insignificant, and since the maximum effect appears in 30 minutes or less, the plasma treatment time longer than that may be inefficient. .
한편, 상기 금속산화물 나노구조체는 나노와이어(Nanowire), 나노로드(Nanorod) 및 테트라포드(Tetrapod)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상일 수 있으며, 구체적으로 테트라포드(tetrapod) 형상일 수 있다.Meanwhile, the metal oxide nanostructure may have one or more shapes selected from the group consisting of nanowires, nanorods, and tetrapods, and specifically may have a tetrapod shape.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법은, 연속공정으로 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체를 합성할 수 있다.The method for manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement according to an embodiment of the present invention may synthesize a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement through a continuous process.
상술한 방법에 따라, 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체를 합성할 수 있다. 이렇게 합성된 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체를 석영관의 내벽에 침착시키고, 스크레이퍼를 사용하여 수집할 수 있다.According to the method described above, it is possible to synthesize a metal oxide nanostructure doped with a heterogeneous element. The synthesized heteroelement-doped metal oxide nanostructures can be deposited on the inner wall of a quartz tube and collected using a scraper.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면,In addition, according to an embodiment of the present invention,
이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체의 제조방법에 의해서 제조되는 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체를 제공한다.There is provided a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement manufactured by a method for manufacturing a metal oxide nanostructure doped with a heteroelement.
상기 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체는 질소가 도핑된 금속산화물 나노구조체일 수 있다. 구체적으로, The metal oxide nanostructure doped with the heteroelement may be a metal oxide nanostructure doped with nitrogen. Specifically,
상기 금속산화물 나노구조체는, 나노와이어(Nanowire), 나노로드(Nanorod) 및 테트라포드(Tetrapod)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로, 테트라포드 형상일 수 있다.The metal oxide nanostructure may be at least one selected from the group consisting of nanowires, nanorods, and tetrapods, and specifically, may have a tetrapod shape.
구체적으로, 상기 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체는 상기 테트라포드 형상의 질소가 도핑된 금속산화물 나노구조체일 수 있으며, 보다 구체적으로, 테트라포드 형상의 질소가 도핑된 ZnO 나노구조체일 수 있다.Specifically, the heteroelement-doped metal oxide nanostructure may be the tetrapod-shaped nitrogen-doped metal oxide nanostructure, and more specifically, a tetrapod-shaped nitrogen-doped ZnO nanostructure.
상기 테트라포드 형상의 질소가 도핑된 ZnO 나노구조체는 흡수 파장이 500 내지 700 nm 일 수 있으며, 평균 650 nm 범위에서 강한 UV-Vis 흡수선을 보여줄 수 있다. 이는 질소도핑에 의하여 나노구조체의 가시광 영역에서 광학 특성이 향상된 것일 수 있다.The tetrapod-shaped nitrogen-doped ZnO nanostructure may have an absorption wavelength of 500 to 700 nm, and may show a strong UV-Vis absorption line in an average range of 650 nm. This may be an improvement in optical properties in the visible light region of the nanostructure by nitrogen doping.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종원소가 도핑된 금속산화물 나노구조체는 마이크로웨이브 플라즈마 장치에서 합성되는 것으로, 형광특성 및 형광효율이 향상될 수 있다.The metal oxide nanostructure doped with a heteroelement according to an embodiment of the present invention is synthesized in a microwave plasma apparatus, and fluorescence characteristics and fluorescence efficiency can be improved.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면,In addition, according to an embodiment of the present invention,
흡수 파장이 500 내지 700 nm 범위인 나노구조체를 포함하는 광촉매를 제공한다.Provided is a photocatalyst comprising nanostructures having an absorption wavelength in the range of 500 to 700 nm.
상기 광촉매는 광 에너지를 받았을 때, 광에 의해 화학반응을 촉진할 수 있거나 촉매작용을 갖게되는 물질로, 물분자분해 촉매반응, 유기물질분해 촉매반응, 친수성표면 촉매반응, self cleaning 반응을 가질 수 있다.The photocatalyst is a material that can promote a chemical reaction by light or has a catalytic action when light energy is received, and may have a water molecule decomposition catalytic reaction, an organic material decomposition catalytic reaction, a hydrophilic surface catalysis reaction, and a self-cleaning reaction. have.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 통해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and Experimental Examples.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.
<< 실시예Example > >
실시예Example 1~4. 질소가 1-4. nitrogen 도핑된doped ZnOZnO 나노재료의 합성 Synthesis of nanomaterials
도 2에 도시된 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 이용하여 ZnO 나노구조체를 합성하였다. 도 2를 참조하면, ZnO 의 합성을 위한 마이크로파 플라즈마 장치는 2.45 GHz 마이크로웨이브 발생기(LG, 2M246), 테이퍼형 도파관 및 내경이 28 mm 인 석영관으로 구성된다. ZnO nanostructures were synthesized using the microwave plasma apparatus shown in FIG. 2 . Referring to FIG. 2 , the microwave plasma apparatus for the synthesis of ZnO is composed of a 2.45 GHz microwave generator (LG, 2M246), a tapered waveguide, and a quartz tube having an inner diameter of 28 mm.
먼저, 석영관의 한쪽 끝에 위치한 가스 유입구를 통하여 플라즈마 가스를 주입하였다. 구체적으로, 상기 플라즈마 가스는 99.999% 의 고순도 O2/N2 혼합가스 또는 고순도 O2를 사용하였다.First, plasma gas was injected through a gas inlet located at one end of the quartz tube. Specifically, as the plasma gas, 99.999% of high purity O 2 /N 2 mixed gas or high purity O 2 was used.
이때, 가스의 유량은 10 lpm 으로 설정되었다. 그리고, 평균 직경 10 ㎛의 구형 Zn 분말(Sigma-aldrich)을 석영관의 내부로 삽입하였다. 구체적으로, 상기 분말은 진동자를 통해서 석영관의 플라즈마 기둥에 연속적으로 삽입하였다.At this time, the flow rate of the gas was set to 10 lpm. Then, spherical Zn powder (Sigma-aldrich) having an average diameter of 10 μm was inserted into the quartz tube. Specifically, the powder was continuously inserted into the plasma column of the quartz tube through the vibrator.
그리고, 상기 Zn 분말은 플라즈마와 반응하여 테트라포드(tetrapod)형태의 ZnO를 합성하였다. 합성된 ZnO 를 석영 튜브의 내벽에 침착시키고, 스크레이퍼를 사용하여 수집하였다.Then, the Zn powder reacted with plasma to synthesize tetrapod-type ZnO. The synthesized ZnO was deposited on the inner wall of the quartz tube and collected using a scraper.
실시예 1~5 의 구체적인 플라즈마 가스의 유량은 아래의 표 1에 정리하였다. The specific plasma gas flow rates of Examples 1 to 5 are summarized in Table 1 below.
<< 비교예comparative example >>
비교예comparative example 1. Zn 분말 1. Zn powder
평균 직경 10 ㎛의 구형 Zn 분말(Sigma-aldrich)을 준비하였다.A spherical Zn powder (Sigma-aldrich) having an average diameter of 10 μm was prepared.
비교예comparative example 2. 2.
플라즈마 가스는 N2 가스를 사용한 것을 제외하곤, 실시예와 동일한 방법을 이용하여 나노재료를 합성하였다.As the plasma gas, the nanomaterial was synthesized using the same method as in Example, except that N 2 gas was used.
비교예 2의 구체적인 플라즈마 가스의 유량은 아래의 표 1에 정리하였다. The specific flow rate of the plasma gas of Comparative Example 2 is summarized in Table 1 below.
<< 실험예Experimental example >>
실험예Experimental example 1. One. XRDXRD 분석 analysis
실시예 1~4에서 합성한 ZnO 물질과 비교예 1, 2의 Zn 분말은 CuKα 방사선(λ=0.154)을 사용하여 X-선 회절(XRD)을 분석하였다.The ZnO material synthesized in Examples 1 to 4 and the Zn powder of Comparative Examples 1 and 2 were analyzed by X-ray diffraction (XRD) using CuKα radiation (λ=0.154).
그리고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3은 비교예 1, 2의 Zn 입자와 실시예 1~4에서 합성된 ZnO 나노재료의 XRD 분석 결과를 나타내는 그래프이다.And, the result is shown in FIG. 3 is a graph showing the results of XRD analysis of the Zn particles of Comparative Examples 1 and 2 and the ZnO nanomaterials synthesized in Examples 1 to 4;
도 3을 참조하면, XRD 분석 결과 비교예 2의 경우 ZnO가 합성되지 않았으며, 실시예 1~4는 모두 ZnO 금속산화물이 합성된 것을 확인할 수 있다. 즉, XRD 분석 결과로부터 Zn 분말이 마이크로웨이브 플라즈마에서 반응한 ZnO 를 합성한다는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 3 , as a result of XRD analysis, it can be confirmed that ZnO was not synthesized in Comparative Example 2, and ZnO metal oxide was synthesized in Examples 1-4. That is, it was confirmed from the XRD analysis result that Zn powder synthesized ZnO reacted in microwave plasma.
구체적으로, 실시예 1~4과 비교예 1, 2의 X-선을 비교하여보면, 실시예 1~4는 비교예 1의 Zn 피크는 사라진 것을 확인할 수 있다. 이는, 플라즈마 반응 후 ZnO 나노 물질이 합성되었음을 의미한다.Specifically, when comparing the X-rays of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the Zn peak of Comparative Example 1 is disappeared in Examples 1-4. This means that ZnO nanomaterials were synthesized after the plasma reaction.
실험예Experimental example 2. 2. ZnOZnO 표면 분석 surface analysis
주사전자 현미경(SEM, Zeiss, Supra 55VP Oberkochen, Germany)을 이용하여, 실시예 2에서 합성한 ZnO 물질 표면을 관찰하였다.Using a scanning electron microscope (SEM, Zeiss, Supra 55VP Oberkochen, Germany), the surface of the ZnO material synthesized in Example 2 was observed.
그리고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4는 실시예 에서 합성된 ZnO 나노재료의 SEM 분석 이미지를 나타내는 도면이다And, the result is shown in FIG. 4 is a view showing an SEM analysis image of the ZnO nanomaterial synthesized in Example
도 4을 참조하면, 고순도 산소/질소 혼합가스를 사용한 경우에는 테트라포드(tetrapod) 형태의 ZnO가 합성한 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4 , when a high-purity oxygen/nitrogen mixed gas was used, it was confirmed that tetrapod type ZnO was synthesized.
실험예Experimental example 3. 3. ZnOZnO 나노재료의 라만 스펙트럼 분석 Raman spectral analysis of nanomaterials
실시예 1~4에서 합성한 ZnO 나노재료의 라만 스펙트럼을 분석하였다.Raman spectra of the ZnO nanomaterials synthesized in Examples 1 to 4 were analyzed.
그리고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5(a)는 실시예 1~4 를 통해 합성된 ZnO 나노재료의 라만스펙트럼을 나타내는 그래프이며, 도 5(b)는 275, 436, 582 cm-1 에서 나타난 라만 피크의 강도비를 나타내는 그래프이다.And, the result is shown in FIG. Figure 5 (a) is a graph showing the Raman spectrum of the ZnO nanomaterial synthesized in Examples 1 to 4, Figure 5 (b) is a graph showing the intensity ratio of the Raman peaks at 275, 436, 582 cm -1 am.
도 5을 참조하면, 질소와 관련된 275, 582 cm-1 에서 나타난 피크의 강도가 질소의 유량이 증가할수록 큰 것을 알 수 있다. 이는, 질소의 유량이 증가할 수록 ZnO 나노 재료에서 질소의 도핑 정도가 증가된 것으로 판단된다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that the intensity of the peaks at 275 and 582 cm -1 related to nitrogen increases as the nitrogen flow rate increases. It is determined that the doping degree of nitrogen in the ZnO nanomaterial increases as the flow rate of nitrogen increases.
실험예Experimental example 4. 4. ZnOZnO 나노재료의 of nanomaterials XPSXPS 스펙트럼 분석 Spectral analysis
실시예 1~4 에서 합성한 ZnO 나노재료의 XPS 스펙트럼 (X-ray photoelectron spectroscopy)을 분석하였다. 그리고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.XPS spectra (X-ray photoelectron spectroscopy) of the ZnO nanomaterials synthesized in Examples 1 to 4 were analyzed. And, the result is shown in FIG.
도 6은 실시예 1~4 에서 합성한 ZnO 나노재료의 N1s 피크를 보여주는 XPS 스펠트럼을 보여주는 그래프이다.6 is a graph showing the XPS spectrum showing the N1s peak of the ZnO nanomaterial synthesized in Examples 1 to 4;
도 6을 참조하면, 질소의 유량이 증가할수록 피크의 강도가 큰 것을 알 수 있다. 이는, 질소의 유량이 증가할 수록 ZnO 나노 재료에서 질소의 도핑 정도가 증가된 것으로 판단된다.Referring to FIG. 6 , it can be seen that the intensity of the peak increases as the flow rate of nitrogen increases. It is determined that the doping degree of nitrogen in the ZnO nanomaterial increases as the flow rate of nitrogen increases.
실험예Experimental example 5. 5. ZnOZnO 나노재료의 of nanomaterials 광루미네선스light luminescence ( ( PLPL ) 스펙트럼 분석) spectrum analysis
실시예 1~4 에서 합성된 ZnO 나노재료의 PL(photo luminescence) 스펙트럼을 분석하였다. PL (photo luminescence) spectra of the ZnO nanomaterials synthesized in Examples 1 to 4 were analyzed.
그리고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7은 실시예 1~4에서 합성된 ZnO 나노재료의 photo luminescence(PL) 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.And, the result is shown in FIG. 7 is a graph showing photoluminescence (PL) spectra of ZnO nanomaterials synthesized in Examples 1 to 4;
도 7을 참조하면, 질소의 유량이 많은 실시예 1과 2의 ZnO 나노재료는 가시광 영역에서 광학특성이 향상된 것을 알 수 있다. 이는, 질소도핑에 의하여 중간 레벨의 형성으로 가시광 영역에서 광학 특성이 향상된 것으로 판단된다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that the ZnO nanomaterials of Examples 1 and 2 having a large nitrogen flow rate have improved optical properties in the visible region. It is determined that the optical properties are improved in the visible region due to the formation of an intermediate level by nitrogen doping.
실험예Experimental example 6. 6. ZnOZnO 나노재료의 of nanomaterials 광촉매photocatalyst 특성 분석 Characterization
실시예 2에서 합성한 ZnO 나노재료의 광촉매 특성을 분석하였다.The photocatalytic properties of the ZnO nanomaterial synthesized in Example 2 were analyzed.
그리고, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8은 메틸렌블루(methylene blue, MB)를 이용하여 실시예 2에서 합성한 ZnO 나노재료의 광촉매 특성 평과 결과를 보여주는 사진이다 ((a) 0분, (b) 5분, (c) 10분, (d) 15분).And, the result is shown in FIG. 8 is a photograph showing the evaluation results of the photocatalytic properties of the ZnO nanomaterial synthesized in Example 2 using methylene blue (MB) ((a) 0 min, (b) 5 min, (c) 10 min. , (d) 15 min).
도 8을 참조하면, ZnO 나노재료를 첨가한 메텔렌블루 용액은 시간이 지날수록 색이 옅어지다가, 무색을 띄게 되는 것을 볼 수 있다. Referring to FIG. 8 , it can be seen that the color of the metylene blue solution to which the ZnO nanomaterial is added becomes pale and colorless as time passes.
참고로, 메틸렌블루 용액은 약 650 nm 에서 강한 UV-Vis 흡수선을 보여주며, 광촉매 반응에 의해 환원될 경우, Leuco-메틸렌블루가 되면서 무색을 띄게 되는데, 실시예 1에서 합성한 ZnO는 광촉매 특성에 효과적인 것을 의미한다.For reference, the methylene blue solution shows a strong UV-Vis absorption line at about 650 nm, and when it is reduced by a photocatalytic reaction, it becomes Leuco-methylene blue and becomes colorless. means effective.
Claims (13)
마이크로웨이브 플라즈마 장치에 주입된 금속원료는 플라즈마 가스와 반응하여 이종원소가 도핑된 광촉매용 금속산화물 나노구조체를 합성하는 단계; 를 포함하며,
이종원소 및 O2 를 함유하는 플라즈마 가스는, O2/N2 혼합가스이며, 합성되는 금속산화물 나노구조체는 질소가 도핑된 광촉매용 금속산화물 나노구조체이며,
O2/N2 혼합가스는 10 lpm로 O2 가스와 N2 가스가 1:9의 부피비로 혼합되며,
상기 이종원소가 도핑된 광촉매용 금속산화물 나노구조체를 합성하는 단계에서 700 내지 1000 W 범위의 플라즈마 전력(plasma power)을 5초 내지 30분간 공급하여 수행되며, 상기 금속산화물은 ZnO인, 이종원소가 도핑된 테트라포드 구조의 광촉매용 금속산화물 나노구조체의 제조방법.injecting a plasma gas containing a heterogeneous element and O 2 into the microwave plasma apparatus, and injecting a metal raw material; and
The metal raw material injected into the microwave plasma apparatus reacts with the plasma gas to synthesize a metal oxide nanostructure for a photocatalyst doped with a heterogeneous element; includes,
Plasma gas containing heterogeneous elements and O 2 is an O 2 /N 2 mixed gas, and the synthesized metal oxide nanostructure is a nitrogen-doped metal oxide nanostructure for a photocatalyst,
O 2 /N 2 mixed gas is 10 lpm, O 2 gas and N 2 gas are mixed in a volume ratio of 1:9,
In the step of synthesizing the metal oxide nanostructure for the photocatalyst doped with the heteroelement, plasma power in the range of 700 to 1000 W is supplied for 5 seconds to 30 minutes, and the metal oxide is ZnO. A method for preparing a metal oxide nanostructure for a photocatalyst having a doped tetrapod structure.
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| Yong Cheol Hong et al., Physics of Plasmas, 2016, 13, pages 063506* |
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