KR101420983B1 - 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법 - Google Patents

그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 은나노입자와 그래핀 양자점이 결합된 이산화티타늄 나노입자의 제조와 가시광에 반응하는 광촉매로서의 응용에 관한 것으로, 은 이온의 환원과 수열합성반응을 통한 그래핀 양자점과의 결합을 통해 이산화티타늄 나노복합체로서 상기 나노 입자를 제조하는 방법을 제공하며, 광촉매로 이용되었을 경우 가시광 하에서 높은 효율을 나타내므로 차세대 광촉매로의 응용 가능성을 제시하였다.
본 발명에 따르면, 업컨버젼 특성을 가지는 그래핀 양자점과 강한 전자저장능력을 가지는 은나노입자의 도입을 통해 가시광 영역에서의 높은 활성과 느린 재결합 속도를 통해 종래의 기술에 따른 광촉매 입자에 비해 가시광선 하에서 현저히 우수한 광촉매 효율을 가지는 그래핀 양자점과 은나노입자를 도입한 이산화티타늄 나노복합체를 제공하는 데 있다.

Description

그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법 {Fabrication of visible light photocatalyst containing graphene quantum dot and silver nanoparticles decorated titania nanoparticles}
본 발명은 은나노입자와 그래핀 양자점을 도입한 이산화티타늄 나노복합체를 제조하는 방법과 가시광에 반응하는 광촉매로의 응용에 관한 것으로서, 은나노입자를 이산화티타늄 표면에 흡착시킨 후, 그래핀 양자점을 은나노입자가 흡착된 이산화티타늄 나노입자에 수열합성반응(hydrothermal reaction)을 통해 결합시킴으로써, 그래핀 양자점, 은나노입자를 도입한 이산화티타늄 나노복합체의 제조하는 방법을 제시하여 가시광 하에서 높은 효율을 가지는 광촉매를 제공한다.
1 내지 수십 나노미터의 크기를 가지는 물질을 일반적으로 나노물질이라 명명하며, 이러한 나노입자의 특징은 일정한 부피 안에 존재하는 입자의 표면적이 기존의 벌크 물질과 비교할 때 그 값이 매우 크다는 것이다. 이러한 나노입자의 특징으로 인해 여러 분야에서 나노입자가 응용되고 있는데, 최근에는 특히 환경 문제가 대두되면서 태양 에너지를 통해 광전자를 생성하여 화학적인 반응으로 유기물을 분해하는 광촉매 개발에 많은 관심을 가지고 있다.
그 중에서 이산화티타늄 나노입자는 높은 효율의 광활성, 낮은 가격, 무독성, 화학적 안정성의 장점으로 인하여 광촉매 소재로서 응용되고 있다. 이산화티타늄 나노입자가 자외선 또는 가시광선에 노출될 경우 수산기 라디칼 (OH radical) 과 수퍼옥사이드 이온(superoxide ion)이 만들어지며, 이들은 강한 산화력으로 유기물을 이산화탄소와 물로 분해함으로써 유기 오염 물질이나 미생물을 제거할 수 있다.
그러나 이산화티타늄의 높은 밴드갭 에너지(3.0 - 3.2 eV ) 때문에 여기자(exciton) 형성을 위해 상기 밴드갭 에너지보다 더 큰 에너지를 가지는 400 nm 이하의 단파장 영역의 빛을 요구한다. 그러므로 이산화티타늄의 밴드갭 에너지보다 낮은 에너지를 가진 가시광 영역에서는 전자가 여기되기 어려워 광촉매 기능이 활성화 되기 어렵다.
최근에 상기 이산화티타늄의 높은 밴드갭 에너지의 문제점을 해결하기 위하여 그래핀 양자점(graphene quantum dot)을 이산화티타늄에 도입하는 연구가 진행되고 있다. 그래핀 양자점은 직경 20 nm 이하의 그래핀을 의미한다. 그리고 강한 기계적 특성과 열적 화학적 안정성, 친환경성과 같은 그래핀 본래의 특성을 가지면서, 양자제약효과(quantum confinement effect)와 에지효과(edge effect)를 통해 밴드갭이 생성되어 특정 파장영역의 빛을 흡수하고, 다른 파장영역대의 빛을 내는 특성을 가진다. 그리고 그래핀 양자점은 크기에 따라 발광하는 파장영역을 조절할 수 있는 특성을 가지고 있다. 그래핀 양자점은 장파장 영역의 빛을 흡수하여 단파장 영역의 빛을 내는 특성(업컨버젼, upconversion)을 가지고 있는데, 이러한 그래핀 양자점을 이산화티타늄에 도입하면 이산화티타늄은 단파장 영역의 빛을 흡수함으로써 이산화티타늄의 낮은 가시광활성의 문제점을 해결할 수 있기 때문이다.(그래핀 양자점 참고문헌: ACS Nano. 2012, 6, 1059)
그러나 이러한 그래핀 양자점/이산화티타늄 촉매는 광 촉매 반응시 생성되는 전자와 홀의 빠른 재결합(recombination) 속도때문에 낮은 광활성을 갖는 문제점이 있다. 따라서, 이산화티타늄의 광 촉매 활성을 더욱 높이기 위해서는 빛에 의해 생성된 전자와 홀의 재결합 속도를 줄이는 것이 중요하다. 그러므로 이 재결합 속도를 줄이는 간단하고 용이한 새로운 해결책이 강력히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 이러한 종래기술의 문제점을 일거에 해결하고자 우수한 전자저장능력을 가지는 은나노입자를 이산화티타늄에 흡착시켜, 이산화티타늄의 광촉매 반응시 생성되는 전자와 홀의 재결합 속도를 줄여주는 그래핀 양자점, 은나노입자를 도입한 이산화티타늄 나노복합체를 제조하는데 있다. 이는 이산화티타늄의 광전자 생성시 은나노입자의 강한 전자저장능력으로 인해 상기 발생한 광전자는 은나노입자로 이동함으로써, 이산화티타늄의 홀과 재결합 속도를 느리게 하기 위한 것이다. 이렇게 광촉매 효율을 급격히 상승시킨 그래핀 양자점, 은나노입자를 도입한 이산화티타늄 나노복합체를 제조하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 방법으로 제조된 광촉매 소재인 그래핀 양자점, 은나노입자를 도입한 이산화티타늄 복합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 상기 이산화티타늄에 그래핀 양자점과 은나노입자의 도입으로 이산화티타늄의 문제점인 높은 밴드갭 에너지로 인한 장파장영역대 빛에서의 비활성과 전자와 홀의 빠른 재결합 속도를 해결 함으로써, 종래의 이산화티타늄기반 광촉매 소재에 비해 높은 공정성과 우수한 유기오염물 제거 효율을 가지는 그래핀 양자점, 은나노입자를 도입한 이산화티타늄 나노복합체를 제공하는 데 있다.
본 발명자들은 수많은 실험과 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 이산화티타늄의 가시광 비활성을 그래핀 양자점의 업컨버젼 특성으로 해결하였으며, 은나노입자의 강한 전자받게 특성을 이용하여 재결합 속도를 느리게하여 이산화티타늄의 문제점을 해결한 이제껏 알려지지 않은 새로운 이산화티타늄 나노복합체로 종래의 이산화티타늄기반 광촉매 소재에 비해 가시광선 하에서 현저히 높은 광촉매 효율을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 이산화티타늄 나노입자인 데구사 P-25(Degussa, Germaby), 에탄올 (ethanol), 3-머캅토프로필트리메톡시실란 (3-mercaptopropyltrimethoxysilane, MPTS), 수산화 암모늄 (ammonium hydoxide) 의 이산화티타늄의 MPTS 표면 처리와 질산은, 에틸렌글리콜 (ethylene glycol), 유기염기물(organic base) 의 은나노입자를 이산화티타늄에 흡착과 그래핀 양자점 (graphene quantum dot) 과 은나노입자가 흡착된 이산화 티타늄의 수열 반응 (hydrothermal) 을 통해서 그래핀 양자점이 은나노입자가 흡착된 이산화티타늄으로 결합하는 것을 내용으로 한다.
본 발명에 따른 은나노입자와 그래핀 양자점이 도입된 이산화티타늄 나노복합체의 제조방법은
(A) 이산화티타늄 나노입자, 에탄올, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 (MPTS), 수산화 암모늄 용액을 혼합하여 이산화티타늄 표면에 MPTS를 처리 하는 단계;
(B) 상기 MPTS 처리된 이산화티타늄을 에틸렌 글리콜, 질산은, 유기염기물과 혼합하여 이산화티타늄 나노입자의 표면에 은나노입자가 흡착하는 단계;
(C) 상기 은나노입자가 흡착된 이산화티타늄 나노입자를 물로 분산한 후, 그래핀 양자점과 수열합성반응 (hydrothermal reaction) 을 이용하여 그래핀 양자점을 상기 입자 표면에 결합하는 단계로 구성되어 있다. 그래핀 양자점 제조방법은 참고문헌 (ACS Nano. 2012, 6, 1059)을 사용함이 바람직하다.
본 발명에 따른 은나노입자와 그래핀 양자점을 이산화티타늄 나노입자의 표면에 도입한 물질은 이제껏 보고된 바가 없는 전혀 새로운 물질로서 간편한 제조 방법인 동시에 종래의 물질에서 야기되던 가시광 영역에서의 낮은 활성과 빠른 재결합 속도에 의한 낮은 광촉매 효율의 문제를 해결하고 우수한 성능을 보임에 있어서 향후 산업계에 사용되는 고효율의 차세대 광촉매로 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 그래핀양자점/은나노입자/이산화티타늄 나노복합체의 투과전자현미경 사진이다.
단계 (A) 에서 이산화티타늄 나노입자의 직경은 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 20 에서 500 나노미터 이고, 형상은 특정 형상에 국한되지는 않으나 구형입자가 바람직하다.
용매로 사용되는 에탄올의 부가량은 이산화티타늄 1 중량부 대비 100 에서 400 중량부인 것이 바람직하며, 에탄올의 부가량이 100 중량부 미만이면, 이산화티타늄이 에탄올 용매내에서 효율적으로 분산이 이루어지지 않게 된다. MPTS의 부가량은 이산화티타늄 100 중량부 대비 20 에서 50 중량부인 것이 바람직하다. 수산화암모늄의 부가량은 이산화티타늄 100 중량부 대비 50 에서 100 중량부인 것이 바람직하며, 수산화암모늄의 부가량이 50 중량부 미만이면, MPTS를 이산화티타늄 표면에 처리하는데 있어서 문제가 발생한다.
상기 MPTS를 이산화티타늄 입자 표면에 처리하는데 교반 시간은 12 에서 24 시간 인 것이 바람직하며, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많을 수 있지만, 상기 교반 시간이 12 시간 미만이면 MPTS가 이산화티타늄 표면에 완벽하게 처리되지 못한다.
단계 (B) 에서 질산은의 부가량은 상기 MPTS를 처리된 이산화티타늄 100 중량부 대비 10 에서 50 중량부가 바람직하며, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다.
에틸렌글리콜의 부가량은 상기 MPTS가 처리된 이산화티타늄 1 중량부 대비 500 에서 1000 중량부인 것이 바람직하며, 에틸렌글리콜 부가량이 500 중량부 미만이면, 상기 MPTS가 처리된 이산회티타늄의 효과적인 분산이 이루어 지지 않고, 은나노입자가 상기 MPTS가 처리된 이산화티타늄 표면에 고르게 흡착되지 못하는 문제가 발생한다.
유기염기물의 종류는 특정 종류에 한정되는 것이 아니며 프로필아민, 뷰틸아민, 옥틸아민, 에탄올아민이 사용될 수 있으며, 유기염기물의 부가량으로는 상기 MPTS가 처리된 이산화티타늄 100 중량부 대비 10 에서 50 중량부인 것이 바람직 하며, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다.
상기 MPTS가 처리된 이산화티타늄 입자 표면에 은나노입자를 흡착하는데 교반 시간은 12 에서 24 시간 인 것이 바람직하며, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많을 수 있지만, 상기 교반 시간이 12 시간 미만이면 은 나노입자가 완벽하게 흡착되지 못한다.
단계 (C) 에서 그래핀 양자점의 결합량으로는 상기 은나노 입자가 흡착된 이산화티타늄 100 중량부 대비 200 에서 500 중량부 인 것이 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니다. 수열합성반응 온도는 150 에서 200 ℃ 가 바람직하며, 반응 시간은 특별히 제한적이지 않으나 1 시간 내지 24 시간 동안 진행한다.
[실시예]
이하 실시예를 참조하여 본 발명의 구체적인 예를 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
데구사 P-25 100 mg 에 에탄올 40 ml와 MPTS 0.04 ml, 수산화 암모늄 0.1 ml 혼합 용액을 만들어 25 ℃ 에서 12 시간 동안 교반하면서 이산화티타늄 나노입자를 분산시키고 MPTS가 이산화티타늄에 표면처리 되도록 한 뒤, 원심분리기를 이용하여 에탄올을 가한 용액에서 MPTS가 처리된 이산화티타늄입자를 회수하는 것을 3번 반복한다. 상기 물질에 에틸렌 글리콜 100 ml, 질산은 50 mg, 프로필아민 30 mg 을 혼합하여 상온 25 ℃ 에서 1 시간 동안 교반시킴으로써 은나노입자가 상기 MPTS가 처리된 이산화티타늄 표면에 흡착되도록 한다. 상기 물질에 그래핀 양자점이 500 mg 포함되어있는 그래핀 양자점 수용액을 넣어준 후, 200 ℃ 에서 1 시간동안 수열합성반응을 시켜줌으로써 그래핀 양자점이 이산화티타늄과 결합하도록 한다.
(도 1) 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 분석한 결과 10 나노미터의 은나노입자와 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 흡착되어 30 나노미터의 나노복합체가 제조된 것을 확인하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 10 mg 의 질산은을 첨가하여 이산화티타늄 표면에 흡착되도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 5 나노미터 은나노입자가 이산화티타늄 표면에 흡착된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 은나노입자 전구체의 양이 증가함에 따라 이산화티타늄 표면에 흡착되는 은나노입자의 밀도와 크기가 증가하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 3]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 30 mg 의 질산은을 첨가하여 이산화티타늄 표면에 흡착되도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 8 나노미터 은나노입자가 이산화티타늄 표면에 흡착된 것을 확인할 수 있었다. 또한 은나노입자 전구체의 양이 증가함에 따라 이산화티타늄 표면에 흡착되는 은나노입자의 밀도와 크기가 증가하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 4]
실시예 1과 마찬가지 방법을 이용하여, 6 시간 동안 교반시켜 은나노입자가 이산화티타늄 표면에 흡착되도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1에서 제조된 물질과 비교시 입자의 형태와 크기가 큰 차이가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 5]
실시예 1과 마찬가지 방법을 이용하여, 12 시간 동안 교반시켜 은나노입자가 이산화티타늄 표면에 흡착되도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1에서 제조된 물질과 비교시 입자의 형태와 크기가 큰 차이가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 6]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 150 ℃ 에서 1 시간 동안 수열합성반응을 하여 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합이 되도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1에서 제조된 물질과 비교시 입자의 형태와 크기가 큰 차이가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 7]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 180 ℃ 에서 1 시간 동안 수열합성반응을 하여 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합이 되도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1에서 제조된 물질과 비교시 입자의 형태와 크기가 큰 차이가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 8]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 200 ℃ 에서 12 시간 동안 수열합성반응을 하여 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합이 되도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1에서 제조된 물질과 비교시 입자의 형태와 크기가 큰 차이가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 9]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 200 ℃ 에서 수열반응을 18 시간 동안 하여 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합이 되도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1에서 제조된 물질과 비교시 입자의 형태와 크기가 큰 차이가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 10]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 200 ℃ 에서 수열반응을 24 시간 동안 하여 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합이 되도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1에서 제조된 물질과 비교시 입자의 형태와 크기가 큰 차이가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 11]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 100 mg 의 그래핀 양자점이 포함되어 있는 그래핀 양자점 수용액을 이산화티타늄 입자와 수열반응을 하여 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합하도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1의 결과와 같이 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합 되어있는 것을 확인하였다. 또한 그래핀 양자점의 양이 증가함에 따라 이산화티타늄 표면에 결합하는 그래핀 양자점의 밀도가 증가하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 12]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 200 mg 의 그래핀 양자점이 포함되어 있는 그래핀 양자점 수용액을 이산화티타늄 입자와 수열반응을 하여 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합하도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1의 결과와 같이 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합 되어있는 것을 확인하였다. 또한 그래핀 양자점의 양이 증가함에 따라 이산화티타늄 표면에 결합하는 그래핀 양자점의 밀도가 증가하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 13]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 300 mg 의 그래핀 양자점이 포함되어 있는 그래핀 양자점 수용액을 이산화티타늄 입자와 수열반응을 하여 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합하도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1의 결과와 같이 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합 되어있는 것을 확인하였다. 또한 그래핀 양자점의 양이 증가함에 따라 이산화티타늄 표면에 결합하는 그래핀 양자점의 밀도가 증가하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 14]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 400 mg 의 그래핀 양자점이 포함되어 있는 그래핀 양자점 수용액을 이산화티타늄 입자와 수열합성반응을 하여 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합하도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 실시예 1의 결과와 같이 그래핀 양자점이 이산화티타늄 표면에 결합 되어있는 것을 확인하였다. 또한 그래핀 양자점의 양이 증가함에 따라 이산화티타늄 표면에 결합하는 그래핀 양자점의 밀도가 증가하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 15]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 50 mg 의 옥틸아민을 넣어 이산화티타늄 표면에 은나노입자가 흡착되도록 하였으며 투과전기현미경을 사용하여 분석한 결과, 15 나노미터의 은나노입자의 크기가 흡착된 것을 확인하였다. 또한, 유기염기의 알킬기의 길이가 길수록, 유기염기의 첨가량이 많을수록 흡착되는 이산화티타늄 표면에 흡착되는 은나노입자의 크기가 커지는 것을 알 수 있었다.
[실시예 16]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 10 mg 의 옥틸아민을 넣어 이산화티타늄 표면에 은나노입자가 흡착되도록 하였으며 투과전기현미경을 사용하여 분석한 결과, 10 나노미터의 은나노입자의 크기가 흡착된 것을 확인하였다. 또한, 유기염기의 알킬기의 길이가 길수록, 유기염기의 첨가량이 많을수록 흡착되는 이산화티타늄 표면에 흡착되는 은나노입자의 크기가 커지는 것을 알 수 있었다.
[실시예 17]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 50 mg 의 에탄올아민을 넣어 이산화티타늄 표면에 은나노입자가 흡착되도록 하였으며 투과전기현미경을 사용하여 분석한 결과, 12 나노미터의 은나노입자의 크기가 흡착된 것을 확인하였다. 또한, 유기염기의 알킬기의 길이가 길수록, 유기염기의 첨가량이 많을수록 흡착되는 이산화티타늄 표면에 흡착되는 은나노입자의 크기가 커지는 것을 알 수 있었다.
[실시예 18]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 10 mg 의 에탄올아민을 넣어 이산화티타늄 표면에 은나노입자가 흡착되도록 하였으며 투과전기현미경을 사용하여 분석한 결과, 5 나노미터의 은나노입자의 크기가 흡착된 것을 확인하였다. 또한, 유기염기의 알킬기의 길이가 길수록, 유기염기의 첨가량이 많을수록 흡착되는 이산화티타늄 표면에 흡착되는 은나노입자의 크기가 커지는 것을 알 수 있었다.
[실시예 19]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 50 mg 의 뷰틸아민을 넣어 이산화티타늄 표면에 은나노입자가 흡착되도록 하였으며 투과전기현미경을 사용하여 분석한 결과, 12 나노미터의 은나노입자가 이산화티타늄 표면에 흡착한 것을 확인하였다. 또한, 유기염기의 알킬기의 길이가 길수록, 유기염기의 첨가량이 많을수록 흡착되는 이산화티타늄 표면에 흡착되는 은나노입자의 크기가 커지는 것을 알 수 있었다.
[실시예 20]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 10 mg 의 뷰틸아민을 넣어 이산화티타늄 표면에 은나노입자가 흡착되도록 하였으며 투과전기현미경을 사용하여 분석한 결과, 5 나노미터의 은나노입자가 이산화티타늄 표면에 흡착한 것을 확인하였다. 또한, 유기염기의 알킬기의 길이가 길수록, 유기염기의 첨가량이 많을수록 흡착되는 이산화티타늄 표면에 흡착되는 은나노입자의 크기가 커지는 것을 알 수 있었다.
[실시예 21]
상기 실시예 1에서 제조된 이산화티타늄을 기반한 은나노입자, 그래핀양자점 나노복합체를 농도 0.5 g/L 를 사용하여 15 ppm 의 메틸렌블루 (methylene blue) 용액 20 ml 를 가시광선 하에서 분해하였을 때, 7시간 후 메틸렌블루 용액의 농도가 1 ppm 인 것을 확인하였다.
없음

Claims (14)

  1. (A) 이산화티타늄 나노입자, 에탄올, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 (MPTS), 수산화 암모늄 용액을 혼합하여 이산화티타늄 표면에 MPTS를 처리 하는 단계;
    (B) 상기 MPTS가 처리된 이산화티타늄을 에틸렌 글리콜, 질산은, 유기염기물과 혼합하여 이산화티타늄 나노입자의 표면에 은나노입자를 흡착하는 단계;
    (C) 상기 은나노입자가 흡착된 이산화티타늄 나노입자를 물로 분산한 후, 그래핀 양자점과 수열합성반응 (hydrothermal reaction) 을 이용하여 그래핀 양자점을 상기 입자 표면에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 이산화티타늄 나노입자의 크기가 20 에서 500 나노미터인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 에탄올의 부가량은 이산화티타늄 1 중량부 대비 100 에서 400 중량부인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 MPTS의 부가량은 이산화티타늄 100 중량부 대비 20 에서 50 중량부인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 수산화암모늄의 부가량은 이산화티타늄 100 중량부 대비 50 에서 100 중량부인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 MPTS가 이산화티타늄 입자 표면에 처리 되는 교반시간을 12 에서 24 시간으로 하는 것이 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 은나노입자 전구체중 질산은의 부가량은 상기 MPTS가 처리된 이산화티타늄 100 중량부 대비 10 에서 50 중량부인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 에틸렌글리콜의 부가량은 상기 MPTS가 처리된 이산화티타늄 1 중량부 대비 500 에서 1000 중량부인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 은나노입자 전구체 부가시, 교반 시간이 1 에서 12 시간인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 유기염기물의 종류는 프로필아민, 뷰틸아민, 옥틸아민, 에탄올아민, 트리에탄올아민 중 하나인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 유기염기물의 부가량은 상기 은나노입자가 흡착된 이산화티타늄 100 중량부 대비 10 에서 50 중량부인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 수열합성반응 온도가 150 에서 200 ℃ 인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 수열합성반응 시간이 1 에서 24 시간인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 그래핀 양자점의 부가량은 이산화티타늄 100 중량부 대비 100 에서 500 중량부인 것을 특징으로 하는 그래핀 양자점, 은나노입자가 도입된 가시광 활성 이산화티타늄 광촉매 제조방법.

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