비금속 도핑에 따른 TiO2 나노구조체의 광촉매/광전기화학적 특성 연구
The Study of non-Metal doped TiO2 Nanocomposites for Photocatalytic/Photoelectrochemical Property
초록/요약
현재 세계적으로 환경과 청정에너지에 대한 관심이 대두되고 있다. 환경과 위생적인 측면에서 폐수 처리 및 유기물 오염물질 분해는 현재 사회에서 중요한 문제이다. 또한, 청정연료로 수소(H2)가 각광받고 있으며 앞으로 중요한 에너지원이 될 것이다. 이 두 가지 기술 분야에서 태양광을 이용한 광촉매 연구가 꾸준히 진행되고 있으며 그 중 이산화 티타늄 (TiO2)은 우수한 광촉매로서 광범위하게 연구 되어 오고 있다. 본 연구에서는 비금속 도핑을 한 TiO2의 광촉매 / 광전기화학적 특성에 대해 연구하였으며, 이를 두가지 방식으로 접근하였다. 첫번째, TiO2 나노 입자에 아이오딘 도핑을 하여 광촉매 /광전기화학적 물분해 특성을 비교하였다. 간단한 용액법으로 나노 입자를 합성 하였으며, 두 가지의 특성평가가 상반된 결과를 보였다. 메틸렌블루 분해에서는 I-TiO2가 3배 더, 광전기화학적 물분해에서는 TiO2가 2배 더 좋은 특성을 나타내었다. 이러한 결과가 나타나는 원인을 전자밴드구조를 제시함으로써 규명하였다. 두번째, self-Carbon doped TiO2 나노 로드를 합성 후 HAuCl4 용액에 담가 Au 나노 입자를 코팅하였다. 탄소 도핑을 통해 가시광 영역 흡수를 증대 시키고 Au 나노 입자의 LSPR효과를 이용하여 가시광 흡수 증가 및 전하의 이동도를 향상시켜 광전기화학적 물분해 특성을 1.6배 개선시켰다. 또한, TiO2 passivation layer를 증착 한 삼중구조 (ternary structure)를 통해 광전극의 내구성의 향상 및 빛의 흡수층을 증가시켜 광전류 밀도를 더욱 증가시킨 결과를 확인하였다.
more목차
제 1 장. 서 론 1
1. 이론적 배경 3
1.1 TiO2의 특성 3
1.2 광촉매 작용 4
1.3 광전기화학적 물분해 4
1.4 TiO2의 가시광 광촉매 활용 기술 7
1.5 X선 광전자 분광법 11
제 2 장. 전자 밴드 구조를 통한 아이오딘을 도핑한 이산화티타늄 (I-TiO2)의 광촉매/광전기화학적 특성 규명 13
1. 서론 13
2. 실험방법 14
2.1. 나노 입자 합성 14
2.2 광 전극 제작 14
2.3 특성평가 15
2.4 광촉매, 광전기화학적 특성평가 및 임피던스 측정 15
3. 실험 결과 및 고찰 17
3.1 XRD, RAMAN and TEM 분석 17
3.2 XPS 분석 21
3.3 FT-IR 분석 22
3.4 UV-Vis 분석을 통한 광학적 특성 분석 26
3.5 VBM 및 PL 분석 28
3.6 나노 입자의 광촉매적 특성 30
3.7 광전기화학적 특성 및 임피던스 측정 33
4. 결론 38
제 3장. 탄소를 도핑한 이산화티타늄 나노로드 / 금 나노 입자 / 이산화티타늄 구조의 광전기화학적 물분해 특성 연구 39
1. 서론 39
2. 실험 방법 40
2.1 TiO2 나노 로드 합성 40
2.2 금 나노 입자 증착 40
2.3 TiO2 보호막 증착 41
2.4 특성평가 41
2.5 광전기화학적 특성 평가 42
3. 실험 결과 및 고찰 43
3.1 XRD, SEM 및 TEM 43
3.2 XPS 분석 47
3.3 UV-Vis 및 Photoluminescence (PL) 51
3.4 광전기화학적 특성 54
4. 결론 57
제 4장. 결론 58
참고문헌 (References) 59
