KR20230166077A - 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법 및 이의 응용 - Google Patents
비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법 및 이의 응용 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 기능성 재료 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로 말하자면, 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료 및 그 제조 방법 및 응용에 관한 것이며, 상기 방법은, 탄소원 수용액을 가열 반응시키고, 여과, 세척 및 건조하여 탄소 구체 템플릿을 얻는 단계 1); 단계 1)에서 얻은 탄소 구체 템플릿을 제1 금속염 용액에 분산시키고, 가열 흡착, 건조하여 제1 고체 전구체를 얻는 단계 2); 단계 2)에서 얻은 고체 전구체를 다시 제2 금속염 용액에 분산시키고, 흡착, 건조하여 제2 고체 전구체를 얻는 단계 3); 단계 3)에서 얻은 제2 고체 전구체를 배소하여, 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료를 얻는 단계 4)를 포함한다. 본 발명은 2단계 강화 흡착법을 통해 금속 산화물 중공구체가 결함 제어가 가능한 도핑 에너지 준위에 도입되도록 하여, 태양 스펙트럼 중 각 주파수대에 대한 고효율적인 흡수를 구현한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 발명은 2021년 03월 04일에 제출된 출원 번호가 202110241311.7인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 발명에 참조로 포함된다.
본 발명은 기능성 재료 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로 말하자면, 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료 및 그 제조 방법 및 응용에 관한 것이다.
태양 에너지는 영구적으로 사용 가능한 청정 에너지로서, 발전 가능성이 매우 크지만, 에너지 밀도가 낮고 불안정한 요인으로 인해, 태양 에너지의 고효율적인 획득과 이용을 구현하기 위해, 보다 효과적인 광변환 소재의 설계가 필요하다. 태양광을 이용한 광열 계면 수분 증발 시스템은 최근 새롭게 떠오르는 고효율적이고 편리한 정수 기술로, 태양광만 이용하여 광열 재료를 끓는 점에 가까운 온도까지 가열한 후, 수원을 재료 표면으로 유도하며, 표면 증발 및 응축수의 회수를 통해 정화 및 살균 효과를 얻는다. 기존의 벌크 가열수에 비해 독특한 장점이 있는데, 주요하게는 첫째, 표면 가열 시스템은 가열을 받는 부피를 줄이고 열전달 효율을 높이며, 열 손실을 줄일 수 있고; 둘째, 단위 부피 증기를 생산하는 데 소비되는 에너지가 현저히 낮아진다. 또한, 태양광에 의해 구동되는 광열 계면 수분 중말 시스템은 수질에 대한 요구가 낮고, 고효율적인 광열 변환 효율을 가지며, 물의 증발 속도가 빠르고 살균 정수 효과가 뛰어나며 소자의 휴대가 간편한 등 특징이 있어, 해수 담수화, 하수를 식수로 전환하며 박테리아가 포함된 폐수를 정화하는 데 이용될 수 있고, 극도로 가혹한 환경에서도 식속하게 식수를 만드는 데 사용될 수도 있다.
멀티 쉘 중공 마이크로미터/나노 구조는 비표면적이 크고 밀도가 가벼우며 특수한 내부 캐비티 구조 및 저차원 나노 입자 또는 나노 로드에 의해 구성되며 쉘 벽을 조절 가능한 등 특징을 구비하므로, 예컨대 약물 완화, 촉매, 센서, 물 오염 처리, 나노 반응기 및 에너지 저장 시스템 등 여러 분야에서 광범위하게 사용된다. 광열 수증발 분야에 응용되면, 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료는 입사광이 쉘 간에서 여러 번 산란될 수 있도록 하여, 광로를 효과적으로 연장하며 빛에 대한 재료의 포획을 강화시켜, 태양광의 풀-스펙트럼 고효율 흡수에 유리하고 광열 전환 효율을 향상시킨다. 또한, 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료는 많은 유효한 비표면적을 효과적으로 제공할 수 있고, 물의 신속한 운수와 증발에 유리하며 반응 효율을 더 향상시킬 수 있다.
현재, 멀티 쉘 산화물 중공구체의 제조 방법은 주요하게 소프트 템플릿법 및 하드 템플릿법 두 가지가 있다. 소프트 템플릿법은 용액에서, 미셀 또는 에멀젼 액적을 템플릿으로 이용하여, 두 개의 계면에 화학 반응이 발생하고, 최종적으로 분리 건조시켜, 중공형 미소구체를 얻는 것이다. 현재 보도되는 소프트 템플릿법은 단지 특정 화합물 멀티 쉘 중공구체의 제조에 적용되는 것으로, 합성된 제품 형태는 균일성이 비교적 떨어지고, 대량의 유기 용매를 사용하여 역 미셀 또는 역 마이크로 에멀젼을 제조하므로, 대규모 생산에 적합하지 않고 보편성을 갖기 어렵다. 하드 템플릿법은 단분산 무기물, 고분자 중합체 또는 수지 나노 입자를 템플릿으로 사용하며, 그 표면에는 다양한 화학 재료가 적층되고, 다시 소성 또는 추출을 통해 템플릿을 취하여, 균일한 중공구체 재료를 형성하는 것이다. 하드 템플릿법으로 제조된 코어 쉘 재료는 단분산성이 좋고 반복성이 높으며 제품 형태가 안정적인 등 우세가 있어 연구자들의 광범한 주목을 받는다.
CN102464304A에서는 멀티 쉘 금속 산화물 중공구체 및 그 제조 방법을 공개하였고, 수열법을 이용하여 탄소 구체 템플릿을 제조하며; 금속염을 탄소 구체의 현탁액에 용해시키고, 금속염 농도, 용액 pH 값, 침지 온도와 시간 등 흡착 조건은 금속염이 탄소 구체에 진입하는 개수, 깊이 및 구배 분포를 제어하며; 금속 이온을 흡착한 탄소 구체에 대해 열처리를 수행하여, 즉 멀티 쉘 금속 산화물 중공구체를 획득할 수 있다. 상기 방법을 사용하여 제조된 중공구체는, 그 쉘은 금속 산화물의 나노 입자를 축적시켜 형성된 것으로, 쉘 개수는 2 내지 4층 사이에서 변조되며, 중공구체의 사이즈 및 쉘 두께는 모두 조절 가능하다. 본 발명의 방법은 간단하고 수행하기 쉬우며 조절 가능성이 높고 오염이 적으며 비용이 낮고 보편성을 갖는다. 제조된 제품은 중공 구조, 및 두께가 나노 사이즈의 쉘을 구비하며, 아울러 다층 구조는 내부 공간을 효과적으로 이용할 수 있고, 가스 감지 및 광 촉매 작용에 응용되며, 종래의 나노 재료 및 단층 중공구체에 비해 더 우월한 성능을 갖는다.
CN103247777A에서는 리튬 이온 전지에 응용되는 사산화삼코발트 멀티 쉘 중공구체의 음극 재료 및 그 제조 방법을 공개하였다. 수열법을 이용하여 제조되는 탄소 구체를 템플릿으로 이용하며, 코발트염 용액에서 물과 에탄올의 비율, 용액의 온도 및 탄소 구체의 흡착 능력을 제어하는 것을 통해, 탄소 구체 중 코발트 이온의 개수 및 진입 깊이를 제어하여, 단일, 두개, 세개 및 네개의 쉘 사산화삼코발트 중공구체를 제조하였다. 그러나 상기 방법으로 제조된 멀티 쉘 중공구체는 리튬 이온 전지의 음극 재료를 제조하는 데 사용되며, 광열 분야의 응용에서 여전히 제한이 존재한다.
상기 제조 방법으로 획득된 것은 모두 금속 산화물 결정체이다. 또한, 멀티 쉘 중공구체를 광열에 사용하는 연구는 아직 예가 존재하지 않으며, 반도체의 광열 연구는 여전히 산화구리, 황화구리 등 기타 좁은 밴드갭 반도체 나노입자 및 나노와이어 배열에 한정된다. 따라서, 멀티 쉘 중공구체의 나노 공간 사이즈가 종심에서의 우세를 이용하여, 상이한 결함 함량을 갖는 비정질 멀티 쉘 중공구체의 합성을 조절 가능하며, 나아가 비정질 내부 결함 상태 함량을 조절하여 금속 산화물의 광열 성능을 향상시키는 연구는 여전히 부족하다.
상기 부족점에 기반하여, 본 발명에서는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법 및 응용을 제공하였고, 2단계 증강 흡착을 통해 흡착된 탄소 구체 템플릿 중 금속 이온이 뚜렷한 농도 구배를 갖도록 함으로써, 배소되어 고효율적으로 태양 스펙트럼을 흡수하는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료를 얻을 수 있다.
상기 목적에 도달하기 위해, 본 발명에서는 하기와 같은 기술적 해결수단을 사용한다.
본 발명에서는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법을 제공하는 바, 하기의 단계를 포함한다.
단계 1)에서, 탄소원 수용액을 반응기에 넣고 가열 반응시키며, 여과, 세척 및 건조하여 탄소 구체 템플릿을 얻는다.
단계 2)에서, 단계 1)에서 얻은 탄소 구체 템플릿을 제1 금속염 용액에 분산시키고, 가열 흡착, 건조하여 제1 고체 전구체를 얻는다.
단계 3)에서, 단계 2)에서 얻은 고체 전구체를 다시 제2 금속염 용액에 분산시키고, 흡착, 건조하여 제2 고체 전구체를 얻는다.
단계 4)에서, 단계 3)에서 얻은 제2 고체 전구체를 배소하여, 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료를 얻는다.
여기서, 상기 제2 금속염 용액 중 수화이온 농도는 상기 제1 금속염 용액 중 수화이온 농도보다 크거나 같다.
상기 방법에서, 소성 온도 및 소성 분위기는 비정질 산화물 및 비정질 내부 결함 상태 함량을 조절하는 주요한 요소이다. 융점이 높은 금속 산화물 재료를 선택하면, 금속 산화물에서, 산소 원자의 확산 이동 에너지가 작고 저온에서 산소원자의 네트워크 구조를 형성할 수 있으며 산소 원자에 비해 이러한 고융점의 금속이온의 산소 원자의 확산 이동 에너지가 매우 크고, 일정한 시간 내에 이동 거리가 하나의 단위 격자의 사이즈보다 작을 경우, 즉 비정질 산화물을 형성할 수 있다. 따라서, 소성 온도를 금속 산화물 결정 온도 이하로 제어하는 바, 즉 소성 열량은 금속 이온 확산 이동 에너지에 도달하지 못하면, 비정질 산화물이 형성될 수 있다. 소성 시 분위기(산소 분압)는 직접 비정질 상태 산화물 결함 상태 함량을 제어할 수 있는데, 일반적인 규칙은 산소 분압이 낮을수록, 얻어진 비정질 산화물의 결함 상태 함량이 높다. 비정질 상태 산화물의 결함 상태 함량은 넓은 흡수 범위 및 높은흡수 강도의 고효율 흡광 재료를 획득하는 주요한 제어 방식이다.
다른 한 편으로, 금속염을 흡착하기 위한 탄소 구체의 용매 선택도 매우 중요하며, 상이한 용매를 선택하여 전구체 용액으로 사용하여, 흡착된 탄소 구체 템플릿에서 금속 이온의 흡착 깊이가 뚜렷한 차이가 있도록 한다. 우선, 상이한 용매가 금속염을 용해 분산시키는 능력은 모두 상이하며, 금속 양이온이 용매에서의 응집 사이즈의 차이도 매우 크다. 단계 (2)에서 분산 및 교반 흡착 동작을 통해, 비교적 작은 이온 응집 반경을 갖는 금속염 용액이 탄소 구체 내부에 더 깊게 흡착될 수 있도록 하며; 단계 (3)에서 분산 및 흡착 동작을 통해, 비교적 큰 이온 응집 반경을 갖는 금속염 용액은 주요하게 탄소 구체 표면에 응집되며, 이로써 단계 (3)에서 획득된 고체는 더 큰 금속 흡착량 및 농도 구배를 가지며, 배소된 후 얻은 금속 산화물 중공구체는 더 많은 쉘 개수를 갖는다. 아울러, 이를 표면광 온수 증발 분야에 응용할 경우, 비정질 멀티 쉘에서 각 층의 결함 함량은 차이가 있고, 각 층의 흡광 효율은 적가될 수 있으며, 멀티 쉘 내부에서 상대적으로 밀폐된 구형을 형성한다. 빛의 영역에 대한 제한의 효과가 뚜렷하여, 고효율적인 광 흡수의 효과에 도달할 수 있다. 예컨대 산화탄탈륨과 같은 비정질 산화물은 간접 갭 반도체로서, 광열 전환 과정에서 음자 보조적 열 산생에 관련되는 바, 즉 단위 격자 간의 상호 진동 열 전달이다. 둘째, 고함량의 결함은 음자 산란의 수준을 향상시켜 최종적으로 광열 전환 효율을 강화시킨다.
본 발명은 탄소 전구체 수용액을 반응기에 넣고 수열 반응을 수행하는 바, 냉각, 여과, 세척, 건조를 거쳐 탄소 구체 템플릿을 얻는 방법이며, 기존의 기계적 밀링과 비교하면, 수열법으로 제조된 탄소 구체 입경은 균일하고, 사이즈는 제어 가능하며, 아울러 표면에는 대량의 활성 기능원자단이 함유되며, 바람직한 친수성과 표면 반응 활성을 구비하여, 금속 이온의 흡착에 더 유리하고, 코어 쉘 구조 재료를 제조하는 통상적인 템플릿이다.
본 발명의 단계 2)에서 상기 흡착은 강화된 흡착으로서, 강화된 흡착 탄소 구체 템플릿 및 금속염 용액을 비커에 넣고 두 번 가열 흡착하고, 가열 상태의 강화된 탄소 구체 템플릿이 금속 이온의 흡착이며, 냉각, 원심 분리, 세척, 건조 후 금속염 이온이 풍부한 고체 전구체를 얻는 방법이다.
바람직하게는, 상기 단계 1) 중 탄소원은 포도당, 과당, 자당, 맥아당, 전분 및 구연산 중 하나 이상을 포함하고; 더 바람직하게는 자당이다.
상기 탄소원 수용액에서 탄소원의 농도는 0.1-6M, 예를 예를 들면 0.1M, 0.5M, 1M, 1.5M, 2M, 2.5M, 3M, 3.5M, 4M, 4.5M, 5M, 5.5M 또는 6M일 수 있고, 바람직하게 1-5M이며, 더 바람직하게는 2-3M이다.
바람직하게, 상기 단계 1)에서 가열 반응은 수열 반응으로서, 상기 수열 반응 온도는 175-220 ℃이고, 예를 들어 175 ℃, 180 ℃, 185 ℃, 190 ℃, 195 ℃ 또는 200 ℃일 수 있으며, 더 바람직하게는 190-205 ℃이고, 또 더 바람직하게는 195-200 ℃이다.
수열 반응 시간은 100-180min이고, 예를 들면 100min, 110min, 120min, 130min, 140min, 150min, 160min, 170min 또는 180min일 수 있으며, 더 바람직하게는 120-140min이고, 또 더 바람직하게는 125-135min이다.
건조 온도는 60-100 ℃이고, 예를 들면 60 ℃, 65 ℃, 70 ℃, 75 ℃, 80 ℃, 85 ℃, 90 ℃, 95 ℃ 또는 100 ℃일 수 있으며, 더 바람직하게는 70-90 ℃이고, 또 더 바람직하게는 75-85 ℃이다.
건조 시간은 6-24h이고, 예를 들면 6h, 8h, 10h, 12h, 14h, 16h, 18h, 20h, 22h 또는 24h이며, 더 바람직하게는 15-24h이고, 또 더 바람직하게는 18-20h이다.
탈이온수, 메탄올 또는 에탄올의 하나 이상의 조합을 사용하여 세척하는 바, 예를 들면 탈이온수, 메탄올, 에탄올, 탈이온수 및 메탄올의 조합, 탈이온수 및 에탄올의 조합 또는 메탄올 및 에탄올의 조합이다.
상기 세척 횟수는 2-5회이며, 예를 들면 2회, 3회, 4회 또는 5회일 수 있고, 바람직하게는 3-4회이다.
바람직하게는, 상기 단계 2) 및 단계 3)에서 제1 금속염 용액 및 제2 금속염 용액은 모두 염화탄탈륨 용액, 질산탄탈륨 용액, 황산탄탈륨 용액, 탄탈륨 아세틸아세토네이트 용액, 옥살산탄탈륨 용액 및 탄탈륨 에톡사이드 용액 중 하나 이상을 포함하고; 더 바람직하게는 염화탄탈륨 용액, 탄탈륨 아세틸아세토네이트 용액, 옥살산탄탈륨 용액 중 적어도 하나 이상의 조합이며; 본 발명에서 선택된 금속염 용액은 비교적 작은 수화이온 반경의 금속염이고, 탄소 구체에서 금속의 흡착 깊이를 강화하여, 태양 스펙트럼에서 가시광선 및 적외선의 부분을 여러 차례 흡수하기 위한 것이다.
제1 금속염 용액의 농도는 0.01-0.5M이고, 예를 들면 0.01M, 0.1M, 0.15M, 0.2M, 0.25M, 0.3M, 0.35M, 0.4M, 0.45M 또는 0.5M일 수 있으며, 더 바람직하게는 0.05-0.2M이고, 또 더 바람직하게는 0.1-0.15M이다.
제2 금속염 용액의 농도는 0.5-5M이고, 예를 들면 1M, 1.5M, 2M, 2.5M, 3M, 3.5M, 4M, 4.5M 또는 5M일 수 있으며, 더 바람직하게는 1-3M이고, 또 더 바람직하게는 1.5-2.5M이다.
여기서, 상기 제1 금속염 용액의 용매는 물, 아세톤 및 에탄올 중 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 금속염 용액의 용매는 아세톤 및/또는 에탄올을 포함하고, 제1 금속염 용액의 용매는 더 바람직하게는 에탄올이며,
제2 금속염 용액의 용매는 물, 에탄올 또는 그 혼합물을 포함하고, 제2 금속염 용액의 용매는 더 바람직하게는 물이다.
바람직하게는, 상기 단계 2)에서 상기 흡착은 중온 교반 흡측이다.
상기 흡착 온도는 20-60 ℃, 예를 들면 20 ℃, 25 ℃, 30 ℃, 35 ℃, 40 ℃, 45 ℃ 또는 60 ℃일 수 있고, 더 바람직하게는 30-60 ℃이며, 또 더 바람직하게는 40-50 ℃이다.
흡착 시간은 1-48h이고, 더 바람직하게는 3-36h이며, 또 더 바람직하게는 6-24h이다.
흡착한 후 흡착하여 얻은 혼합액은 원심 분리를 수행하여 하층 고체를 적출하여 세척하고; 탈이온수, 메탄올 또는 에탄올 중 하나 이상의 조합을 사용하여 세척하며; 예를 들면 탈이온수, 메탄올, 에탄올, 탈이온수 및 메탄올의 조합, 탈이온수 및 에탄올의 조합 또는 메탄올 및 에탄올의 조합일 수 있다.
상기 세척 횟수는 2-5회이고, 예를 들면 2회, 3회, 4회 또는 5회일수 있으며, 더 바람직하게는 3-4회이다.
건조 온도는 60-100 ℃이고, 예를 들면 60 ℃, 65 ℃, 70 ℃, 75 ℃, 80 ℃, 85 ℃, 90 ℃, 95 ℃ 또는 100 ℃일 수 있으며, 더 바람직하게는 70-90 ℃, 또 더 바람직하게는 75-85 ℃이다.
건조 시간은 6-24h이고, 예를 들면 6h, 8h, 10h, 12h, 14h, 16h, 18h, 20h, 22h 또는 24h이며, 더 바람직하게는 15-24h이고, 또 더 바람직하게는 18-20h이다.
상기 단계 3)에서 상기 흡착은 중온 가열 강화 교반 흡측이다.
흡착 온도는 20-60 ℃이고, 예를 들면 20 ℃, 25 ℃, 30 ℃, 35 ℃, 40 ℃, 45 ℃, 50 ℃, 55 ℃ 또는 60 ℃일 수 있고, 더 바람직하게는 30-50 ℃, 또 더 바람직하게는 35-45 ℃이다.
상기 흡착 시간은 4-24h이고, 예를 들면 4h, 6h, 8h, 10h, 12h, 14h, 16h, 18h, 20h, 22h 또는 24h일 수 있으며, 더 바람직하게는 8-20h, 또 더 바람직하게는 10-18h이다.
흡착한 후 흡착되어 획득된 혼합액을 추출 여과 및 세척하며; 탈이온수, 메탄올 또는 에탄올 중 하나 이상의 조합을 사용하여 세척하고; 예를 들면 탈이온수, 메탄올, 에탄올, 탈이온수 및 메탄올의 조합, 탈이온수 및 에탄올의 조합 또는 메탄올 및 에탄올의 조합일 수 있으며; 상기 세척 횟수는 2-5회이고, 예를 들면 2회, 3회, 4회 또는 5회일 수 있으며, 더 바람직하게는 3-4회이고; 상기 세척 시간은 0.5-24h이며, 예를 들면 2h, 4h, 6h, 8h, 10h, 11h, 14h, 16h, 18h, 20h, 22h 또는 24h일 수 있고, 더 바람직하게는 5-20h, 또 더 바람직하게는 10-15h이다.
건조 온도는 60-100 ℃이고, 예를 들면 60 ℃, 65 ℃, 70 ℃, 75 ℃, 80 ℃, 85 ℃, 90 ℃, 95 ℃ 또는 100 ℃일 수 있으며, 더 바람직하게는 70-90 ℃이고, 또 더 바람직하게는 75-85 ℃이며,
건조 시간은 6-24h이고, 예를 들면 6h, 8h, 10h, 12h, 14h, 16h, 18h, 20h, 22h 또는 24h일 수 있으며, 더 바람직하게는 15-24h이고, 또 더 바람직하게는 18-20h이다.
바람직하게는, 상기 단계 4)에서 배소는 머플로, 파이프로 또는 가마에서 수행되고;
상기 배소 온도는 200-600 ℃이고, 예를 들면 200 ℃, 250 ℃, 300 ℃, 350 ℃, 400 ℃, 450 ℃, 500 ℃, 550 ℃ 또는 600 ℃일 수 있으며, 더 바람직하게는 300-550 ℃이고, 또 더 바람직하게는 400-500 ℃이다.
배소 시간은 0.5-10h이고, 예를 들면 0.5h, 1h, 1.5h, 2h, 2.5h, 3h, 3.5h, 4h, 4.5h, 5h, 5.5h, 6h, 6.5h, 7h, 7.5h, 8h, 8.5h, 9h, 9.5h 또는 10h일 수 있으며, 더 바람직하게는 1-6h이고, 또 더 바람직하게는 2-4h이다.
배소의 승온 속도는 0.1-20 ℃/min이고, 예를 들면 0.5 ℃/min, 1 ℃/min, 1.5 ℃/min, 2 ℃/min, 2.5 ℃/min, 3 ℃/min, 3.5 ℃/min, 4 ℃/min, 4.5 ℃/min, 5 ℃/min, 5.5 ℃/min, 6 ℃/min, 6.5 ℃/min, 7 ℃/min, 7.5 ℃/min, 8 ℃/min, 8.5 ℃/min, 9 ℃/min, 9.5 ℃/min 또는 10 ℃/min일 수 있으며, 더 바람직하게는 0.5-10 ℃/min이고, 더 바람직하게는 1-10 ℃/min이다.
상기 배소 분위기는 공기, 또는 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스이고, 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스에서 산소 가스의 비율은 5％-40％이며, 예를 들면 5％, 8％, 10％, 12％, 15％, 18％, 20％, 25％, 30％, 35％, 40％일 수 있다. 더 바람직하게는 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스에서 산소 가스의 비율은 10％-30％이고, 더 바람직하게는 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스에서 산소 가스의 비율은 15％-25％이다. 본 발명에서는 질소 가스와 산소 가스의 혼합 분위기에서 소성하여, 중공 다중 쉘 중공구체를 조절하여 제조하며, 멀티 쉘의 결함 상태 함량을 더 제어한다. 중공 다중 쉘의 태양 스펙트럼에 대한 흡수 능력은 광범위하게 조정되며 광열 변환 효율과 수분 증발 속도는 최적화된다.
본 발명의 제조 방법에서, 배소 전에 단계 1) 및 단계 2)를 1-5회 중복함으로써, 2-4층 간의 쉘의 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료를 얻을 수 있다.
본 발명은 수화이온 반경이 상이한 두 종류의 금속염의 농도, 흡착 온도, 반복 흡착 횟수, 소성 분위기 등 합성 조건을 조절함으로써, 쉘 내 상이한 금속 산화물의 함량을 변화시켜, 상이한 파장의 빛을 고효율적으로 흡수하고, 태양 스펙트럼의 풀- 스펙트럼에 대한 순차적 흡수 효과를 더 실현하며, 제조된 다중 쉘 중공 구체 광열 재료의 광 흡수 능력을 향상시켜 광열 변환 효율을 향상시킨다.
본 발명에서는 상기 제조 방법으로 얻어진 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료를 제공하는 바, 상기 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료는 적어도 하나의 캐비티 및 적어도 한 층의 쉘 벽을 포함하고, 여기서, 상기 쉘 벽 표면에는 두 개 이상의 금속 산화물이 축적되며, 상기 금속 산화물은 나노 입자 또는 나노 로드이고; 금속 산화물은 산화탄탈륨, 산화니오브, 산화하프늄, 산화레늄, 산화티타늄 및 산화텅스텐 중 하나 이상을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
쉘 벽은 2~4층이고, 예를 들면 2층, 3층 또는 4층일 수 있다.
쉘 벽은 다단계의 순서로 태양 스펙트럼을 흡수할 수 있으며; 상기 쉘 벽의 외부 쉘 벽 표면에 축적된 금속 산화물의 결함 함량은 내부 쉘 벽 표면에 축적된 금속 산화물의 결함 함량보다 작다.
여기서,
쉘 벽 표면에 축적된 금속 산화물은 결함 제어 가능을 구비하고;
상기 다단계의 순서로 태양 스펙트럼 중의 자외선 부분, 가시광선 부분, 근적외선 및 중적외선 부분을 흡수한다.
상기 쉘 벽의 금속 산화물의 흡광 계수는 10-95％ 이내로 조절할 수 있다.
본 발명에서는 광열 수분 증발을 위한 금속 산화물 재료를 제공하는 바, 상기 광열 수분 증발을 위한 금속 산화물 재료는 상기 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료를 포함하고;
상기 광열 수분 증발을 위한 금속 산화물 재료를 100mW/cm2의 태양광 시뮬레이터에서 1.6kg/m2h의 증발 속도로 조사하여 고효율적인 표면수 증발을 수행한다.
선행 기술과 비교하면, 본 발명은 하기와 같은 유익한 효과를 구비한다.
1)본 발명으로 제조된 복합 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료는 더 강한 광 흡수 능력을 가지고, 멀티 쉘의 복잡한 다중 구조는 재료 내부에서 입사광 광로의 경로를 명백히 연장시킬 수 있다. 또한, 멀티 쉘 자체의 특징은 재료가 더 큰 비표면적을 갖도록 하여, 재료와 물의 접촉을 더 충분해지도록 하며, 상기 중공구체를 광열수 증발에 응용시켜, 태양 스펙트럼에 대한 풀-스펙트럼의 고효율 흡수를 구현할 수 있고, 100mW/cm2 태양광 시뮬레이터의 조사에서 1.6kg/m2h의 증발 속도로 고효율적인 표면수 증발을 수행할 수 있으며, 48h이상의 반응 안정성을 획득할 수 있고, 그 성능은 동일한 구성 성분의 나노 입자보다 훨씬 높다.
2)본 발명은 2단계 강화 흡착법을 통해 금속 산화물 중공구체가 결함 제어가 가능한 도핑 에너지 준위에 도입되도록 하여, 태양 스펙트럼 중 각 주파수대에 대한 고효율적인 흡수를 구현한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 비정질 삼중 쉘 Ta2O5중공구체의 TEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 비정질 이중 쉘 Ta2O5중공구체의 TEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 상이한 쉘 하의 비정질 Ta2O5중공구체의 X사선 회절 도면이다.
도 4는 본 발명의 상이한 소성 온도 하의 삼중 쉘 Ta2O5의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 비정질 삼중 쉘 Ta2O5중공구체의 전자 상자성 공명 분광 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 멀티 쉘 Ta2O5중공구체의 광열수 증발의 성능도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 우라늄 함유 용액에 대해 제조된 비정질 삼중 쉘 Ta2O5 중공체의 광열 증발 정제 전후의 농도 대비도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 비정질 삼중 쉘 Ta2O5 중공구체의 슈도바이러스 함유 SC2-P 용액에 대한 광열 증발 정제 전후의 농도 대비도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 비정질 이중 쉘 Ta2O5중공구체의 TEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 상이한 쉘 하의 비정질 Ta2O5중공구체의 X사선 회절 도면이다.
도 4는 본 발명의 상이한 소성 온도 하의 삼중 쉘 Ta2O5의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 비정질 삼중 쉘 Ta2O5중공구체의 전자 상자성 공명 분광 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 멀티 쉘 Ta2O5중공구체의 광열수 증발의 성능도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 우라늄 함유 용액에 대해 제조된 비정질 삼중 쉘 Ta2O5 중공체의 광열 증발 정제 전후의 농도 대비도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 비정질 삼중 쉘 Ta2O5 중공구체의 슈도바이러스 함유 SC2-P 용액에 대한 광열 증발 정제 전후의 농도 대비도이다.
아래 구체적인 실시형태를 사용하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법을 제공하는 바, 상기 방법은 하기의 단계를 포함한다.
(a)농도가 0.1-6M인 탄소원 수용액을 175-220 ℃의 반응기에 넣고 100-180min 동안 수열 반응시키고, 자연 냉각 후 흡인 여과하며, 2-5회 세척한 후, 산물을 60-100 ℃에서 6-24h 동안 건조시켜, 탄소 구체 템플릿을 얻는다.
(b) 단계 (a)에서 획득된 탄소 구체 템플릿을 농도가 0.01-0.5M인 제1 금속염 용액에 분산시키고, 여기서 제1 금속염 용액은 염화탄탈륨 용액, 질산탄탈륨 용액, 황산탄탈륨 용액, 탄탈륨 아세틸아세토네이트 용액 옥살산탄탈륨 용액, 탄탈륨 에톡사이드 용액 중 하나 또는 적어도 두 가지의 조합이며, 20-60 ℃ 하에 1-48h 동안 가열 흡착시켜, 흡착된 혼합액을 원심 분리하여, 하층 고체를 꺼내고, 탈이온수, 메탄올 또는 에탄올로 2-5회 세척하며, 60-100 ℃에서 6-24h 동안 건조하여, 제1 고체 전구체를 얻는다.
(c) 단계 (b)에서 획득한 제1 고체 전구체를 농도가 0.5-5M인 제2 금속염 용액에 분산시키고, 여기서, 제2 금속염 용액은 염화탄탈륨 용액, 질산탄탈륨 용액, 황산탄탈륨 용액, 탄탈륨 아세틸아세토네이트 용액, 옥살산탄탈륨 용액 , 탄탈륨 에톡사이드 용액 중 하나 또는 적어도 두 가지의 조합이며, 20-60 ℃에서 4-24h 동안 교반 흡착한 후 흡인 여과하고, 탈이온수, 메탄올 또는 에탄올로 2-5회 0.5-24h 동안 세척하며, 60-100 ℃에서 6-24h 동안 건조하여, 고체 전구체를 얻는다.
(d) 단계 (c)에서 획득한 고체 전구체를 머플로 또는 가마에 넣어 공기, 또는 산소 가스와 질소 가스의 혼합 가스에서 산소 가스의 비율이 5％-40％인 분위기에서 0.5-10h 동안 배소하고, 배소 온도는 200-600 ℃이며, 승온 속도는 0.1-20 ℃/min이고, 냉각 후 상기 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료를 얻는다.
실시예 1
비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법은 하기의 단계를 포함한다.
(1)농도가 1.5M인 자당수용액을 200 ℃의 반응기에 넣고 135min 동안 수열 반응시키고, 자연 냉각 후 흡인 여과하며, 물로 3회 세척하고, 산물을 60 ℃인 오븐에 넣고 24h 동안 건조시키며, 직경이 2.9μm인 탄소 구체 템플릿을 얻는다.
(2)단계 (1)에서 획득한 탄소 구체 템플릿을 30mL의 농도가 0.1M인 TaCl5용액에 분산시키고, 초음파로 탄소 구체를 균일하게 분산시키며, 비커에 넣고, 30 ℃의 수조에 넣으며 4h 동안 가열 흡착하고, 흡착된 혼합액을 원심 분리하여, 하층 고체를 꺼내고, 탈이온수로 3회 세척하며, 60 ℃의 오븐에 넣고 24h 동안 건조시켜, 제1 고체 전구체를 얻는다.
(3)단계 (2)에서 획득한 제1 고체 전구체를 농도가 0.5M인 TaCl5용액에 분산시키고, 40 ℃에서 24h동안 교반 흡착한 후 흡인 여과하고, 탈이온수로 3회 세척하며, 60 ℃의 오븐에 넣고 24h 동안 건조시켜 제2 고체 전구체를 얻는다.
(4)단계 (3)에서 획득한 고체 전구체를 머플로에 넣고, 0.5 ℃/min으로 500 ℃까지 승온시키며, 소성 분위기는 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스이고, 여기서, 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스에서 산소 가스의 비율은 15％이며, 일정한 온도에서 2h 동안 배소하고, 자연 냉각하여 삼중 쉘 Ta2O5중공구체를 얻으며, 쉘 사이즈는 약 0.8μm이다.
산물의 TEM 사진은 도 1에 도시된 바와 같고, 비정질 삼중 쉘 중공구체이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상이한 소성 온도에서 형성된 삼중 쉘 중공구체의 전자 상자성 공명 분광 스펙트럼은, 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃의 소성에서 g＝2.002에서 비정질 멀티 쉘의 적분 면적이 먼저 증가한 후 감소하고, 결함 상태는 먼저 증가한 후 감소는 것을 형성한다. 도 4의 흡수 스펙트럼 결과는 위의 규칙과 일치한 바, 500 ℃일 경우 자외선 가시광선 적외선의 흡수 효율은 최대이다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 100mW/cm2의 태양광 시뮬레이터의 조사하에 1.6kg/m2h의 증발 속도로 고효율적인 표면수 증발이 수행될 수 있다. 또한 48h 이상의 반응 안정성을 획득할 수 있으며, 그 성능은 보고된 나노 입자보다 훨씬 높다. 또한, 증발수원은 우라늄 함유의 방사성 폐수 및 슈도바이러스(SC2-P) 함유의 배양액으로 확대된다. 증발 전후의 물 속 우라늄 함량을 ICP로 특성화하였고, 특성화 결과는 도 7과 같다. 200ppm에서 8*10-5ppm으로 떨어졌다. 우라늄 농도는 WHO의 기준을 완전히 준수하여 거의 6자릿수까지 떨어졌다. 증발 전후의 SC2-P 함유 용액의 농도는 PCR 증폭을 사용하여 바이러스 수를 정량화하였다. 특성화 결과는 도 8과 같다. 107particles/mL에서 11.8particles/mL(증발 후 수집된 용액을 100배 농축한 결과)로 증발시킨 후 바이러스 농도는 6자릿수까지 떨어졌다.
실시예 2
비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법은 하기의 단계를 포함한다.
(1)농도가 2.5M인 자당수용액 180 ℃의 반응기에 넣고 130min 동안 수열 반응시키고, 자연 냉각 후 흡인 여과하며, 물로 2회 세척하고, 산물을 70 ℃인 오븐에 넣고 24h 동안 건조시키며, 직경이 2.7μm인 탄소 구체 템플릿을 얻는다.
(2)단계 (1)에서 획득한 탄소 구체 템플릿을 30mL의 농도가 0.2M인 탄탈륨 아세틸아세토네이트 용액에 분산시키고, 초음파로 탄소 구체를 균일하게 분산시키며, 비커에 넣고, 40 ℃의 수조에 넣으며 3h 동안 가열 흡착하고, 흡착된 혼합액을 원심 분리하여, 하층 고체를 꺼내고, 탈이온수로 3회 세척하며, 60 ℃의 오븐에 넣고 24h 동안 건조시켜, 제1 고체 전구체를 얻는다.
(3)단계 (2)에서 획득한 제1 고체 전구체를 농도가 1M인 TaCl5용액에 분산시키고, 60 ℃에서 12h 동안 교반 흡착한 후 흡인 여과하고, 탈이온수로 3회 세척하며, 70 ℃의 오븐에 넣고 12h 동안 건조시켜 제2 고체 전구체를 얻는다.
(4)단계 (3)에서 획득한 제2 고체 전구체를 머플로에 넣고, 공기중에서 3 ℃/min로 600 ℃까지 승온시키며, 일정한 온도에서 1h 동안 배소하고, 자연 냉각하여 삼중 쉘 Ta2O5중공구체를 얻으며, 쉘 사이즈는 약 0.8μm이다.
100mW/cm2 태양광 시뮬레이터의 조사하에 1.4kg/m2h의 증발 속도로 고효율적인 표면수 증발을 수행한다.
실시예 3
비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법은 하기의 단계를 포함한다.
(1)농도가 1.5M인 자당수용액을 195 ℃의 반응기에 넣고 150min 동안 수열 반응시키고, 자연 냉각 후 흡인 여과하며, 물로 4회 세척하고, 산물을 70 ℃인 오븐에 넣고 18h 동안 건조시키며, 직경이 2.5μm인 탄소 구체 템플릿을 얻는다.
(2)단계 (1)에서 획득한 탄소 구체 템플릿을 30mL의 농도가 0.2M인 옥살산탄탈륨 용액에 분산시키고, 초음파로 탄소 구체를 균일하게 분산시키며, 비커에 넣고, 20 ℃의 수조에 넣으며 10h 동안 가열 흡착하고, 흡착된 혼합액을 원심 분리하여, 하층 고체를 꺼내고, 탈이온수로 3회 세척하며, 60 ℃의 오븐에 넣고 24h 동안 건조시켜, 제1 고체 전구체를 얻는다.
(3)단계 (2)에서 획득한 제1 고체 전구체를 농도가 1M인 탄탈륨 아세틸아세토네이트 용액에 분산시키고, 60 ℃에서 12h 동안 교반 흡착한 후 흡인 여과하고, 탈이온수로 3회 세척하며, 70 ℃의 오븐에 넣고 12h 동안 건조시켜 제2 고체 전구체를 얻는다.
(4)단계 (3)에서 획득한 제2 고체 전구체를 머플로에 넣고, 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스에서 산소 가스가 35％를 차지하는 분위기에서 16 ℃/min로 600 ℃까지 승온시키며, 일정한 온도에서 1h 동안 배소하고, 자연 냉각하여 삼중 쉘 Ta2O5중공구체를 얻으며, 쉘 사이즈는 약 0.8μm이다.
100mW/cm2태양광 시뮬레이터 조사하에 1.3kg/m2h의 증발 속도로 고효율적인 표면수 증발을 수행한다.
실시예 4
비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법은 하기의 단계를 포함한다.
(1)농도가 5M인 자당수용액을 200 ℃의 반응기에 넣고 110min 동안 수열 반응시키고, 자연 냉각 후 흡인 여과하며, 물로 3회 세척하고, 산물을 80 ℃인 오븐에 넣고 24h 동안 건조시키며, 직경이 2.5μm인 탄소 구체 템플릿을 얻는다.
(2)단계 (1)에서 획득한 탄소 구체 템플릿을 30mL의 농도가 0.1M인 탄탈륨 에톡사이드 용액에 분산시키고, 초음파로 탄소 구체를 균일하게 분산시키며, 비커에 넣고, 20 ℃의 수조에 넣으며 4h 동안 가열 흡착하고, 흡착된 혼합액을 원심 분리하여, 하층 고체를 꺼내고, 탈이온수로 3회 세척하며, 60 ℃의 오븐에 넣고 24h 동안 건조시켜, 제1 고체 전구체를 얻는다.
(3)단계 (2)에서 획득한 제1 고체 전구체를 농도가 3M인 오염화탄탈륨 용액에 분산시키고, 50 ℃에서 12h 동안 교반 흡착한 후 흡인 여과하고, 탈이온수로 3회 세척하며, 70 ℃의 오븐에 넣고 12h 동안 건조시켜 제2 고체 전구체를 얻는다.
(4)단계 (3)에서 획득한 제2 고체 전구체를 머플로에 넣고, 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스에서 산소 가스가 40％를 차지하는 분위기에서 2 ℃/min로 400 ℃까지 승온시키며, 일정한 온도에서 1h 동안 배소하고, 자연 냉각하여 삼중 쉘 Ta2O5중공구체를 얻으며, 쉘 사이즈는 약 0.8μm이다.
100mW/cm2태양광 시뮬레이터 조사하에 1.5kg/m2h의 증발 속도로 고효율적인 표면수 증발을 수행한다.
실시예 5
비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법은 하기의 단계를 포함한다.
(1)농도가 3M인 자당수용액을 210 ℃의 반응기에 넣고 130min 동안 수열 반응시키고, 자연 냉각 후 흡인 여과하며, 물로 5회 세척하고, 산물을 90 ℃인 오븐에 넣고 10h 동안 건조시키며, 직경이 3μm인 탄소 구체 템플릿을 얻는다.
(2)단계 (1)에서 획득한 탄소 구체 템플릿을 30mL의 농도가 0.3M인 황산탄탈륨 아세톤 용액에 분산시키고, 초음파로 탄소 구체를 균일하게 분산시키며, 비커에 넣고, 50 ℃의 수조에 넣으며 4h 동안 가열 흡착하고, 흡착된 혼합액을 원심 분리하여, 하층 고체를 꺼내고, 탈이온수로 3회 세척하며, 60 ℃의 오븐에 넣고 24h 동안 건조시켜, 제1 고체 전구체를 얻는다.
(3)단계 (2)에서 획득한 제1 고체 전구체를 농도가 3M인 오염화탄탈륨 용액에 분산시키고, 50 ℃에서 12h 동안 교반 흡착한 후 흡인 여과하고, 탈이온수로 3회 세척하며, 70 ℃의 오븐에 넣고 12h 동안 건조시켜 제2 고체 전구체를 얻는다.
(4)단계 (3)에서 획득한 제2 고체 전구체를 머플로에 넣고, 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스에서 산소 가스가 30％를 차지하는 분위기에서 5 ℃/min로 250 ℃까지 승온시키며, 일정한 온도에서 1h 동안 배소하고, 자연 냉각하여 삼중 쉘 Ta2O5중공구체를 얻으며, 쉘 사이즈는 약 1μm이다.
100mW/cm2태양광 시뮬레이터 조사하에 1.2kg/m2h의 증발 속도로 고효율적인 표면수 증발을 수행한다.
실시예 6
비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법은 하기의 단계를 포함한다.
(1)농도가 2M인 자당수용액을 200 ℃의 반응기에 넣고 160min 동안 수열 반응시키고, 자연 냉각 후 흡인 여과하며, 물로 3회 세척하고, 산물을 60 ℃의 오븐에 넣고 24h 동안 건조시키며, 직경이 2.8μm인 탄소 구체 템플릿을 얻는다.
(2)단계 (1)에서 획득한 탄소 구체 템플릿을 30mL의 농도가 0.5M인 오염화탄탈륨 아세톤 용액에 분산시키고, 초음파로 탄소 구체를 균일하게 분산시키며, 비커에 넣고, 30 ℃의 수조에 넣으며 12h 동안 가열 흡착하고, 흡착된 혼합액을 원심 분리하여, 하층 고체를 꺼내고, 탈이온수로 3회 세척하며, 60 ℃의 오븐에 넣고 24h 동안 건조시켜, 제1 고체 전구체를 얻는다.
(3)단계 (2)에서 획득한 제1 고체 전구체를 농도가 4M인 오염화탄탈륨 아세톤 용액에 분산시키고, 40 ℃에서 24h 동안 교반 흡착한 후 흡인 여과하고, 탈이온수로 3회 세척하며, 70 ℃의 오븐에 넣고 12h 동안 건조시켜 제2 고체 전구체를 얻는다.
(4)단계 (3)에서 획득한 제2 고체 전구체를 머플로에 넣고, 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스에서 산소 가스가 10％를 차지하는 분위기에서 10 ℃/min로 550 ℃까지 승온시키며, 일정한 온도에서 1h 동안 배소하고, 자연 냉각하여 삼중 쉘 Ta2O5중공구체를 얻으며, 쉘 사이즈는 약 1μm이다.
본 발명에서 상세하게 설명되지 않는 내용에 대해서는 모두 본 분야의 통상적인 기술 지식을 사용할 수 있다.
최종적으로 설명해야 할 것은, 상기 실시예는 단지 본 발명의 기술적 해결수단을 설명하는 것으로 한정하지 않는다. 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 기술적 해결수단에 대한 수정 또는 등가 대체가 본 발명의 기술적 해결수단의 구상과 범위를 벗어나지 않으며, 이는 모두 본 발명의 청구범위에 포함되는 것을 이해해야 한다.
Claims (10)
- 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료의 제조 방법으로서,
탄소원 수용액을 가열 반응시키고, 여과, 세척 및 건조하여 탄소 구체 템플릿을 얻는 단계 1);
단계 1)에서 얻은 탄소 구체 템플릿을 제1 금속염 용액에 분산시키고, 가열 흡착, 건조하여 제1 고체 전구체를 얻는 단계 2);
단계 2)에서 얻은 고체 전구체를 다시 제2 금속염 용액에 분산시키고, 흡착, 건조하여 제2 고체 전구체를 얻는 단계 3); 및
단계 3)에서 얻은 제2 고체 전구체를 배소하여, 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료를 얻는 단계 4)를 포함하고;
상기 제2 금속염 용액 중 수화이온 농도는 상기 제1 금속염 용액 중 수화이온 농도보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료. - 제1항에 있어서, 상기 단계 1) 중 탄소원은 포도당, 과당, 자당, 맥아당, 전분 및 구연산 중 하나 이상을 포함하고; 상기 탄소원 수용액에서 탄소원의 농도는 0.1-6M인 것을 특징으로 하는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 1)에서 가열 반응은 수열 반응이고, 상기 수열 반응은 반응기에서 수행되며, 수열 반응 온도는 175-220 ℃이고, 수열 반응 시간은 100-180min이며; 건조 온도는 60-100 ℃이고, 건조 시간은 6-24h인 것을 특징으로 하는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2) 및 단계 3)에서 제1 금속염 용액 및 제2 금속염 용액은 모두 염화탄탈륨 용액, 질산탄탈륨 용액, 황산탄탈륨 용액, 탄탈륨 아세틸아세토네이트 용액, 옥살산탄탈륨 용액 및 탄탈륨 에톡사이드 용액 중 하나 이상을 포함하고;
제1 금속염 용액의 농도는 0.01-0.5M이며; 제2 금속염 용액의 농도는 0.5-5M이고;
상기 제1 금속염 용액의 용매는 물, 아세톤 및 에탄올 중 하나 이상을 포함하며; 제2 금속염 용액의 용매는 물 및/또는 에탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료. - 제4항에 있어서, 상기 제1 금속염 용액의 용매는 아세톤 및/또는 에탄올을 포함하고; 제2 금속염 용액의 용매는 물인 것을 특징으로 하는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 2)에서 상기 흡착 온도는 20-60 ℃이고; 흡착 시간은 1-48h이며; 건조 온도는 60-100 ℃이고; 건조 시간은 6-24h이며;
상기 단계 3)에서 흡착 온도는 20-60 ℃이고; 상기 흡착 시간은 4-24h이며; 건조 온도는 60-100 ℃이고, 건조 시간은 6-24h인 것을 특징으로 하는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료. - 제1항에 있어서,
상기 단계 4)에서 배소는 머플로, 파이프로 또는 가마에서 수행되고;
상기 배소 온도는 200-600 ℃이며, 배소 시간은 0.5-10h이고, 배소의 승온 속도는 0.1-20 ℃/min이며;
상기 배소 분위기는 공기, 또는 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스이고, 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스에서 산소 가스의 비율은 5％-40％인 것을 특징으로 하는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료. - 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료로서,
상기 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 따라 획득되는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료. - 제8항에 있어서,
상기 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료는 적어도 하나의 캐비티 및 적어도 한 층의 쉘 벽을 포함하고, 상기 쉘 벽 표면에는 두 개 이상의 금속 산화물이 축적되며, 상기 금속 산화물은 나노 입자 또는 나노 로드이고; 금속 산화물은 산화탄탈륨, 산화니오브, 산화하프늄, 산화레늄, 산화티타늄 및 산화텅스텐 중 하나 이상을 포함하며;
쉘 벽은 2~4층이고; 쉘 벽은 다단계의 순서로 태양 스펙트럼을 흡수할 수 있으며;
쉘 벽 표면에 축적된 금속 산화물은 결함 제어 가능을 구비하고;
상기 다단계의 순서로 태양 스펙트럼 중의 자외선 부분, 가시광선 부분, 근적외선 및 중적외선 부분을 흡수하며;
상기 쉘 벽의 금속 산화물의 흡광 계수는 10-95％ 이내인 것을 특징으로 하는 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료. - 광열 수분 증발을 위한 금속 산화물 재료로서,
상기 광열 수분 증발을 위한 금속 산화물 재료는 제8항 또는 제9항에 따른 비정질 금속 산화물 중공 다중 쉘 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 재료.
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