나노 광촉매의 제조와 성능 평가

붕소-세슘이 도핑된 광촉매를 합성하였고, 합성된 각 광촉매의 물리화학적 특성을 다양한 분석장비를 이용하여 분석하였다. 이들 광촉매를 가시광선 하에서 로다민 B의 광분해 실험을 통해 유기물 분해 효율을 비교하였다. 제조된 광촉매의 특성은 선전자현미경(SEM), 비표면분석기(BET), X-선 회절분석기(XRD), 흡수분광기(UV-Vis 분광광도계), 광발광분광기(PL 분광기)를 이용하여 분석하였다. 분석했다.

합성된 광촉매는 Rhodamine B 수용액에서 광분해 실험을 통해 가시화되었다.

서론

폐수 속의 염료 등 난분해성 물질을 효율적으로 분해 및 처리하기 위한 방법의 필요성이 대두되고 있으며, 그 방법 중 하나로 광촉매를 이용한 AOP(Advanced Oxidation Process)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 단점은 햇빛 아래에서 광촉매의 적용을 제한합니다. 전자 구조에 미치는 영향과 이것이 광촉매 특성을 어떻게 변화시키는지 조사합니다.

Rhodamine B 수용액을 이용하여 광촉매의 광분해 효율을 조사하였다.

이론적 배경

Rhodamine B

광촉매는 빛에너지를 받아 반도체의 성질을 이용하여 산화/환원 반응을 일으킬 수 있는 물질로 촉매의 일종이다. 이 반응을 통해 광촉매 반응이 진행된다. 광촉매 반응의 메커니즘은 아래 그림 3에 나와 있습니다.

일반적인 광촉매 반응(1)의 경우 광촉매 반응으로 진행되어 최종적으로 전자와 정공이 결합하게 된다. 이 경우 반도체인 광촉매는 외부로부터 빛 에너지를 받아 반응이 진행되며 기본 상태를 유지하므로 변화가 없다. 광촉매 반응 중에는 정공과 전자가 각각 반응에 참여하여 직접 재결합이 일어납니다.

광촉매로 활동을 하게 됩니다. 가시광선 영역에서 유용한 촉매 개발. 광촉매 코팅기술 및 코팅제품 제조

광분해성 광촉매/고분자 복합재료 개발. 광촉매를 이용한 태양에너지 변환기술 – 태양전지 어레이.

Figure 1. Structure of Xanthene

연구방법

• Boron
• Cesium
• 광촉매 합성 방법
• X선 회절(XRD)
• 주사 전자 현미경(SEM)
• 비표면적 분석(BET)
• UV-Vis Spectrophotometer
• 광 발광 분광법(PL Spectroscopy)

또한, 광분해 반응을 확인하기 위해 Rhodamine B(Sigma-aldrich) 수용액을 사용하였다. 광분해 실험에 가시광선을 제공하기 위해 광원(크세논 램프, ORIEL INSTRUMENTS OPS-A500)을 사용했습니다. 붕산을 사용하여 붕소를 합성하고 염화세슘을 사용하여 세슘을 합성했습니다.

이때 증발을 방지하고 부피를 일정하게 유지하기 위해 환류 장치를 사용해야 합니다. 본 실험에서는 도핑된 g-C3N4 광촉매의 결정구조와 결정각을 확인하기 위해 사용하였다. 본 실험에서는 합성된 촉매의 초미세 구조와 크기, 형태를 관찰하기 위해 사용되었다.

본 실험에서는 합성된 촉매의 흡착량을 측정하여 비표면적과 기공크기 분포를 계산하는데 사용하였다. 본 실험에서는 흡수율과 밴드갭을 결정하는데 사용되었다. 본 실험에서는 피크강도를 분석하기 위해 사용하였다.

합성된 광촉매의 광활성을 확인하기 위해 300W 크세논 램프를 이용하여 가시광선 하에서 로다민 B 수용액의 광분해 반응을 진행하였다. 크세논램프를 사용할 경우 가시광선 하에서 유효성을 확인하기 위해 다양한 자외선, 적외선 차단장치를 사용하였다.

Table 4. Amount of material used

• UV-Vis

아래 그림 17은 각 광촉매 시료의 XRD 분석 패턴이다. 이는 g-C3N4가 성공적으로 합성되었음을 나타냅니다. 아래 그림 18은 벌크 g-C3N4 샘플과 도핑이 적용되지 않은 g-C3N4 나노시트 샘플의 SEM 분석 결과를 보여줍니다.

아래 그림 19는 붕소와 세슘을 함께 도핑한 g-C3N4 Bulk 샘플과 붕소와 세슘을 함께 도핑한 g-C3N4 Nanosheets 샘플의 SEM 분석 결과를 보여줍니다. 이는 도핑이 성공했음을 확인할 수 있다. BET 분석 실험에서도 SEM 분석과 동일하게 4개의 시료를 분석하였다.

아래의 도 20과 표 6은 도핑된 광촉매의 비표면적을 나타낸다. 그림과 표에서 볼 수 있듯이 붕소와 세슘이 함께 도핑된 g-C3N4 나노시트 샘플은 74 cm2/g으로 가장 큰 비표면적을 가집니다. 합성된 광촉매의 광흡수 특성은 UV-Vis 분광광도계를 이용하여 조사하였다.

광촉매는 자외선과 가시광선을 흡수하는 경향이 있습니다. 합성된 물질의 밴드갭은 아래의 Tauc 방정식을 이용하여 계산하였다[21].

Figure 17. Image of XRD analysis

PL Spectroscopy

벌크 샘플, 붕소와 세슘으로 코도핑된 g-C3N4 벌크 샘플, g-C3N4 나노시트 샘플, 붕소와 세슘으로 코도핑된 g-C3N4 나노시트 샘플 순으로 피크 강도가 감소하는 것을 보여줍니다. 이는 재조합의 감소를 나타냅니다.

아래 그림 28은 붕소에 세슘의 비율을 다르게 첨가하여 합성한 광촉매의 로다민 B 수용액의 광분해 결과이다. 벌크 시료에서는 비율과 광분해 효율 사이에 상관관계가 없었으며, 나노시트 시료 중 각 시약을 0.2g 첨가한 경우가 가장 높은 효율을 보였다.

Figure 27. Results of photodegradation for Rhodamine B solution with different photocatalyst

결론

또한, 합성 시 사용된 붕소와 세슘의 비율에 따라 광분해 효율에 차이가 있음을 확인하였고, 붕소와 세슘이 도핑된 나노시트 광촉매의 유기물(로다민 B)을 분해하는 능력을 확인하였다. 분해하다. ) 가시광선 하에서 가장 높게 확인되었습니다. E., "일광 조사 하에서 로다민 B의 분해에서 높은 광촉매 활성을 갖는 비스무트 페라이트 나노입자의 소노 합성." 화학 공학 저널. E., "일광 조사 하에서 페라이트 비스무트 나노입자에 의한 메틸렌 블루의 광분해 및 광촉매 작용." 분자 촉매작용 저널 A: 화학.

10] Augustynski J., "The role of the surface intermediates in the photoelectrochemical behavior of anatase and rutile TiO2.". 24] Kazuhiko M., Yoshiki S., Byonjin L., Kentaro T., Daling L., Hisayoshi K., Kazunari D., "Studies on TiNxOyFz as a visible-light-responsive photocatalyst." The Journal of Physics.