KR101272318B1 - The method for preparing core/shell nano-structures of shell with Titanium dioxide or Gold-Titanium dioxide and the nano-structures prepared thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 제조된 비드의 직접 코팅 공정을 이용한 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체 또는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조를 갖는 하이브리드 나노구조체는 이중블록 공중합체 또는 제조된 졸-겔 전구체 용액을 그대로 사용하므로 제조공정이 간단할 뿐만 아니라, 블록공중합체와 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액의 혼합 시 이들의 상대적인 비율을 조절하는 것만으로도 메조세공성 구조를 갖는 구조체를 간편하게 유도할 수 있다. 또한, 빛에 민감하게 반응하는 이산화티타늄과 이의 활성 성분 및 금 나노입자를 함께 포함하는 복합 나노구조체는, 상기 물질들의 결합에 의한 상승효과에 기인하여 더욱 높은 광촉매 활성을 나타내게 되므로 친환경소자 및 오염물 분해 등의 다양한 분야에 유용하게 응용될 수 있다.The hybrid nanostructure having a nuclear / shell structure having a titanium dioxide shell or a nuclear / shell structure having a gold-titanium dioxide shell using a direct coating process of the beads prepared according to the present invention is a diblock copolymer or As the prepared sol-gel precursor solution is used as it is, not only the manufacturing process is simple, but also a structure having a mesoporous structure only by controlling the relative ratio thereof when the block copolymer and the titanium dioxide sol-gel precursor solution are mixed. Can be derived easily. In addition, the composite nanostructure including titanium dioxide and its active ingredient and gold nanoparticles that reacts sensitively to light exhibits higher photocatalytic activity due to the synergistic effect of the combination of the materials, thereby decomposing environmentally friendly devices and contaminants. It can be usefully applied to various fields such as.

Description

이산화티타늄 또는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 나노구조체 {The method for preparing core/shell nano-structures of shell with Titanium dioxide or Gold-Titanium dioxide and the nano-structures prepared thereby}Method for preparing core / shell nano-structures of shell with Titanium dioxide or Gold-Titanium dioxide and the nano-structures prepared thereby}

본 발명은 이산화티타늄 또는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 나노구조체에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a nanostructure having a core / shell structure having titanium dioxide or gold-titanium dioxide as a shell, and a nanostructure manufactured thereby.

이산화티타늄은 루타일(rutile), 아나타제(anatase), 브루카이트(brookite) 등 3개의 결정구조를 갖는데, 이 중 루타일은 굴절율, 경도, 유전율이 좋아 주로 산업용, 페인트의 백색안료, 화장품, 식용 첨가제로 사용되고, 아나타제는 저온에서 안정성이 우수하며 광촉매로 널리 사용되며, 브루카이트는 자연 광물에서만 발견된다. 이산화티타늄은 인체에 무해하여 현재 페인트, 인쇄잉크, 플라스틱, 종이, 합성섬유, 고무, 콘덴서, 크레용, 전기전자 소자 등에 광범위하게 이용되고 있다.Titanium dioxide has three crystal structures such as rutile, anatase, and brookite. Among them, rutile has good refractive index, hardness, and dielectric constant, mainly for industrial, paint, white pigment, cosmetics, and food additives. Anatase has excellent stability at low temperatures and is widely used as a photocatalyst, and brookite is found only in natural minerals. Titanium dioxide is harmless to human body and is widely used in paint, printing ink, plastic, paper, synthetic fiber, rubber, capacitor, crayon, electric and electronic device.

또한, 이산화티타늄은 광촉매로 사용되는 대표적인 반도체 물질들 중 하나이다. 일반적으로 광촉매란 빛 에너지를 받음으로써 산화·환원 반응을 일으켜 주위의 오염물을 분해하는 역할을 하는 촉매, 즉, 빛을 이용하여 광반응 속도를 증가시키는 촉매를 의미한다. 이산화티타늄은 타 소재들에 비해 상대적으로 가격이 저렴하고, 광촉매로서의 내구성과 내마모성이 우수하며, 안정성이 뛰어난 무독성 재료이기 때문에 폐기 시에도 공해를 유발하지 않으므로 빈번하게 사용된다.Titanium dioxide is also one of the representative semiconductor materials used as photocatalysts. In general, a photocatalyst refers to a catalyst that plays a role of decomposing surrounding pollutants by oxidizing and reducing a reaction by receiving light energy, that is, a catalyst that increases the photoreaction rate using light. Titanium dioxide is frequently used because it is relatively inexpensive compared to other materials, has excellent durability and abrasion resistance as a photocatalyst, and is a non-toxic material having excellent stability.

한편, 이산화티타늄과 같은 반도체는 에너지 띠 구조를 갖는다. 반도체의 에너지 띠 중 전자들에 의해 점유된 가장 높은 에너지띠를 가전자대(valence band), 전자들에 의해 점유되지 않은 가장 낮은 에너지띠를 전도대(conduction band)라 한다. 이들의 에너지 차이를 띠 간격 에너지(band gap energy)라 부르며, 이는 재료마다 고유한 값을 갖는다. 이와 같은 반도체 재료에 고유한 띠 간격 에너지보다 큰 에너지의 빛을 조사하면, 가전자대에서 전자(electron)가 여기되어 전도대로 전이됨과 동시에 가전자대에는 정공(hole)이 형성되고, 이들 전자-정공 쌍에 의해 유발된 강력한 산화·환원 반응에 의해 주위의 유해한 물질이 분해된다.On the other hand, semiconductors such as titanium dioxide have an energy band structure. The highest energy band occupied by the electrons in the energy band of the semiconductor is called the valence band, and the lowest energy band not occupied by the electrons is called the conduction band. Their energy difference is called band gap energy, which has a unique value for each material. When irradiated with light of energy greater than the band gap energy inherent in such semiconductor materials, electrons are excited in the valence band and are transferred to the conduction band, and holes are formed in the valence band, and these electron-hole pairs Harmful oxidative and reduction reactions caused by the decompose harmful substances around.

반도체 물질에 존재하는 에너지 띠 간격은 가전자대와 전도대에 유도된 전자와 정공의 빠른 재결합을 막음으로써 광화학 산화·환원 반응의 지속시간을 연장시킨다. 그러나 이산화티타늄과 같이 띠 간격이 큰 반도체(3.2 eV)는 400 nm 미만의 범위에 해당하는 짧은 파장의 빛만을 흡수하는 성질이 있으므로, 태양에너지의 대부분을 차지하는 가시광선을 흡수하지 못하는 단점이 있다.The energy band spacing in the semiconductor material prevents the rapid recombination of electrons and holes induced in the valence band and conduction band, thereby extending the duration of the photochemical oxidation / reduction reaction. However, semiconductors having a large band gap (3.2 eV), such as titanium dioxide, have a property of absorbing only light having a short wavelength corresponding to a range of less than 400 nm, and thus have a disadvantage in that they cannot absorb visible light, which occupies most of solar energy.

상기와 같은 단점을 보완하기 위해, 최근에는 이산화티타늄에 이종 성분의 재료를 혼성화시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 실리카와 같이 띠 간격이 상대적으로 작아(1.12 eV) 가시광 범위의 빛을 흡수하여 전자를 여기시킬 수 있는 반도체 물질을 함께 도입하거나, 금과 은 등의 귀금속 나노입자를 혼성화하여 이들 성분이 갖는 표면 플라즈몬 성질의 유도효과에 기인하여 단일성분의 이산화티타늄이 갖지 못하는 향상된 성질을 발현하는 데에 최근 관심이 급증하고 있는 실정이다.
In order to make up for such drawbacks, studies have recently been actively conducted to hybridize materials of different components to titanium dioxide. In particular, the surface spacing of these components is due to the introduction of a semiconductor material that can excite electrons by absorbing light in the visible range, such as silica, with a relatively small band gap (1.12 eV) or by hybridizing precious metal nanoparticles such as gold and silver. Due to the inducing effect of the plasmon properties, there is a recent increase in the interest in expressing the improved properties that do not have a single component of titanium dioxide.

이러한 복합 나노구조체의 제조방법에는 이온 주입법, 스퍼터링, 광환원 반응법 등이 있는데, 대부분 고가의 장비가 필요하거나 복잡한 다단계 공정을 채택하고 있으므로 경제성 측면에서 유리하지 못하다. 또한 다성분계 입자를 제조할 경우 입자 내에서 성분의 균일도가 떨어지며, 입자의 형태에 있어서 조절이 어렵다는 단점이 있다.Methods of manufacturing such composite nanostructures include ion implantation, sputtering, and photoreduction reaction methods, which are not advantageous in terms of economics because most of them require expensive equipment or adopt complex multi-step processes. In addition, when manufacturing the multi-component particles have a disadvantage in that the uniformity of the components in the particles, and difficult to control in the form of the particles.

한편, 액상법인 졸-겔 공정은 분자수준에서 원료의 혼합 및 제조가 가능하므로 제조된 입자의 균일성을 증가시킬 수 있고, 넓은 표면적의 입자를 제조할 수 있으며, 소결 온도를 낮출 수 있다는 장점 때문에 다성분계 복합물의 제조에 많이 이용되어 왔다. 특히, 고순도의 알콕사이드의 가수분해를 이용한 졸-겔 공정은 넓은 응용 범위를 가지며, 최종생산물의 형태를 분말, 모노리스 또는 섬유형태로 다양하게 조절할 수 있다는 장점이 있다.
On the other hand, the sol-gel process, which is a liquid phase method, is capable of mixing and preparing raw materials at the molecular level, thereby increasing uniformity of the prepared particles, producing particles having a large surface area, and lowering the sintering temperature. It has been widely used in the preparation of multicomponent composites. In particular, the sol-gel process using a high-purity alkoxide hydrolysis has a wide application range, there is an advantage that the final product can be variously controlled in the form of powder, monolith or fiber.

이에 본 발명자들은 자기 조립 이중블록 공중합체와 졸-겔 공정을 이용하여 이산화티타늄 또는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질(core/shell) 구조의 나노구조체 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 복합구조체를 연구하여, 본 발명을 완성하였다.
Therefore, the present inventors have prepared a method for producing a nanostructure having a core / shell structure having a titanium dioxide or a gold-titanium dioxide using a self-assembled biblock copolymer and a sol-gel process, and a composite structure manufactured thereby. To study the present invention was completed.

본 발명의 목적은 이산화티타늄 또는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체 제조방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a method for producing a nanostructure of the nucleus / shell structure having a titanium dioxide or gold-titanium dioxide as a shell.

본 발명의 다른 목적은 이산화티타늄 또는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체를 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to provide a nucleus / shell structure nanostructure having titanium dioxide or gold-titanium dioxide as a shell.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 자기조립 이중블록 공중합체와 졸-겔 공정을 이용하여 이산화티타늄 또는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a nanostructure of the nucleus / shell structure having a shell of titanium dioxide or gold-titanium dioxide using a self-assembled diblock copolymer and a sol-gel process.

또한, 상기 제조방법에 의하여 제조된 이산화티타늄 또는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체를 제공한다.
In addition, the present invention provides a nanostructure having a nuclear / shell structure having titanium dioxide or gold-titanium dioxide manufactured by the method as a shell.

본 발명에 따른 이산화티타늄 또는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체 제조방법은 제조공정이 간단할 뿐만 아니라, 금 및 이산화티타늄의 결합으로 더욱 높은 광촉매 활성을 가지게 되는 바, 친환경소자 및 오염물 분해 등의 다양한 분야에 유용하게 응용될 수 있다.
According to the present invention, a method for producing a nanostructure having a shell of titanium dioxide or gold-titanium dioxide as a shell is not only a simple manufacturing process but also has a higher photocatalytic activity due to the combination of gold and titanium dioxide. It can be usefully applied to various fields such as device and contaminant decomposition.

도 1은 본 발명의 제조단계를 나타내는 개념도이고;
도 2는 본 발명에 따른 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체의 표면 SEM 사진이고;
도 3은 본 발명에 따른 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체의 광학적 성질에 대한 자외선-가시선 분광광도계의 흡광도 스펙트럼이고;
도 4는 본 발명에 따른 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체의 광촉매 활성도를 나타내는 그래프이다.
1 is a conceptual diagram showing a manufacturing step of the present invention;
2 is a surface SEM photograph of a nanostructure having a nucleus / shell structure according to the present invention;
3 is an absorbance spectrum of an ultraviolet-visible spectrophotometer for the optical properties of a nanostructure having a nucleus / shell structure according to the present invention;
Figure 4 is a graph showing the photocatalytic activity of the nanostructure having a nuclear / shell structure according to the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 The present invention

양친성 이중블록 공중합체를 용해시켜 역마이셀 용액을 제조하는 단계 (단계 1);Dissolving the amphiphilic diblock copolymer to prepare a reverse micelle solution (step 1);

이산화티타늄 전구체를 에탄올 또는 이소프로판올 용매에 용해시키고, 염산 또는 아세트산을 첨가하여 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계 (단계 2);Dissolving the titanium dioxide precursor in ethanol or isopropanol solvent and adding hydrochloric acid or acetic acid to prepare a sol-gel precursor solution (step 2);

상기 단계 1에서 제조된 역마이셀 용액 및 상기 단계 2에서 제조된 졸-겔 전구체 용액을 혼합하여 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하는 단계 (단계 3);Preparing a titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure by mixing the reverse micelle solution prepared in step 1 and the sol-gel precursor solution prepared in step 2 (step 3);

상기 단계 3에서 제조된 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 비드에 코팅하는 단계 (단계 4); Coating the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructures prepared in step 3 on the beads (step 4);

상기 단계 4에서 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계 (단계 5); 및Cleaning and drying the beads coated in step 4 (step 5); And

상기 단계 5에서 세정 및 건조된 이산화티타늄-이중블록 공중합체가 코팅된 비드를 고온 열처리하여 이중블록 공중합체를 제거하는 단계 (단계 6)를 포함하는 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체 제조방법을 제공한다.
Nano-nuclear shell structure having titanium dioxide as a shell comprising the step of removing the diblock copolymer by heating the beads coated with the titanium dioxide-diblock copolymer coated in step 5 by high temperature heat treatment (step 6). It provides a method for producing a structure.

먼저, 단계 1은 1,4-다이옥산을 용매로 하여 양친성 이중블록 공중합체를 용해시켜 역마이셀 용액을 제조하는 단계이다. 역마이셀이란 계면활성제가 유기용매에 녹는 경우에는 물에서와는 반대로 친수성 부분이 핵을 형성하고 친유성 부분이 유기용매에 닿는 표면을 형성하는 것을 의미한다. 1,4-다이옥산 용매에 양친성 공중합체로 폴리(스티렌-블록-에틸렌옥사이드)를 0.1 ~ 1 중량%로 도입하는 것이 바람직하고, 0.5 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 이산화티타늄 나노입자가 배열되지 않는 문제가 있고, 1 중량%를 초과하는 경우에는 코팅에 의한 박막 형성과정에서 단분자 마이셀 배열을 형성하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.
First, step 1 is a step of preparing a reverse micelle solution by dissolving an amphiphilic diblock copolymer using 1,4-dioxane as a solvent. Reverse micelles mean that when the surfactant is dissolved in an organic solvent, the surface of the hydrophilic portion forms a nucleus and the lipophilic portion contacts the organic solvent, as opposed to water. It is preferable to introduce | transduce poly (styrene-block-ethylene oxide) in 0.1-1 weight% as an amphiphilic copolymer into a 1, 4- dioxane solvent, and it is more preferable that it is 0.5 weight%. If the content is less than 0.1% by weight, there is a problem that the titanium dioxide nanoparticles are not arranged, if it exceeds 1% by weight it is difficult to form a single molecule micelle arrangement in the process of forming a thin film by coating.

단계 2는 이산화티타늄 전구체를 에탄올 또는 이소프로판올 용매에 용해시키고, 염산 또는 아세트산을 첨가하여 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계이다. 이산화티타늄 전구체로는 티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetra-isopropoxide, TTIP), 티타늄테트라부톡사이드(titanium tetrabutoxide), 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide) 등을 사용할 수 있으며, 용매로는 에탄올, 이소프로판올 등을 사용할 수 있으나, 티타늄 전구체 용액을 제조할 수 있는 용매이면 이에 제한되지 않는다. 산으로는 진한염산, 이산화티타늄 전구체는 티타늄 테트라이소프로폭사이드 및 용매로는 이소프로판올을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. Step 2 is a step of dissolving the titanium dioxide precursor in ethanol or isopropanol solvent and adding hydrochloric acid or acetic acid to prepare a sol-gel precursor solution. Titanium tetra-isopropoxide (TTIP), titanium tetrabutoxide, titanium alkoxide, etc. may be used as a titanium dioxide precursor, and ethanol, isopropanol, etc. may be used as a solvent. The solvent may be used to prepare the titanium precursor solution, but is not limited thereto. It is more preferable to use concentrated hydrochloric acid as an acid, titanium tetraisopropoxide as a titanium dioxide precursor, and isopropanol as a solvent.

산은 상기 단계 1의 공중합체 중 폴리에틸렌옥사이드 블록 부분을 개방 또는 함몰시켜주고, 동시에 이산화티타늄 전구체를 가수분해시켜 개방 또는 함몰된 폴리에틸렌옥사이드 부분에 조밀한 이산화티타늄 나노입자가 형성될 수 있도록 한다.
The acid opens or recesses the polyethylene oxide block portion of the copolymer of step 1, and simultaneously hydrolyzes the titanium dioxide precursor so that dense titanium dioxide nanoparticles can be formed in the open or recessed polyethylene oxide portion.

단계 3은 상기 단계 1에서 제조된 역마이셀 용액 및 상기 단계 2에서 제조된 졸-겔 전구체 용액을 혼합하여 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하는 단계이다. 역마이셀 용액 및 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액의 비율은 제조되는 이산화티타늄 나노입자 배열의 질서도(degree of order)와 직접적인 관련이 있다. 이산화티타늄 졸-겔 용액은 역마이셀 용액의 30 ~ 50 부피%가 되도록 혼합하는 것이 바람직하고, 40 부피%인 것이 더욱 바람직하다. 역마이셀 용액에 대하여 이산화티타늄 졸-겔 용액을 30 부피% 미만으로 혼합한 경우, 이산화티타늄 나노입자가 규칙적인 배열로 형성되지 않는 문제점이 있으며, 50 부피% 초과하여 혼합한 경우 이산화티타늄끼리 응집하는 문제점이 있다. Step 3 is a step of preparing a titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure by mixing the reverse micelle solution prepared in step 1 and the sol-gel precursor solution prepared in step 2. The ratio of reverse micelle solution and titanium dioxide sol-gel precursor solution is directly related to the degree of order of the titanium dioxide nanoparticle array produced. The titanium dioxide sol-gel solution is preferably mixed to 30 to 50% by volume of the reverse micelle solution, more preferably 40% by volume. When the titanium dioxide sol-gel solution is mixed at less than 30% by volume with respect to the reverse micelle solution, there is a problem in that the titanium dioxide nanoparticles are not formed in a regular arrangement, and when mixed in excess of 50% by volume, the titanium dioxide aggregates. There is a problem.

단계 4는 상기 단계 3에서 제조된 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 비드에 코팅하는 단계이다. 코팅은 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체 용액에 비드를 담지하여 초음파장치에서 8 ~ 12분간 처리하여 수행하는 것이 바람직하며, 10분간 처리하는 것이 더욱 바람직하다. 처리시간이 8분 미만인 경우는 이산화티타늄 입자가 균일하게 코팅되지 않을 수 있는 문제점이 있으며, 12분을 초과하여 처리되는 경우는 과도한 에너지가 가해지므로 전체적으로 일정한 두께의 코팅면을 얻을 수 없다는 문제점이 있다. Step 4 is a step of coating the beads with the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure prepared in step 3. The coating is preferably carried out by treating the beads in a titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure solution by treating them for 8 to 12 minutes in an ultrasonic apparatus, and more preferably for 10 minutes. If the treatment time is less than 8 minutes, there is a problem that the titanium dioxide particles may not be uniformly coated, if the treatment is more than 12 minutes there is a problem that the overall coating surface of a constant thickness can not be obtained because excessive energy is applied. .

이때, 사용되는 비드는 실리카, 알루미나 및 금속산화물을 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 비드에 이산화티타늄 입자를 코팅하여 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체를 형성할 수 있으면 이에 한정하지 않는다.
In this case, the beads used may be any one selected from the group consisting of silica, alumina and metal oxides, and the present invention is not limited thereto, provided that the nanostructure having a nucleus / shell structure can be formed by coating titanium dioxide particles on the beads. .

단계 5는 상기 단계 4에서 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계이다. 본 단계를 통하여 코팅된 비드의 잔여 용액을 제거하고 건조시킨다.
Step 5 is a step of washing and drying the beads coated in step 4. This step removes the remaining solution of the coated beads and dries.

단계 6은 상기 단계 5에서 세정 및 건조된 이산화티타늄-이중블록 공중합체가 코팅된 비드를 고온 열처리하여 이중블록 공중합체를 제거하는 단계이다. 상기 단계 5에서 세정 및 건조된 나노구조체를 하소로(furnace)에 투입하고 공기가 주입되는 조건하에서 400 ~ 600 ℃에서 3 ~ 5 시간 동안 수행하는 것이 바람직하고, 500 ℃에서 4시간 동안 수행하는 것이 더욱 바람직하다. 하소로의 온도가 400℃ 미만인 경우 블록공중합체가 잘 제거되지 않는 문제가 있으며, 600℃를 초과하는 경우 비드가 열에 의한 충격으로 쉽게 부서질 수 있는 문제가 있다. 또한 하소로에서의 처리시간이 3시간 미만이면 블록공중합체가 잘 제거되지 않는 문제가 있으며, 5시간을 초과하는 경우에는 이미 환원이 완료된 상태에서 지속하여 시간을 낭비하게 된다는 문제가 있다. 이 단계는 하소로의 열을 이용하여 상기 단계 3, 4 및 5에서 제조된 이중블록 공중합체를 포함하는 고분자 코팅막을 제거한다.
Step 6 is a step of removing the diblock copolymer by high temperature heat treatment of the beads coated with the titanium dioxide-diblock copolymer washed and dried in step 5. In the step 5, the nanostructures washed and dried in the furnace (furnace) is preferably carried out for 3 to 5 hours at 400 ~ 600 ℃ under conditions that the air is injected, it is preferably carried out at 500 ℃ for 4 hours More preferred. If the temperature of the calcining furnace is less than 400 ℃ there is a problem that the block copolymer is not removed well, if the temperature exceeds 600 ℃ there is a problem that the beads can be easily broken by heat shock. In addition, if the treatment time in the calcination furnace is less than 3 hours, there is a problem that the block copolymer is not removed well, if more than 5 hours there is a problem that waste time is continued in the state that the reduction is already completed. This step removes the polymer coating film comprising the biblock copolymers prepared in steps 3, 4 and 5 using heat to calcination.

나아가, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체를 제공한다. Furthermore, the present invention provides a nanostructure of the nuclear / shell structure having a titanium dioxide prepared by the above method as a shell.

본 발명에 따른 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체는 액상법인 졸-겔 공정으로 인하여 분자수준에서 원료의 혼합 및 제조가 가능하므로, 제조된 입자의 균일성이 증가되고, 넓은 표면적의 입자를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
The nanostructure of the core / shell structure having titanium dioxide as a shell according to the present invention is capable of mixing and preparing raw materials at the molecular level due to the sol-gel process, which is a liquid phase method, thereby increasing the uniformity of the prepared particles and having a large surface area. There is an advantage that can produce particles of.

또한, 본 발명은In addition,

이산화티타늄 전구체를 에탄올 또는 이소프로판올 용매에 용해시키면서 염산을 추가하여 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계 (단계 1);Preparing a titanium dioxide sol-gel precursor solution by adding hydrochloric acid while dissolving the titanium dioxide precursor in ethanol or isopropanol solvent (step 1);

수산화칼륨 수용액에 비드를 담지하여 비드 표면에 전하를 띠도록 하는 단계 (단계 2);Supporting the beads on an aqueous potassium hydroxide solution to charge the beads (step 2);

상기 단계 1 및 상기 단계 2에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액 및 비드를 혼합하여 비드에 이산화티타늄을 코팅하는 단계 (단계 3); 및Coating titanium dioxide on the beads by mixing the titanium dioxide sol-gel precursor solution and the beads prepared in steps 1 and 2 (step 3); And

상기 단계 3에서 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계 (단계 4)를 포함하는 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체 제조방법을 제공한다.
It provides a method for producing a nanostructure of the nucleus / shell structure having a titanium dioxide shell including the step (step 4) of washing and drying the coated beads in step 3.

먼저, 단계 1은 이산화티타늄 전구체를 에탄올 또는 이소프로판올 용매에 용해시키고, 염산 또는 아세트산을 첨가하여 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계이다. 이산화티타늄 전구체로는 티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetra-isopropoxide, TTIP), 티타늄테트라부톡사이드(titanium tetrabutoxide), 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide) 등을 사용할 수 있으며, 용매로는 에탄올, 이소프로판올 등을 사용할 수 있으나, 티타늄 전구체 용액을 제조할 수 있으면 이에 제한되지 않는다. 산으로는 진한염산, 이산화티타늄 전구체는 티타늄 테트라이소프로폭사이드 및 용매로는 이소프로판올을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. First, step 1 is a step of preparing a sol-gel precursor solution by dissolving the titanium dioxide precursor in ethanol or isopropanol solvent and adding hydrochloric acid or acetic acid. Titanium tetra-isopropoxide (TTIP), titanium tetrabutoxide, titanium alkoxide, etc. may be used as a titanium dioxide precursor, and ethanol, isopropanol, etc. may be used as a solvent. However, if the titanium precursor solution can be prepared is not limited thereto. It is more preferable to use concentrated hydrochloric acid as an acid, titanium tetraisopropoxide as a titanium dioxide precursor, and isopropanol as a solvent.

이산화티타늄의 졸-겔 전구체 용액은 염산을 추가하여 pH를 1 ~ 3으로 조절하는 것이 바람직하고, pH를 2로 조절하는 것이 더욱 바람직하다. pH가 1 미만인 경우 티타늄 전구체 용액의 가수분해를 과도하게 촉진시켜 이산화티타늄 입자들의 응집을 일으키는 문제점이 있고, pH 3을 초과하는 경우 비드 표면과의 전하차가 작아져 이산화티타늄의 흡착성이 작아지는 문제가 있다.
In the sol-gel precursor solution of titanium dioxide, it is preferable to adjust the pH to 1 to 3 by adding hydrochloric acid, and more preferably to adjust the pH to 2. If the pH is less than 1, there is a problem of excessively promoting the hydrolysis of the titanium precursor solution to cause the aggregation of titanium dioxide particles, and if the pH is exceeded 3, the difference in charge with the surface of the beads is small, so that the adsorption of titanium dioxide is reduced. have.

단계 2는 수산화칼륨 수용액에 비드를 담지하여 비드 표면에 전하는 띠도록 하는 단계이다. 이때 수산화칼륨 수용액의 pH은 7 ~ 8인 것이 바람직하다. 비드의 pH가 7 미만인 경우 수소이온농도의 차이가 작아져 전하량 차이가 감소하기 때문에 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액이 비드에 흡착하는 정도가 줄어드는 문제가 있고, pH 8을 초과하는 경우는 전하량 차이의 과도한 증가로 인해 이산화티타늄의 국부적인 응집 현상이 발생할 수 있다는 문제가 있다.
Step 2 is a step of supporting the beads on the surface of the beads by supporting the beads in an aqueous potassium hydroxide solution. At this time, the pH of the aqueous potassium hydroxide solution is preferably 7 to 8. If the pH of the beads is less than 7, there is a problem that the difference in the amount of charge decreases because the difference in hydrogen ion concentration becomes smaller, so that the degree of adsorption of the titanium dioxide sol-gel precursor solution to the beads decreases. There is a problem that local aggregation of titanium dioxide may occur due to excessive increase.

단계 3은 상기 단계 1 및 상기 단계 2에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액 및 비드를 혼합하여 비드에 이산화티타늄을 코팅하는 단계이다. 상기 단계 1에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액 및 상기 단계 2에서 표면의 전하를 띠게 된 비드가 갖는 수소이온농도의 전하량 차이를 이용하는 것으로서, 상기 단계 1에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액과 상기 단계 2에서 제조된 비드를 혼합하는 방법으로 직접 코팅한다. Step 3 is a step of coating the titanium dioxide on the beads by mixing the titanium dioxide sol-gel precursor solution and the beads prepared in Step 1 and Step 2. Titanium dioxide sol-gel precursor solution prepared in step 1 by using the difference in the charge amount of the hydrogen ion concentration of the titanium dioxide sol-gel precursor solution prepared in step 1 and the surface-charged beads in step 2, And the beads prepared in step 2 are directly coated by mixing.

이때, 사용되는 비드는 실리카, 알루미나 및 금속산화물을 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 비드에 이산화티타늄 입자를 코팅하여 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체를 형성할 수 있으면 이에 한정하지 않는다.
In this case, the beads used may be any one selected from the group consisting of silica, alumina and metal oxides, and the present invention is not limited thereto, provided that the nanostructure having a nucleus / shell structure can be formed by coating titanium dioxide particles on the beads. .

단계 4는 상기 단계 3에서 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계이다. 본 단계를 통하여 코팅된 비드의 잔여 용액을 제거하고 건조시킨다.
Step 4 is a step of washing and drying the beads coated in step 3. This step removes the remaining solution of the coated beads and dries.

나아가, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a nanostructure of the nuclear / shell structure having a titanium dioxide prepared by the above method as a shell.

본 발명에 따른 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체는 액상법인 졸-겔 공정으로 인하여 분자수준에서 원료의 혼합 및 제조가 가능하므로, 제조된 입자의 균일성이 증가되고, 넓은 표면적의 입자를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
The nanostructure of the core / shell structure having titanium dioxide as a shell according to the present invention is capable of mixing and preparing raw materials at the molecular level due to the sol-gel process, which is a liquid phase method, thereby increasing the uniformity of the prepared particles and having a large surface area. There is an advantage that can produce particles of.

또한 본 발명은Also,

양친성 이중블록 공중합체를 용해시켜 역마이셀 용액을 제조하는 단계 (단계 1);Dissolving the amphiphilic diblock copolymer to prepare a reverse micelle solution (step 1);

이산화티타늄 전구체를 에탄올 또는 이소프로판올 용매에 용해시키고, 염산 또는 아세트산을 첨가하여 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계 (단계 2);Dissolving the titanium dioxide precursor in ethanol or isopropanol solvent and adding hydrochloric acid or acetic acid to prepare a sol-gel precursor solution (step 2);

친수성을 갖는 금 나노입자 전구체를 이소프로판올, 에탄올 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 용매에 용해시켜 콜로이드를 제조하는 단계 (단계 3);Preparing a colloid by dissolving a gold nanoparticle precursor having hydrophilicity in one solvent selected from the group consisting of isopropanol, ethanol and methanol (step 3);

상기 단계 1에서 제조된 역마이셀 용액, 상기 단계 2에서 제조된 졸-겔 전구체 용액을 혼합하여 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하는 단계 (단계 4);Preparing a titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure by mixing the reverse micelle solution prepared in step 1 and the sol-gel precursor solution prepared in step 2 (step 4);

상기 단계 4에서 제조된 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체에 상기 단계 3에서 제조된 금 나노입자 전구체용액을 혼합하여 금-이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하는 단계 (단계 5);Preparing a gold-titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure by mixing the gold nanoparticle precursor solution prepared in step 3 to the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure prepared in step 4 (step 5);

상기 단계 5에서 제조된 금-이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 비드에 코팅하는 단계 (단계 6);Coating the gold-titanium dioxide-diblock copolymer nanostructures prepared in step 5 on the beads (step 6);

상기 단계 6에서 제조된 금-이산화티타늄-이중블록 공중합체가 코팅된 나노구조체를 세정 및 건조하는 단계 (단계 7); 및Washing and drying the nanostructure coated with the gold-titanium dioxide-diblock copolymer prepared in step 6 (step 7); And

상기 단계 7에서 세정 및 건조된 금-이산화티타늄-이중블록 공중합체가 코팅된 나노구조체를 고온 열처리하여 이중블록공중합체를 제거하는 단계(단계 8)을 포함하는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 나노구조체의 제조방법을 제공한다.
The core having the gold-titanium dioxide as a shell, which comprises the step of removing the double block copolymer by heating the nanostructure coated with the gold-titanium dioxide-diblock copolymer cleaned and dried in step 7 (step 8). It provides a method for producing a hybrid nanostructure of the shell structure.

먼저, 단계 1은 양친성 이중블록 공중합체를 용해시켜 역마이셀 용액을 제조하는 단계이다. 1,4-다이옥산 용매에 양친성 공중합체로 폴리(스티렌-블록-에틸렌옥사이드)를 0.1 ~ 1 중량%로 도입하는 것이 바람직하고, 0.5 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 이산화티타늄 나노입자가 배열되지 않아 하이브리드 나노입자 배열이 형성되지 않는 문제가 있고, 1 중량%를 초과하는 경우에는 코팅에 의한 박막 형성과정에서 단분자 마이셀 배열을 얻기 어렵다는 문제가 있다.
First, step 1 is to prepare a reverse micelle solution by dissolving the amphiphilic diblock copolymer. It is preferable to introduce | transduce poly (styrene-block-ethylene oxide) in 0.1-1 weight% as an amphiphilic copolymer into a 1, 4- dioxane solvent, and it is more preferable that it is 0.5 weight%. If the content is less than 0.1% by weight, the titanium dioxide nanoparticles are not arranged, there is a problem that the hybrid nanoparticle array is not formed, if the content exceeds 1% by weight to obtain a single molecule micelle arrangement in the process of forming a thin film by coating There is a problem that is difficult.

단계 2는 이산화티타늄 전구체를 에탄올 또는 이소프로판올 용매에 용해시키고, 염산 또는 아세트산을 첨가하여 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계이다. 이산화티타늄 전구체로는 티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetra-isopropoxide, TTIP), 티타늄테트라부톡사이드(titanium tetrabutoxide), 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide) 등을 사용할 수 있으며, 용매로는 에탄올, 이소프로판올 등을 사용할 수 있으나, 티타늄 전구체 용액을 제조할 수 있으면 이에 제한되지 않는다. 산으로는 진한염산, 이산화티타늄 전구체는 티타늄 테트라이소프로폭사이드 및 용매로는 이소프로판올을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. Step 2 is a step of dissolving the titanium dioxide precursor in ethanol or isopropanol solvent and adding hydrochloric acid or acetic acid to prepare a sol-gel precursor solution. Titanium tetra-isopropoxide (TTIP), titanium tetrabutoxide, titanium alkoxide, etc. may be used as a titanium dioxide precursor, and ethanol, isopropanol, etc. may be used as a solvent. However, if the titanium precursor solution can be prepared is not limited thereto. It is more preferable to use concentrated hydrochloric acid as an acid, titanium tetraisopropoxide as a titanium dioxide precursor, and isopropanol as a solvent.

산은 상기 단계 1의 공중합체 중 폴리에틸렌옥사이드 블록 부분을 개방 또는 함몰시켜주고, 동시에 이산화티타늄 전구체를 가수분해 시켜 개방 또는 함몰된 폴리에틸렌옥사이드 부분에 조밀한 이산화티타늄 나노입자가 형성될 수 있도록 한다. 이산화티타늄 전구체는 티타늄 테트라이소프로폭사이드 및 용매로는 이소프로판올이 더욱 바람직하다.
The acid opens or recesses the polyethylene oxide block portion of the copolymer of step 1, and simultaneously hydrolyzes the titanium dioxide precursor so that dense titanium dioxide nanoparticles can be formed on the opened or recessed polyethylene oxide portion. The titanium dioxide precursor is more preferably titanium tetraisopropoxide and isopropanol as a solvent.

단계 3은 친수성을 갖는 금 나노입자 전구체용액을 이소프로판올, 에탄올 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 용매에 용해시켜 금 나노입자 전구체용액을 제조하는 단계이다. 친수성을 갖는 금 나노입자 전구체로 사염화금산사염화금산(gold(Ⅲ) chloride trihydrate, HAuCl4ㆍ3H2O)을 사용하는 것이 바람직하나, 금 나노입자 전구체를 제조할 수 있는 용매 및 금 전구체이면 이에 제한되지 않는다.
Step 3 is a step of preparing a gold nanoparticle precursor solution by dissolving the hydrophilic gold nanoparticle precursor solution in one solvent selected from the group consisting of isopropanol, ethanol and methanol. As a gold nanoparticle precursor having hydrophilicity, it is preferable to use gold tetrachloride tetrachloride (HA (Cl) chloride trihydrate, HAuCl4.3H2O), but it is not limited thereto as long as it is a solvent and a gold precursor capable of preparing the gold nanoparticle precursor.

단계 4는 상기 단계 1에서 제조된 역마이셀 용액 및 상기 단계 2에서 제조된 졸-겔 전구체 용액을 혼합하여 이산화티타늄-이중블록 공중합체를 제조하는 단계이다. 역마이셀 용액 및 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액의 비율은 제조되는 이산화티타늄 나노입자 배열의 질서도(degree of order)와 직접적인 관련이 있다. 이산화티타늄 졸-겔 용액은 역마이셀 용액의 30 ~ 50 부피%가 되도록 혼합하는 것이 바람직하고, 40 부피%인 것이 더욱 바람직하다. 역마이셀 용액에 대하여 이산화티타늄 졸-겔 용액을 30 부피% 미만으로 혼합한 경우, 이산화티타늄 나노입자가 규칙적인 배열로 형성되지 않는 문제점이 있으며, 50 부피% 초과하여 혼합한 경우 이산화티타늄끼리 응집하는 문제점이 있다.
Step 4 is a step of preparing a titanium dioxide-diblock copolymer by mixing the reverse micelle solution prepared in step 1 and the sol-gel precursor solution prepared in step 2. The ratio of reverse micelle solution and titanium dioxide sol-gel precursor solution is directly related to the degree of order of the titanium dioxide nanoparticle array produced. The titanium dioxide sol-gel solution is preferably mixed to 30 to 50% by volume of the reverse micelle solution, more preferably 40% by volume. When the titanium dioxide sol-gel solution is mixed at less than 30% by volume with respect to the reverse micelle solution, there is a problem in that the titanium dioxide nanoparticles are not formed in a regular arrangement, and when mixed in excess of 50% by volume, the titanium dioxide aggregates. There is a problem.

단계 5는 상기 단계 4에서 제조된 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체에 상기 단계 3에서 제조된 금 나노입자 전구체용액을 혼합하여 금-이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하는 단계이다. 금 나노입자 전구체용액을 역마이셀 용액 내 에틸렌옥사이드(EO)에 대하여 몰 비(Au/EO)가 0.1 ~ 0.5가 되도록 조절하여 혼합하는 것이 바람직하고, 0.4인 것이 더욱 바람직하다. 금 나노입자 전구체용액을 역마이셀 용액 내 에틸렌옥사이드(EO)에 대하여 몰 비(Au/EO)가 0.1 미만이면 각각의 역마이셀에 금 입자가 균일하게 분산되지 않는 문제가 있고, 0.5를 초과하면 금 입자가 역마이셀에 포함되지 않고 금 입자끼리 결합하여 덩어리를 형성하는 문제가 있다.
Step 5 is a step of preparing a gold-titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure by mixing the gold nanoparticle precursor solution prepared in step 3 to the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure prepared in step 4. The gold nanoparticle precursor solution is preferably mixed and adjusted so that the molar ratio (Au / EO) is 0.1 to 0.5 with respect to ethylene oxide (EO) in the reverse micelle solution, and more preferably 0.4. If the gold nanoparticle precursor solution has a molar ratio (Au / EO) of less than 0.1 to ethylene oxide (EO) in the reverse micelle solution, there is a problem that gold particles are not uniformly dispersed in each reverse micelle. There is a problem in that the particles are not included in the reverse micelles and gold particles are combined to form agglomerates.

단계 6은 상기 단계 5에서 제조된 금-이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 비드에 코팅하는 단계이다. 코팅은 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체에 비드를 담지하여 초음파장치에서 8 ~ 12분간 처리하여 수행하는 것이 바람직하며, 10분간 처리하는 것이 더욱 바람직하다. 처리시간이 8분 미만인 경우는 금 나노입자가 균일하게 코팅되지 않을 수 있는 문제점이 있으며, 12분 초과하여 처리하는 경우는 과도한 에너지가 가해지므로 전체적으로 일정한 두께의 코팅면을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.Step 6 is to coat the gold-titanium dioxide-diblock copolymer nanostructures prepared in step 5 to the beads. The coating is preferably carried out by 8 to 12 minutes treatment in an ultrasonic apparatus by supporting the beads on the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure, and more preferably 10 minutes. If the treatment time is less than 8 minutes, there is a problem that the gold nanoparticles may not be uniformly coated, if the treatment for more than 12 minutes there is a problem that the overall coating surface of a constant thickness can not be obtained because excessive energy is applied.

이때 사용되는 비드는 실리카, 알루미나 및 금속산화물을 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 비드에 금-이산화티타늄 입자를 코팅하여 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체를 형성할 수 있으면 이에 한정하지 않는다.
In this case, the beads used may be any one selected from the group consisting of silica, alumina and metal oxide, and the gold-titanium dioxide particles may be coated on the beads to form a nanostructure having a nucleus / shell structure. Do not.

단계 7은 상기 단계 6에서 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계이다. 본 단계를 통하여 비드의 잔여 용액을 제거하고 건조시킨다.
Step 7 is a step of washing and drying the beads coated in step 6. This step removes the remaining solution of beads and dries.

단계 8은 상기 단계 7에서 세정 및 건조된 금-이산화티타늄-이중블록 공중합체가 코팅된 나노구조체를 고온 열처리하여 이중블록 공중합체를 제거하는 단계이다. 상기 단계 7에서 세정 및 건조된 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체를 하소로(furnace)에 투입하고 공기가 주입되는 조건하에서 400 ∼ 600 ℃에서 3 ~ 5 시간 동안 수행하는 것이 바람직하고, 500 ℃에서 4시간 동안 수행하는 것이 더욱 바람직하다. 하소로의 온도가 400℃ 미만인 경우 금 나노입자 전구체가 환원되지 않는 문제가 있으며, 600℃를 초과하는 경우 비드가 열에 의한 충격으로 쉽게 부서질 수 있는 문제가 있다. 또한 하소로에서의 처리시간이 3시간 미만이면 금나노 전구체가 일부만 환원될 수 있으며, 5시간을 초과하는 경우에는 이미 환원이 완료된 상태에서 지속하여 시간을 낭비하게 된다는 문제가 있다. 이 단계는 하소로의 열을 이용하여 상기 단계 4, 5 및 6에서 제조된 이중블록 공중합체를 포함하는 고분자 코팅막의 제거 및 이중블록 공중합체를 포함하는 고분자 코팅막에 함유된 전구체 형태의 금 나노입자를 환원시킨다.
Step 8 is a step of removing the diblock copolymer by subjecting the nanostructure coated with the gold-titanium dioxide-diblock copolymer coated in step 7 to a high temperature to be heat-treated. The nuclear / shell structured nanostructure having the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure washed and dried in step 7 was introduced into a calcination furnace and heated at 400 to 600 ° C. under conditions in which air was injected. It is preferably carried out for 5 hours, more preferably at 500 ° C. for 4 hours. If the temperature of the calcination furnace is less than 400 ℃ there is a problem that the gold nanoparticle precursor is not reduced, if the temperature exceeds 600 ℃ there is a problem that the beads can be easily broken by heat shock. In addition, if the treatment time in the calcination furnace is less than 3 hours, only a portion of the gold nano precursors can be reduced, and if more than 5 hours, there is a problem that waste time is continued in the state that the reduction is already completed. This step is used to remove the polymer coating film comprising the biblock copolymer prepared in the steps 4, 5 and 6 using heat to calcination and gold nanoparticles in the form of precursors contained in the polymer coating film comprising the biblock copolymer Is reduced.

나아가, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 나노구조체를 제공한다. 본 발명에 따른 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 나노구조체는 이산화티타늄과 금 나노입자를 혼성화하여 이들 성분이 갖는 표면 플라즈몬 성질의 유도효과에 따라 단성분의 이산화티타늄이 갖지 못하는 가시광선을 흡수할 수 있다는 장점이 있다.
Furthermore, the present invention provides a hybrid nanostructure having a nucleus / shell structure having a gold-titanium dioxide prepared by the above method. The hybrid nanostructure of the nucleus / shell structure having a gold-titanium dioxide shell according to the present invention hybridizes titanium dioxide and gold nanoparticles and thus does not have a single titanium dioxide according to the induction effect of surface plasmon properties of these components. The advantage is that it can absorb visible light.

또한 본 발명은 Also,

이산화티타늄 전구체를 에탄올 또는 이소프로판올 용매에 용해시키면서 염산을 추가하여 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계 (단계 1);Preparing a titanium dioxide sol-gel precursor solution by adding hydrochloric acid while dissolving the titanium dioxide precursor in ethanol or isopropanol solvent (step 1);

수산화칼륨 수용액에 비드를 담지하여 비드 표면에 전하를 띠도록 하는 단계 (단계 2);Supporting the beads on an aqueous potassium hydroxide solution to charge the beads (step 2);

상기 단계 1 및 상기 단계 2에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액 및 비드를 혼합하여 비드에 이산화티타늄을 코팅하는 단계 (단계 3);Coating titanium dioxide on the beads by mixing the titanium dioxide sol-gel precursor solution and the beads prepared in steps 1 and 2 (step 3);

상기 단계 3에서 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계 (단계 4);Cleaning and drying the beads coated in step 3 (step 4);

친수성을 갖는 금 나노입자 전구체를 이소프로판올, 에탄올 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 용매에 용해시켜 콜로이드를 제조하는 단계 (단계 5);Preparing a colloid by dissolving the gold nanoparticle precursor having hydrophilicity in one solvent selected from the group consisting of isopropanol, ethanol and methanol (step 5);

상기 단계 4에서 세정 및 건조된 이산화티타늄이 코팅된 비드를 상기 단계 5에서 제조된 금 나노입자 전구체용액에 담지하고, 초음파 발생장치를 이용하여 금 입자를 코팅하는 단계 (단계 6); Supporting the titanium dioxide coated beads washed and dried in step 4 in the gold nanoparticle precursor solution prepared in step 5, and coating the gold particles using an ultrasonic generator (step 6);

상기 단계 6에서 제조된 금-이산화티타늄 나노입자가 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계 (단계 7); Washing and drying the beads coated with the gold-titanium dioxide nanoparticles prepared in step 6 (step 7);

상기 단계 7에서 세정 및 건조된 금-이산화티타늄 나노입자가 코팅된 비드 상의 금 나노입자 전구체를 금 나노입자로 환원하는 단계 (단계 8); 및Reducing the gold nanoparticle precursor on the beads coated with the gold-titanium dioxide nanoparticles cleaned and dried in step 7 to gold nanoparticles (step 8); And

상기 단계 8에서 제조된 나노구조체를 세정 및 건조하는 단계 (단계 9)를 포함하는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 나노구조체의 제조방법을 제공한다.
It provides a method for producing a hybrid nanostructure of the nucleus / shell structure having a shell of gold-titanium dioxide comprising the step of washing and drying the nanostructures prepared in step 8 (step 9).

먼저, 단계 1은 이산화티타늄 전구체를 에탄올 또는 이소프로판올 용매에 용해시키고, 염산 또는 아세트산을 첨가하여 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계이다. 이산화티타늄 전구체로는 티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetra-isopropoxide, TTIP), 티타늄테트라부톡사이드(titanium tetrabutoxide), 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide) 등을 사용할 수 있으며, 용매로는 에탄올, 이소프로판올 등을 사용할 수 있으나, 티타늄 전구체 용액을 제조할 수 있으면 이에 제한되지 않는다. 산으로는 진한염산, 이산화티타늄 전구체는 티타늄 테트라이소프로폭사이드 및 용매로는 이소프로판올을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. First, step 1 is a step of preparing a sol-gel precursor solution by dissolving the titanium dioxide precursor in ethanol or isopropanol solvent and adding hydrochloric acid or acetic acid. Titanium tetra-isopropoxide (TTIP), titanium tetrabutoxide, titanium alkoxide, etc. may be used as a titanium dioxide precursor, and ethanol, isopropanol, etc. may be used as a solvent. However, if the titanium precursor solution can be prepared is not limited thereto. It is more preferable to use concentrated hydrochloric acid as an acid, titanium tetraisopropoxide as a titanium dioxide precursor, and isopropanol as a solvent.

이산화티타늄 전구체 용액은 염산을 추가하여 pH를 1 ~ 3으로 조절하는 것이 바람직하고, pH를 2로 조절하는 것이 더욱 바람직하다. pH가 1 미만인 경우 티타늄 전구체 용액의 가수분해를 과도하게 촉진시켜 이산화티타늄 입자들의 응집을 일으키는 문제점이 있고, 3을 초과하는 경우 비드 표면과의 전하차가 작아져 이산화티타늄의 흡착성이 작아지는 문제가 있다.
As for the titanium dioxide precursor solution, it is preferable to adjust pH to 1-3 by adding hydrochloric acid, and it is more preferable to adjust pH to 2. If the pH is less than 1, there is a problem of excessively promoting the hydrolysis of the titanium precursor solution to cause agglomeration of titanium dioxide particles, and if more than 3, the charge difference with the surface of the beads is small, thereby reducing the adsorption of titanium dioxide. .

단계 2는 수산화칼륨 수용액에 비드를 담지하여 비드 표면에 전하는 띠도록 하는 단계이다. 이때 수산화칼륨 수용액의 pH는 7 ~ 8인 것이 바람직하다. 수산화칼륨 수용액의 pH가 7 미만인 경우 비드 표면의 수소이온농도의 차이가 작아져 전하량 차이가 감소하기 때문에 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액이 비드에 흡착하는 정도가 줄어드는 문제가 있고, 8을 초과하는 경우는 전하량 차이의 과도한 증가로 인해 이산화티타늄의 국부적인 응집 현상이 발생할 수 있다는 문제가 있다. 수산화칼륨 수용액의 pH가 7 미만인 경우 비드 표면의 수소이온농도의 차이가 작아져 전하량 차이가 감소하기 때문에 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액이 비드에 흡착하는 정도가 줄어드는 문제가 있고, pH 8을 초과하는 경우는 전하량 차이의 과도한 증가로 인해 이산화티타늄의 국부적인 응집 현상이 발생할 수 있다는 문제가 있다.Step 2 is a step of supporting the beads on the surface of the beads by supporting the beads in an aqueous potassium hydroxide solution. At this time, the pH of the potassium hydroxide aqueous solution is preferably 7 to 8. When the pH of the potassium hydroxide solution is less than 7, there is a problem that the degree of adsorption of the titanium dioxide sol-gel precursor solution to the beads decreases because the difference in the hydrogen ion concentration on the surface of the beads decreases and the amount of charge decreases. There is a problem that local aggregation of titanium dioxide may occur due to excessive increase in the difference in charge amount. When the pH of the potassium hydroxide solution is less than 7, there is a problem that the degree of adsorption of the titanium dioxide sol-gel precursor solution to the beads decreases because the difference in the hydrogen ion concentration on the surface of the beads decreases and the amount of charge decreases. In this case, there is a problem that local aggregation of titanium dioxide may occur due to excessive increase of the difference in charge amount.

이때 사용되는 비드는 실리카, 알루미나 및 금속산화물을 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 비드에 이산화티타늄 입자를 코팅하여 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체를 형성할 수 있으면 이에 한정하지 않는다.
In this case, the bead may be any one selected from the group consisting of silica, alumina, and metal oxide, and the titanium dioxide particles may be coated on the beads to form nanostructures having a nucleus / shell structure.

단계 3은 상기 단계 1에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액을 상기 단계 2에서 제조된 비드에 코팅하는 단계이다. 상기 단계 1에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체용액 및 상기 단계 2에서 표면의 전하를 띠게 된 비드의 전하량 차이를 이용하는 것으로써, 상기 단계 1에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액과 상기 단계 2에서 제조된 비드를 혼합하는 방법으로 직접 코팅한다.
Step 3 is a step of coating the titanium dioxide sol-gel precursor solution prepared in step 1 to the beads prepared in step 2. By using the difference in the charge amount of the titanium dioxide sol-gel precursor solution prepared in step 1 and the surface-charged beads in step 2, the titanium dioxide sol-gel precursor solution prepared in step 1 and the step 2 The beads prepared in the above were directly coated by mixing.

단계 4는 상기 단계 3에서 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계이다. 본 단계를 통하여 코팅된 비드의 잔여 용액을 제거하고 건조시킨다.
Step 4 is a step of washing and drying the beads coated in step 3. This step removes the remaining solution of the coated beads and dries.

단계 5는 친수성을 갖는 금 나노입자 전구체를 이소프로판올, 에탄올 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 용매에 용해시켜 콜로이드를 제조하는 단계이다. 친수성을 갖는 금 나노입자 전구체로 사염화금산사염화금산(gold(Ⅲ) chloride trihydrate, HAuCl4ㆍ3H2O)을 사용하는 것이 바람직하나, 금 나노입자 전구체를 제조할 수 있는 용매 및 금 전구체이면 이에 제한되지 않는다.
Step 5 is a step of preparing a colloid by dissolving the gold nanoparticle precursor having hydrophilicity in one solvent selected from the group consisting of isopropanol, ethanol and methanol. As a gold nanoparticle precursor having hydrophilicity, it is preferable to use gold tetrachloride tetrachloride (HA (Cl) chloride trihydrate, HAuCl4.3H2O), but it is not limited thereto as long as it is a solvent and a gold precursor capable of preparing the gold nanoparticle precursor.

단계 6은 상기 단계 4에서 세정 및 건조된 이산화티타늄이 코팅된 비드를 상기 단계 5에서 제조된 금 나노입자 전구체용액에 담지하여 금 입자를 코팅하는 단계이다. 초음파 발생장치를 이용하여 8 ~ 13 분간 처리하는 것이 바람직하며, 10분간 처리하는 것이 더욱 바람직하다. 처리시간이 8분 미만인 경우는 금 나노입자가 균일하게 코팅되지 않을 수 있는 문제점이 있으며, 12분 초과하여 처리하는 경우는 과도한 에너지가 가해지므로 일정한 두께의 코팅면을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
Step 6 is a step of coating the gold particles by supporting the titanium dioxide-coated beads washed and dried in step 4 in the gold nanoparticle precursor solution prepared in step 5. It is preferable to process for 8 to 13 minutes using an ultrasonic wave generator, and it is more preferable to process for 10 minutes. If the treatment time is less than 8 minutes, there is a problem that the gold nanoparticles may not be uniformly coated, if the treatment for more than 12 minutes there is a problem that the coating surface of a certain thickness can not be obtained because excessive energy is applied.

단계 7은 상기 단계 6에서 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계이다. 본 단계를 통하여 비드의 잔여 용액을 제거하고 건조시킨다.
Step 7 is a step of washing and drying the beads coated in step 6. This step removes the remaining solution of beads and dries.

단계 8은 상기 단계 7에서 세정 및 건조된 금-이산화티타늄 나노입자가 코팅된 비드 상의 금 나노입자 전구체를 금 나노입자로 환원하는 단계이다. 상기 단계는 수소화붕소나트륨을 0.005 ~ 0.015 몰농도로 용해시킨 에탄올에 건조된 이산화티타늄이 코팅된 비드를 담지하여 수행하는 것이 바람직하며, 수소화붕소나트륨의 농도는 0.01 몰인 것이 더욱 바람직하다. 수소화붕소나트륨의 농도가 0.005몰 미만인 경우는 이산화티타늄 전구체가 일부만 환원되는 문제점이 있고, 0.015몰을 초과하는 경우는 지나치게 빠른 환원속도로 인해 금 나노입자끼리 응집되는 문제가 있다.
Step 8 is a step of reducing the gold nanoparticle precursor on the beads coated with the gold-titanium dioxide nanoparticles cleaned and dried in step 7 to gold nanoparticles. The step is preferably carried out by supporting the dried titanium dioxide-coated beads in ethanol dissolved in sodium borohydride to 0.005 ~ 0.015 molar concentration, the concentration of sodium borohydride is more preferably 0.01 mol. When the concentration of sodium borohydride is less than 0.005 mole, there is a problem that only a portion of the titanium dioxide precursor is reduced, and when it exceeds 0.015 mole, there is a problem that the gold nanoparticles are aggregated due to the too fast reduction rate.

단계 9는 상기 단계 8에서 제조된 금-이산화티타늄 나노구조체를 세정 및 건조하는 단계이다. 본 단계를 통하여 코팅된 비드의 잔여용액을 제거하고 건조시킨다. Step 9 is a step of cleaning and drying the gold-titanium dioxide nanostructures prepared in step 8. Through this step, the remaining solution of the coated beads is removed and dried.

나아가, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 나노구조체를 제공한다. 본 발명에 따른 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 나노구조체는 이산화티타늄과 금 나노입자를 혼성화하여 이들 성분이 갖는 표면 플라즈몬 성질의 유도효과에 따라 단성분의 이산화티타늄이 갖지 못하는 가시광선을 흡수할 수 있다는 장점이 있다.
Furthermore, the present invention provides a hybrid nanostructure having a nucleus / shell structure having a gold-titanium dioxide prepared by the above method. The hybrid nanostructure of the nucleus / shell structure having a gold-titanium dioxide shell according to the present invention hybridizes titanium dioxide and gold nanoparticles and thus does not have a single titanium dioxide according to the induction effect of surface plasmon properties of these components. The advantage is that it can absorb visible light.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

<실시예 1> 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체의 제조 ⅠExample 1 Preparation of Nanostructures Having Nucleus / Shell Structure I

단계 1. Step 1. 양친성Amphibian 이중블록 공중합체를 용해시켜  By dissolving the diblock copolymer 역마이셀Reverse mice 용액을 제조하는 단계 Step of preparing a solution

폴리(스티렌-블록-에틸렌옥사이드)(PS-b-PEO, Mn,PS=20,000 g/mol, Mn,PEO=6,500 g/mol)를 1,4-다이옥산(1,4-dioxane)에 0.5 중량%의 농도로 용해시켜 역마이셀 용액을 제조하였다.
0.5 weight of poly (styrene-block-ethylene oxide) (PS-b-PEO, Mn, PS = 20,000 g / mol, Mn, PEO = 6,500 g / mol) in 1,4-dioxane (1,4-dioxane) Reverse micelle solutions were prepared by dissolving to a concentration of%.

단계 2. 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계Step 2. Preparing a Titanium Dioxide Sol-Gel Precursor Solution

티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetra-isopropoxide) 0.71g을 포함하는 이소프로판올 5 ml에 진한염산(hydrochloric acid, 37%) 0.25g을 첨가하고 2시간 동안 교반하여 이산화티타늄 전구체 용액을 제조하였다.
Titanium dioxide precursor solution was prepared by adding 0.25 g of hydrochloric acid (37%) to 5 ml of isopropanol containing 0.71 g of titanium tetra-isopropoxide and stirring for 2 hours.

단계 3. 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하는 단계Step 3. Preparing a Titanium Dioxide-Diblock Copolymer Nanostructure

상기 단계 1에서 제조된 역마이셀 용액에 대하여 상기 단계 2에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액이 40 부피%가 되도록 혼합하여 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하였다.
The titanium dioxide sol-gel precursor solution prepared in step 2 was mixed to 40 vol% with respect to the reverse micelle solution prepared in step 1 to prepare a titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure.

단계 4. 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 Step 4. Titanium Dioxide-Diblock Copolymer Nanostructures 비드에On the bead 코팅하는 단계 Coating step

상기 단계 3에서 제조된 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체 1 mL에 지름이 50 ㎛인 실리카 비드 0.1 g 을 담지하여 초음파발생장치에서 10 분간 처하여, 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 실리카 비드에 코팅하였다.
1 mL of the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure prepared in step 3 was loaded with 0.1 g of silica beads having a diameter of 50 μm and subjected to an ultrasonic generator for 10 minutes, and the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructures were silica beads. Coated on.

단계 5. 세정 및 건조하는 단계Step 5. Cleaning and Drying

상기 단계 4에서 실리카 비드에 코팅된 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체의 잔여 용액을 초순수를 이용하여 제거하고 60 ℃ 드라이 오븐에서 24시간 건조하여 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체를 제조하였다.
In step 4, the remaining solution of the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure coated on the silica beads was removed using ultrapure water and dried in a 60 ° C. dry oven for 24 hours to carry out the nucleus / shell structure nanostructure having titanium dioxide as a shell. Was prepared.

단계 6. 세정 및 건조한 나노구조체를 고온 열처리하는 단계Step 6. High Temperature Heat Treatment of the Cleaned and Dry Nanostructures

상기 단계 5에서 세정 및 건조된 실리카/이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 하소로에 투입하고 공기가 주입되는 조건하에서 500 ℃로 4시간 동안 가열하여, 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체를 제조하였다.
The silica / titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure cleaned and dried in step 5 was introduced into a calcination furnace and heated at 500 ° C. for 4 hours under the condition of injecting air, and the core / shell structure having titanium dioxide as a shell. The nanostructure of was prepared.

<실시예 2> 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체의 제조 ⅡExample 2 Preparation of Nanostructures Having Nucleus / Shell Structure II

단계 1. 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계Step 1.Preparing Titanium Dioxide Sol-Gel Precursor Solution

티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetra-isopropoxide) 0.71g을 포함하는 이소프로판올 5 ml에 진한염산(hydrochloric acid, 37%) 0.25g을 첨가하고 2시간 동안 교반한 후 진한염산을 추가하여 pH를 2로 조절한 이산화티타늄 전구체 용액을 제조하였다.
To 5 ml of isopropanol containing 0.71 g of titanium tetra-isopropoxide, 0.25 g of hydrochloric acid (37%) is added and stirred for 2 hours, followed by addition of concentrated hydrochloric acid to pH 2. A controlled titanium dioxide precursor solution was prepared.

단계 2. 비드 표면에 전하를 띠도록 하는 단계Step 2. Charge the Bead Surface

pH 7 ~ 8인 수산화칼륨 수용액 1 mL 에 지름이 50 ㎛인 실리카 비드 0.1 g 을 담지하여 표면에 전하를 띠도록 하였다.
0.1 g of silica beads having a diameter of 50 µm were loaded on 1 mL of an aqueous potassium hydroxide solution having a pH of 7 to 8 to charge the surface.

단계 3. Step 3. 비드에On the bead 이산화티타늄을 코팅하는 단계 Coating titanium dioxide

상기 단계 1에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액 1 mL 과 상기 단계 2에서 표면의 전하를 조절한 실리카 비드 0.1 g 을 혼합하는 방법으로 이산화티타늄 졸-겔 전구체를 실리카 비드에 코팅하였다.
The titanium dioxide sol-gel precursor was coated on the silica beads by mixing 1 mL of the titanium dioxide sol-gel precursor solution prepared in step 1 and 0.1 g of the silica beads having the surface-controlled charge in step 2 above.

단계 4. 세정 및 건조하는 단계 Step 4. Cleaning and Drying

상기 단계 3에서 제조된 이산화티타늄이 코팅된 실리카 비드의 잔여용액을 초순수를 이용하여 제거하고 60 ℃ 드라이 오븐에서 24시간 건조하여 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체를 제조하였다.
The remaining solution of the titanium dioxide coated silica beads prepared in step 3 was removed using ultrapure water and dried in a 60 ° C. dry oven for 24 hours to prepare a nucleus / shell structured nanostructure having titanium dioxide as a shell.

<실시예 3> 핵/껍질 구조를 갖는 하이브리드 나노구조체의 제조 ⅠExample 3 Fabrication of Hybrid Nanostructure Having Nucleus / Shell Structure I

단계 1. 역마이셀 용액을 제조하는 단 Step 1.Step of preparing reverse micelle solution

폴리(스티렌-블록-에틸렌옥사이드)(PS-b-PEO, Mn,PS=20,000 g/mol, Mn,PEO=6,500 g/mol)를 1,4-다이옥산(1,4-dioxane)에 0.5 중량%의 농도로 용해시켜 역마이셀 용액을 제조하였다.
0.5 weight of poly (styrene-block-ethylene oxide) (PS-b-PEO, Mn, PS = 20,000 g / mol, Mn, PEO = 6,500 g / mol) in 1,4-dioxane (1,4-dioxane) Reverse micelle solutions were prepared by dissolving to a concentration of%.

단계 2. 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계Step 2. Preparing a Titanium Dioxide Sol-Gel Precursor Solution

티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetra-isopropoxide) 0.71g을 포함하는 이소프로판올 5 ml에 진한염산(hydrochloric acid, 37%) 0.25g을 첨가하고 2시간 동안 교반하여 이산화티타늄 전구체 용액을 제조하였다.
Titanium dioxide precursor solution was prepared by adding 0.25 g of hydrochloric acid (37%) to 5 ml of isopropanol containing 0.71 g of titanium tetra-isopropoxide and stirring for 2 hours.

단계 3. 금 나노입자를 전구체 용액을 제조하는 단계Step 3. Preparing a Gold Nanoparticle Precursor Solution

사염화금산(gold(Ⅲ) chloride trihydrate, HAuCl4ㆍ3H2O)을 이소프로판올(isopropanol)에 1.0 중량%로 용해시켜 금 나노입자 전구체 용액을 제조하였다,
Gold nanoparticle precursor solution was prepared by dissolving gold tetrachloride (gold (III) chloride trihydrate, HAuCl 4 .3H 2 O) in isopropanol at 1.0 wt%.

단계 4. 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하는 단계Step 4. preparing titanium dioxide-diblock copolymer nanostructures

상기 단계 1에서 제조된 역마이셀 용액에 대하여 상기 단계 2에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액이 40 부피%가 되도록 혼합하여 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하였다.
The titanium dioxide sol-gel precursor solution prepared in step 2 was mixed to 40 vol% with respect to the reverse micelle solution prepared in step 1 to prepare a titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure.

단계 5. 금-이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하는 단계Step 5. Preparing Gold-Titanium Dioxide-Diblock Copolymer Nanostructures

상기 단계 4에서 제조된 용액 중 에틸렌옥사이드에 대하여 상기 단계 3에서 제조된 금 나노입자 전구체용액의 몰 비율(Au/EO)이 0.4가 되도록 혼합하여 금-이산화티탄늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 제조하였다.
The gold-titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure was mixed by mixing the ethylene oxide in the solution prepared in step 4 such that the molar ratio (Au / EO) of the gold nanoparticle precursor solution prepared in step 3 became 0.4. Prepared.

단계 6. 금-이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 Step 6. Remove the gold-titanium dioxide-diblock copolymer nanostructures 비드에On the bead 코팅하는 단계 Coating step

상기 단계 5에서 제조된 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체 1 mL 에 실리카 비드 0.1 g 을 담지하여 초음파발생장치에서 10분간 처리하는 것을 수행하여, 금-이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 실리카 비드에 코팅하였다.
0.1 g of silica beads were loaded on 1 mL of the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure prepared in step 5, followed by treatment in an ultrasonic wave generator for 10 minutes, thereby treating the gold-titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure with silica. The beads were coated.

단계 7. 세정 및 건조하는 단계Step 7. Cleaning and Drying

상기 단계 6에서 제조된 실리카 비드에 코팅된 이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체의 잔여 용액을 초순수를 이용하여 제거하고 60 ℃ 드라이 오븐에서 24시간 건조하였다.
The remaining solution of the titanium dioxide-diblock copolymer nanostructure coated on the silica beads prepared in step 6 was removed using ultrapure water and dried in a 60 ° C. dry oven for 24 hours.

단계 8. 세정 및 건조한 나노구조체를 고온 열처리하는 단계 Step 8. High Temperature Heat Treatment of the Cleaned and Dry Nanostructures

상기 단계 7에서 세정 및 건조된 실리카/이산화티타늄-이중블록 공중합체 나노구조체를 하소로에 투입하고 공기가 주입되는 조건하에서 500 ℃로 4시간 동안 가열하여, 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 나노구조체를 제조하였다.
The silica / titanium dioxide-diblock copolymer nanostructures washed and dried in the step 7 was introduced into a calcination furnace and heated at 500 ° C. for 4 hours under the condition of injecting air, thereby nuclei having gold-titanium dioxide as a shell. A hybrid nanostructure of shell structure was prepared.

<실시예 4> 핵/껍질 구조를 갖는 하이브리드 나노구조체의 제조 ⅡExample 4 Fabrication of Hybrid Nanostructures Having Nucleus / Shell Structure II

단계 1. 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계Step 1.Preparing Titanium Dioxide Sol-Gel Precursor Solution

티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetra-isopropoxide) 0.71g을 포함하는 이소프로판올 5 ml에 진한염산(hydrochloric acid, 37%) 0.25g을 첨가하고 2시간 동안 교반한 후 진한염산을 추가하여 pH를 2로 조절한 이산화티타늄 전구체 용액을 제조하였다.
To 5 ml of isopropanol containing 0.71 g of titanium tetra-isopropoxide, 0.25 g of hydrochloric acid (37%) is added and stirred for 2 hours, followed by addition of concentrated hydrochloric acid to pH 2. A controlled titanium dioxide precursor solution was prepared.

단계 2. Step 2. 비드Bead 표면에 전하를 띠도록 하는 단계 To charge the surface

pH 7 ~ 8인 수산화칼륨 수용액에 지름이 50 ㎛인 실리카 비드를 담지하여 표면에 전하를 띠도록 하였다.
An aqueous potassium hydroxide solution having a pH of 7 to 8 was loaded with silica beads having a diameter of 50 μm to charge the surface.

단계 3. Step 3. 비드에On the bead 이산화티타늄을 코팅하는 단계 Coating titanium dioxide

상기 단계 1에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액과 상기 단계 2에서 표면의 전하를 조절한 실리카 비드를 혼합하는 방법으로 코팅하였다.
The titanium dioxide sol-gel precursor solution prepared in step 1 was coated with a method of mixing silica beads having a surface charge controlled in step 2.

단계 4. 세정 및 건조하는 단계 Step 4. Cleaning and Drying

상기 단계 3에서 제조된 이산화티타늄이 코팅된 실리카 비드의 잔여용액을 초순수를 이용하여 제거하고 건조하였다.
The remaining solution of the titanium dioxide coated silica beads prepared in step 3 was removed using ultrapure water and dried.

단계 5. 금 나노입자 전구체용액을 제조하는 단계Step 5. Preparing a Gold Nanoparticle Precursor Solution

사염화금산(HAuCl4ㆍ3H2O)을 이소프로판올(isopropanol)에 1.0 중량%로 용해시켜 금 나노입자 전구체용액을 제조하였다,
Gold tetrachloride acid solution (HAuCl 4 · 3H 2 O) was dissolved in isopropanol at 1.0% by weight to prepare a gold nanoparticle precursor solution.

단계 6. 금 나노입자를 이산화티타늄이 코팅된 Step 6. Titanium Dioxide Coated Gold Nanoparticles 비드에On the bead 코팅하는 단계 Coating step

상기 단계 5에서 제조된 금 나노입자 전구체 용액 1 mL에 상기 단계 4에서 세정 및 건조된 이산화티타늄이 코팅된 실리카 비드 0.1 g 을 담지하여 초음파발생장치에서 10분간 처리함으로써 금 나노입자를 코팅하였다.
1 g of the gold nanoparticle precursor solution prepared in step 5 was loaded with 0.1 g of titanium dioxide coated silica beads washed and dried in step 4, and then coated with gold nanoparticles by treatment in an ultrasonic wave generator for 10 minutes.

단계 7. 세정 및 건조하는 단계Step 7. Cleaning and Drying

상기 단계 6에서 제조된 실리카/금-이산화티타늄 구조체 표면의 용액을 초순수를 이용하여 제거하고 60 ℃ 드라이 오븐에서 24시간 건조하였다.
The solution on the surface of the silica / gold-titanium dioxide structure prepared in step 6 was removed using ultrapure water and dried in a 60 ° C. dry oven for 24 hours.

단계 8. 금 나노입자를 환원하는 단계Step 8. Reducing the Gold Nanoparticles

상기 단계 7에서 제조된 실리카/금-이산화티타늄 구조체 0.1 g 을 수소화붕소나트륨(NaBH4) 0.01몰 농도로 에탄올에 녹인 용액 1 mL 에 10분간 담지하여 금 나노입자를 환원하였다.
0.1 g of the silica / gold-titanium dioxide structure prepared in step 7 was immersed in 1 mL of a solution dissolved in ethanol at a 0.01 molar concentration of sodium borohydride (NaBH 4) for 10 minutes to reduce gold nanoparticles.

단계9Step 9 . 세정 및 건조하는 단계. Washing and drying steps

상기 단계 8에서 제조된 실리카/금-이산화티타늄 구조체 표면의 잔여용액을 세정하고 60 ℃ 드라이 오븐에서 24시간 건조하여 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 나노구조체를 제조하였다.
The remaining solution on the surface of the silica / gold-titanium dioxide structure prepared in step 8 was washed and dried in a 60 ° C. dry oven for 24 hours to prepare a hybrid nanostructure having a nucleus / shell structure with gold-titanium dioxide as a shell.

<실험예1> 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체의 표면분석Experimental Example 1 Surface Analysis of Nanostructure with Nucleus / Shell Structure

본 발명에 따른 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체의 표면의 특성을 확인하기 위하여 상기 실시예 1 ~ 4에 의하여 제조된 핵/껍질 구조의 나노구조체를 전계방출주사현미경(SEM)으로 분석하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. In order to confirm the characteristics of the surface of the nanostructure having a nucleus / shell structure according to the present invention, the nanostructure of the nucleus / shell structure prepared by Examples 1 to 4 was analyzed by field emission scanning microscope (SEM), and The results are shown in FIG.

도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 표면의 일부를 확대하여 분석한 결과 양친성 이중 블록 공중합체를 사용한 실시예 1 및 3은 실리카 비드의 표면에 메조세공성 구조가 형성됨을 확인할 수 있었다.
As can be seen in Figure 2, as a result of the analysis of the enlarged part of the surface of Examples 1 and 3 using the amphiphilic double block copolymer was confirmed that the mesoporous structure is formed on the surface of the silica beads.

<실험예 2> 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체의 광학적 성질 분석Experimental Example 2 Analysis of Optical Properties of Nanostructures with Nucleus / Shell Structure

본 발명에 따라 제조된 나노구조체의 광학적 성질을 확인하기 위하여, 실시예 1 및 실시예 3에 의하여 제조된 나노구조체에 대하여, 분광광도계(UV-Vis spectrometer)를 이용하여 흡광도를 측정하고 그 결과를 도 3에 나타내었다.In order to confirm the optical properties of the nanostructures prepared according to the present invention, for the nanostructures prepared by Examples 1 and 3, the absorbance is measured using a spectrophotometer (UV-Vis spectrometer) and the results 3 is shown.

도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 좌측에 공통적으로 보이는 높은 피크는 각각의 코팅막에 형성된 메조세공성 이산화티타늄 구조에 기인한 것으로 판단된다. 금 나노입자가 도입된 실시예 3의 경우, 500 ~ 700 nm 사이에서 새로운 피크가 관찰되었다. 이는 산화수가 0인 환원된 형태의 귀금속 나노입자들에서 공통적으로 관찰되는 표면 플라즈몬(surface plasmon) 성질에 따른 것이다. 이것은 코팅된 실리카 비드를 하소로에서 처리함으로써 금 나노입자 전구체가 금 나노입자로 환원되었음을 보여주는 것이다.
As can be seen in Figure 3, the high peak commonly seen on the left side is believed to be due to the mesoporous titanium dioxide structure formed on each coating film. For Example 3, in which gold nanoparticles were introduced, a new peak was observed between 500 and 700 nm. This is due to the surface plasmon properties commonly observed in the reduced forms of precious metal nanoparticles with zero oxidation number. This shows that the gold nanoparticle precursors were reduced to gold nanoparticles by treating the coated silica beads in a calcination furnace.

<실험예 3> 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체의 광촉매 활성도 측정Experimental Example 3 Measurement of Photocatalytic Activity of Nanostructure with Nucleus / Shell Structure

본 발명에 따른 핵/껍질 구조를 갖는 나노구조체의 광촉매 활성 정도를 알아보기 위하여, 5 ppm 메틸렌블루(methylene blue)를 넣은 자외선 큐벳(cuvette)에 실시예 1 및 실시예 3에 의하여 제조된 나노구조체를 침지한 후, 120분 동안 254 nm 파장의 자외선을 조사하고, 664 nm 근처에서 흡광 피크의 강도(C/C0)를 측정하는 방법으로 광촉매 활성을 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.In order to determine the degree of photocatalytic activity of the nanostructure having a nucleus / shell structure according to the present invention, nanostructures prepared by Examples 1 and 3 in an ultraviolet cuvette containing 5 ppm methylene blue After immersion, the photocatalytic activity was measured by irradiating ultraviolet rays with a wavelength of 254 nm for 120 minutes and measuring the intensity (C / C0) of the absorption peak near 664 nm, and the results are shown in FIG. 4.

시간의 흐름에 따라 변화하는 메틸렌블루 용액의 흡광도에 대한 상대적인 흡광도 감소량을 도 4에 백분율로 표기하였다. 광촉매 역할을 하는 상기 실시예 1 및 실시예 3에 의하여 제조된 나노구조체를 사용한 것은, 이를 사용하지 않은 경우에 비하여 메틸렌블루 용액의 분해 효율이 눈에 띄게 증가되었음을 볼 수 있었다. 실시예 1의 경우 100 %에서 40 %까지, 실시예 3의 경우 100 %에서 35 %까지 메틸렌블루의 상대적인 흡광도가 감소하였음을 확인할 수 있었다. 이로부터, 메조세공성 구조를 띠는 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 나노구조체는 뛰어난 광촉매 활성을 나타내며, 이산화티타늄에 금이 더해진 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 나노구조체는 효율성을 더욱 높여주는 것을 알 수 있었다. 이것은 여기 상태의 메틸렌블루에서 촉매 쪽으로 전하가 이동되거나, 또는 자외선을 조사함으로써 생성된 전자(electron)와 정공(hole)들이 라디칼(radical)과 같은 활성 물질의 생성을 촉진시키기 때문이다. 슈퍼옥사이드 음이온 라디칼(superoxide anion radical)과 같은 상기 핵/껍질 구조체에서 발생되는 라디칼은 매우 강한 산화성 물질이며, 유기 물질을 굉장히 효율적으로 분해할 수 있다.
The relative absorbance decrease with respect to the absorbance of the methylene blue solution that changes over time is shown as a percentage in FIG. 4. Using the nanostructures prepared by Examples 1 and 3, which serve as photocatalysts, it could be seen that the decomposition efficiency of the methylene blue solution was remarkably increased in comparison with the case where the nanostructures were not used. In Example 1 it was confirmed that the relative absorbance of methylene blue was reduced from 100% to 40%, in Example 3 from 100% to 35%. From this, the nucleus / shell structure nanostructure having mesoporous titanium dioxide as a shell shows excellent photocatalytic activity, and the hybrid of nucleus / shell structure with gold-titanium dioxide with gold added to titanium dioxide as a shell Nanostructure was found to increase the efficiency even more. This is because electrons and holes generated by the charge transfer from the methylene blue in the excited state toward the catalyst or by irradiation with ultraviolet light promote the production of active materials such as radicals. Radicals generated in the nucleus / shell structure such as superoxide anion radicals are very strong oxidizing materials and can decompose organic materials very efficiently.

1 : 비드(bead)
2 : 이산화티타늄(TiO2)
3 : 이산화티타늄 층 (TiO2 layer)
4 : 하이브리드 금-이산화티타늄(Au-TiO2)
1: Bead
2: titanium dioxide (TiO2)
3: titanium dioxide layer (TiO2 layer)
4: hybrid gold-titanium dioxide (Au-TiO2)

Claims (24)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 이산화티타늄 전구체를 에탄올 또는 이소프로판올 용매에 용해시키면서 염산을 추가하여 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계 (단계 1);
수산화칼륨 수용액에 비드를 담지하여 비드 표면에 전하를 띠도록 하는 단계 (단계 2);
상기 단계 1 및 상기 단계 2에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액 및 비드를 혼합하여 비드에 이산화티타늄을 코팅하는 단계 (단계 3); 및
상기 단계 3에서 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계 (단계 4)를 포함하는 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 구조체 제조방법.
Preparing a titanium dioxide sol-gel precursor solution by adding hydrochloric acid while dissolving the titanium dioxide precursor in ethanol or isopropanol solvent (step 1);
Supporting the beads on an aqueous potassium hydroxide solution to charge the beads (step 2);
Coating titanium dioxide on the beads by mixing the titanium dioxide sol-gel precursor solution and the beads prepared in steps 1 and 2 (step 3); And
Method for producing a structure of the nucleus / shell structure having a titanium dioxide as a shell comprising the step (step 4) of washing and drying the beads coated in step 3.
제 6항에 있어서, 상기 단계 1에서 염산은 이산화티타늄 졸-겔 용액의 pH가 1 ~ 3으로 조절되도록 추가되는 것을 특징으로 하는 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 구조체 제조방법.
7. The method of claim 6, wherein the hydrochloric acid in step 1 is added to adjust the pH of the titanium dioxide sol-gel solution to 1-3.
제 6항에 있어서, 상기 단계 2에서 수산화칼륨 수용액의 pH는 7 ~ 8로 조절되는 것을 특징으로 하는 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 구조체 제조방법.
7. The method of claim 6, wherein the pH of the potassium hydroxide aqueous solution in step 2 is adjusted to 7-8.
제 6항에 있어서, 상기 단계 4의 비드는 실리카, 알루미나 및 금속산화물을 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 구조체 제조방법.
7. The method of claim 6, wherein the bead of step 4 is any one selected from the group consisting of silica, alumina and metal oxides.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 이산화티타늄 전구체를 에탄올 또는 이소프로판올 용매에 용해시키면서 염산을 추가하여 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액을 제조하는 단계 (단계 1);
수산화칼륨 수용액에 비드를 담지하여 비드 표면에 전하를 띠도록 하는 단계 (단계 2);
상기 단계 1 및 상기 단계 2에서 제조된 이산화티타늄 졸-겔 전구체 용액 및 비드를 혼합하여 비드에 이산화티타늄을 코팅하는 단계 (단계 3);
상기 단계 3에서 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계 (단계 4);
친수성을 갖는 금 나노입자 전구체를 이소프로판올, 에탄올 및 메탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 용매에 용해시켜 콜로이드를 제조하는 단계 (단계 5);
상기 단계 4에서 세정 및 건조된 이산화티타늄이 코팅된 비드를 상기 단계 5에서 제조된 금 나노입자 전구체용액에 담지하고, 초음파 발생장치를 이용하여 금 입자를 코팅하는 단계 (단계 6);
상기 단계 6에서 제조된 금-이산화티타늄 나노입자가 코팅된 비드를 세정 및 건조하는 단계 (단계 7);
상기 단계 7에서 세정 및 건조된 금-이산화티타늄 나노입자가 코팅된 비드 상의 금 나노입자 전구체를 금 나노입자로 환원하는 단계 (단계 8); 및
상기 단계 8의 환원 후 비드를 세정 및 건조하는 단계 (단계 9)를 포함하는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 구조체의 제조방법.
Preparing a titanium dioxide sol-gel precursor solution by adding hydrochloric acid while dissolving the titanium dioxide precursor in ethanol or isopropanol solvent (step 1);
Supporting the beads on an aqueous potassium hydroxide solution to charge the beads (step 2);
Coating titanium dioxide on the beads by mixing the titanium dioxide sol-gel precursor solution and the beads prepared in steps 1 and 2 (step 3);
Cleaning and drying the beads coated in step 3 (step 4);
Preparing a colloid by dissolving the gold nanoparticle precursor having hydrophilicity in one solvent selected from the group consisting of isopropanol, ethanol and methanol (step 5);
Supporting the titanium dioxide coated beads washed and dried in step 4 in the gold nanoparticle precursor solution prepared in step 5, and coating the gold particles using an ultrasonic generator (step 6);
Washing and drying the beads coated with the gold-titanium dioxide nanoparticles prepared in step 6 (step 7);
Reducing the gold nanoparticle precursor on the beads coated with the gold-titanium dioxide nanoparticles cleaned and dried in step 7 to gold nanoparticles (step 8); And
Method for producing a hybrid structure of the nucleus / shell structure having a gold-titanium dioxide as a shell comprising the step (step 9) of washing and drying the beads after the reduction of the step 8.
제 19항에 있어서, 상기 단계 1에서 염산은 이산화티타늄 졸-겔 용액의 pH가 1 ~ 3으로 조절되도록 추가되는 것을 특징으로 하는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 구조체의 제조방법.
20. The method of claim 19, wherein in step 1, hydrochloric acid is added so that the pH of the titanium dioxide sol-gel solution is adjusted to 1 to 3 to prepare a hybrid structure of the nucleus / shell structure having a gold-titanium dioxide as a shell Way.
제 19항에 있어서, 상기 단계 2에서 수산화칼륨 수용액의 pH는 7 ~ 8로 조절되는 것을 특징으로 하는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 구조체의 제조방법.
20. The method of claim 19, wherein the pH of the aqueous potassium hydroxide solution in step 2 is adjusted to 7 ~ 8, characterized in that the method for producing a hybrid structure of nuclear / shell structure having a gold-titanium dioxide as a shell.
제 19항에 있어서, 상기 단계 2의 비드는 실리카, 알루미나 및 금속산화물을 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 구조체의 제조방법.20. The method of claim 19, wherein the bead of step 2 is any one selected from the group consisting of silica, alumina and metal oxides. . 제 19항에 있어서, 상기 단계 8은 수소화붕소나트륨을 0.005 ~ 0.015 몰농도로 용해시킨 에탄올에 이산화티타늄이 코팅된 비드를 담지하여 수행되는 것을 특징으로 하는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 구조체의 제조방법.
20. The nucleus / shell having gold-titanium dioxide as a shell according to claim 19, wherein step 8 is carried out by supporting beads coated with titanium dioxide in ethanol in which sodium borohydride is dissolved in an amount of 0.005 to 0.015 molar concentration. Method for producing a hybrid structure of structure.
제 19항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 금-이산화티타늄을 껍질로 갖는 핵/껍질 구조의 하이브리드 구조체.

20. A hybrid structure of nuclear / shell structure having a gold-titanium dioxide as a shell, which is produced by the method of claim 19.

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