KR101877124B1 - First Synthesis of Uniformly Ordered Mesoporous TiO2-B and Its Optical and Photocatalytic Properties - Google Patents

First Synthesis of Uniformly Ordered Mesoporous TiO2-B and Its Optical and Photocatalytic Properties Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 것이 특징인 TiO2-B 결정; 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 결정형 또는 무정형인 것이 특징인 TiO2-B 구조물; 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 결정형 또는 무정형 TiO2-B 구조물을 제조하는 방법; 및 상기 의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a TiO 2 -B crystal characterized by having ordered ordered mesoporous structure; TiO 2 -B structures characterized in that the framework is crystalline or amorphous while structurally regular six-electron system channels are formed; A method of making a crystalline or amorphous TiO 2 -B structure having ordered ordered mesoporous structure; And to the above uses.

Description

균일하게 구조규칙적인 메조동공 TiO2-B 합성 방법 및 이의 광화학적 광촉매 물성 {First Synthesis of Uniformly Ordered Mesoporous TiO2-B and Its Optical and Photocatalytic Properties}[0001] The present invention relates to a method for synthesizing uniformly structured mesoporous TiO2-B and its photochemical photocatalytic properties,

본 발명은 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 것이 특징인 TiO2-B 결정; 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 결정형 또는 무정형인 것이 특징인 TiO2-B 구조물; 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 결정형 또는 무정형 TiO2-B 구조물을 제조하는 방법; 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a TiO 2 -B crystal characterized by having ordered ordered mesoporous structure; TiO 2 -B structures characterized in that the framework is crystalline or amorphous while structurally regular six-electron system channels are formed; A method of making a crystalline or amorphous TiO 2 -B structure having ordered ordered mesoporous structure; And its use.

다공성 금속 산화물은 에너지 분야의 전극재료로서 사용되어 왔다. 일반적으로 전극재료는 전자 전도성과 이온 전도성이 모두 양호해야 하는데, 일반적인 전극 재료의 경우 이온 전도도가 전자 전도도보다 낮은 특성을 나타낸다. 그러나, 다공성 전극 재료의 경우 입자 내부까지 이온전달이 가능하여 실질적으로 이온 이동 경로를 감소시키는 효과가 있다. 동일한 효과를 나타내는 것으로 나노 재료를 사용하여 다공성 전극 재료와 유사한 효과를 거둘 수 있으나, 입자간 접촉 저항이 높고 전극 제조에 어려움이 있어 그 적용이 어려운 문제점이 있다.Porous metal oxides have been used as electrode materials in the energy field. Generally, the electrode material should have both good electronic conductivity and ionic conductivity. In general electrode materials, ionic conductivity is lower than electron conductivity. However, in the case of a porous electrode material, it is possible to transfer ions to the interior of the particle, thereby substantially reducing the ion movement path. It is possible to achieve similar effects to the porous electrode material by using a nano material which exhibits the same effect. However, since the contact resistance between particles is high and it is difficult to manufacture the electrode, it is difficult to apply it.

한편, TiO2 는 산업적으로나 학문적으로 가장 널리 사용되는 가장 중요한 금속 산화물 중 하나이다. TiO2는 네가지 상(phase)이 알려져 있는데, 저온에서 안정한 브루카이트 (brookite) 상, 아나타제 (anatase) 상, 고온에서 안정한 루타일 (rutile) 상이 존재하며 리튬이온 밧데리 물질로서 각광을 받는 TiO2(B)가 있다. 루타일 상의 결정구조는 아나타제 상의 결정구조에 비해 반응물의 흡착능력이 작으며, 빛에 의해 생성된 전자와 정공의 재결합 속도가 느리기 때문에 아나타제의 결정구조보다 광촉매의 활성이 우수하지 못하다는 단점이 있다.On the other hand, TiO 2 is one of the most important metal oxides that are most widely used industrially and academically. TiO 2 is known to have four phases: a stable brookite phase, an anatase phase, a stable rutile phase at high temperature, and a TiO 2 ( B). The crystal structure of rutile has a disadvantage in that the adsorbing ability of the reactant is smaller than that of the crystal structure of the anatase phase and the photocatalyst activity is not superior to that of the anatase crystal due to the slow recombination rate of electrons and holes generated by light .

11개의 상이한 상들(phases) 중, TiO2-B는 작은 양이온들을 용이하게 층간삽입할 수 있는 결정성 공간(crystalline voids)을 가지고 있다는 점에서 독특하다. 따라서, TiO2 내 Ti(IV) 가 쉽게 Ti(III)로 환원될 수 있다는 사실과 연결되어, TiO2-B는 가능성 있는 전기 에너지 저장 물질로서 최근 큰 주목을 받고 있다. 또한, 이로인해 TiO2-B는 염료감응 태양전지(dye sensitized solar cells), 수퍼캐패시터(supercapacitors), 및 smart window applications 용 전극 물질로 사용될 수 있다. 또한, 이의 구조적 개방성(structural openness) 때문에, 다른 상들에 비해, 수소 생산 및 염료 분해를 위한 광촉매 활성이 높다. 이러한 측면에서, 지난 25년간 TiO2-B 를 다양한 형태로 합성하는 방법들을 개발하는데 많은 노력들이 있었다. Of the 11 different phases TiO2-B is unique in that it has crystalline voids that allow easy intercalation of small cations. Thus, coupled with the fact that Ti (IV) in TiO2 can easily be reduced to Ti (III), TiO2-B has received a great deal of attention recently as a potential electrical energy storage material. In addition, TiO2-B can be used as an electrode material for dye sensitized solar cells, supercapacitors, and smart window applications. In addition, due to its structural openness, the photocatalytic activity for hydrogen production and dye decomposition is higher than for other phases. In this respect, there have been many efforts to develop methods for synthesizing TiO 2 -B in various forms over the last 25 years.

그러나, 균일하게 구조규칙적인 메조동공 형태(uniformly ordered mesoporous form, 도 1a, 1b)를 제조하는 방법은 개발되지 않았다.However, no method for producing a uniformly ordered mesoporous form (Figs. 1a, 1b) has been developed.

TiO2-B는 나노입자가 아닌, 구조규칙적인 메조동공 구조를 가진다면, 전기 에너지 저장 물질로서 그리고 광촉매로서 이의 성능은 훨씬 더 높을 수 있다. TiO 2 -B may have a much higher performance as an electrical energy storage material and as a photocatalyst if it has a structured regular mesopore structure rather than a nanoparticle.

따라서, 본 발명의 목적은, 바람직하게는 균일하게, 구조규칙적인 메조동공 TiO2-B (uniformly ordered mesoporous TiO2-B, uom-TiO2-B)을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention, preferably evenly, to provide a structure of a regular meso pores TiO 2 -B (uniformly ordered mesoporous TiO 2 -B, uom -TiO 2 -B).

본 발명의 제1양태는 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 것이 특징인 TiO2-B 결정을 제공한다.A first aspect of the present invention provides a TiO 2 -B crystal characterized by having ordered ordered mesoporous structure.

본 발명의 제2양태는 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 결정형 또는 무정형인 것이 특징인 TiO2-B 구조물을 제공한다.A second aspect of the present invention provides a TiO 2 -B structure wherein the framework is crystalline or amorphous while structurally ordered hexagonal channels are formed.

본 발명의 제3양태는 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 결정형 또는 무정형 TiO2-B 구조물을 제조하는 방법으로서, Ti 공급원, 메조동공-유도제(mesopore-directing agent), 산 촉매 및 용매를 함유하는 전구체 용액을 준비하는 A 단계; 전구체 용액으로부터 용매를 증발시키는 단계로서, 메조동공-유도제 및 가수분해된 Ti 공급원이 자가 조립을 겪으면서 메조동공-유도제에 의해 티타늄산화물에 구조규칙적인 메조동공이 형성되고, 상기 구조규칙적인 메조동공에 메조동공-유도제가 충진 및 응집된 티타늄산화물 구조물을 형성하는 B 단계; 상기 구조규칙적인 메조동공에 충진된 메조동공-유도제를 탄화시키는 C 단계; 및 구조규칙적인 메조동공에 채워진 탄화된 응집체들을 제거하는 D 단계를 포함하는, TiO2-B 구조물의 제조방법을 제공한다.A third aspect of the present invention is a method of making a crystalline or amorphous TiO 2 -B structure having ordered ordered mesoporous, wherein the Ti source, the mesopore-directing agent, the acid catalyst and the solvent A step A of preparing a precursor solution containing the precursor solution; As a step of evaporating the solvent from the precursor solution, the mesoporous-inducing agent and the hydrolyzed Ti source undergo self-assembly, whereby a structured regular mesopore is formed in the titanium oxide by the mesoporous-inducing agent, B in which the mesoporous-inducing agent forms a filled and agglomerated titanium oxide structure; A step C for carbonizing the mesopore-inducing agent filled in the structured regular mesopores; And including the step D of removing carbonized aggregates filled the structural regular meso pore, provides a process for the production of TiO 2 -B structure.

본 발명의 제4양태는 제1양태에 따라 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 TiO2-B 결정 또는 제2양태에 따라 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 결정형 또는 무정형인 TiO2-B 구조물을 함유한 것이 특징인 전극활성 촉매를 제공한다.A fourth aspect of the present invention is a TiO 2 -B crystal having ordered ordered mesoporous structure according to the first aspect, or a structure in which structural regular tetragonal channels are formed according to the second aspect, Characterized in that it contains a TiO 2 -B structure that is crystalline or amorphous.

본 발명의 제5양태는 제1양태에 따라 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 TiO2-B 결정 또는 제2양태에 따라 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 결정형 또는 무정형인 TiO2-B 구조물을 함유한 것이 특징인 광촉매를 제공한다.A fifth aspect of the present invention is a TiO 2 -B crystal having ordered ordered mesoporous structure according to the first aspect, or a structure having regularly arranged six-valence channels according to the second aspect, Characterized in that it contains a TiO 2 -B structure which is crystalline or amorphous.

본 발명의 제6양태는 제1양태에 따라 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 TiO2-B 결정 또는 제2양태에 따라 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 결정형 또는 무정형인 TiO2-B 구조물을 함유하는 광촉매 존재하에 물로부터 수소를 제조하는 방법을 제공한다.A sixth aspect of the present invention is a TiO 2 -B crystal having ordered ordered mesoporous structure according to the first aspect or a structure in which structural regular tetragonal channels are formed according to the second aspect, There is provided a process for producing hydrogen from water in the presence of a photocatalyst containing a TiO 2 -B structure which is crystalline or amorphous.

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

본 발명자들은 처음으로 6방정계로 구조규칙적인 uom-TiO2-B (h- uom-TiO2-B)을, 특히 높은 순도 및 큰 스케일(> 10 g)로, 합성하였으며, h-uom-TiO2-B는 메탄올 함유 물(methanolic water)로부터 수소를 제조할 때, 4-클로로페놀 (4-CP) 및 메틸렌 블루(MB)를 분해할 때, 광촉매 역할 수행하는 동안 훨씬 높은 성능을 발휘하고, h-uom-TiO2-B의 밴드 갭 에너지는, 이의 나노입자들과 비교시, 0.36 eV정도 감소한다는 것을 발견하였다. 본 발명은 이에 기초한 것이다. The present inventors have for the first time, a regular structure 6 uom -TiO 2 -B (h- uom -TiO 2 -B) to room politics, especially at a high purity and large scale (> 10 g), were synthesized, h - uom - TiO 2 -B exhibits much higher performance during photocatalysis when decomposing 4-chlorophenol (4-CP) and methylene blue (MB) when producing hydrogen from methanolic water , the band gap energy of h - uom - TiO 2 - B was reduced by 0.36 eV compared with its nanoparticles. The present invention is based on this.

최근까지, 4가지 TiO2 상들 중 오직 아나타제만이 uom-아나타제의 형태로 제조되었으며, 이의 물리화학적 물성이 규명되었다. 이러한 측면에서, 본 발명은 h-uom-TiO2-B 합성 및 이의 물리화학적 물성 규명을 처음으로 제시한다는 점에서 중요하다.Until recently, only the anatase among the four TiO 2 phases was prepared in the form of uom - anatase, and its physicochemical properties were determined. In this respect, the present invention is important in that it first presents h-uom- TiO 2 -B synthesis and its physico-chemical property characterization.

본 발명에 따른 TiO2-B 결정은 6방정계와 같이 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 것이 특징이다. The TiO 2 -B crystal according to the present invention is characterized by having an ordered mesoporous structure having a regular structure like a hexagonal system.

또한, 본 발명은 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 결정형 또는 무정형인 TiO2-B 구조물을 제공한다. 이때, 6방정계 채널 내에는 계면활성제 또는 탄화된 탄소가 충진 또는 제거되어 있을 수 있다. 또한, 메조동공을 형성하는 골격의 두께는 3 ~ 500 nm 나노스케일일 수 있다.The present invention also provides a TiO 2 -B structure in which the framework is crystalline or amorphous while structurally ordered hexagonal channels are formed. At this time, a surfactant or carbonized carbon may be filled or removed in the hexagonal system channel. Further, the thickness of the skeleton forming the mesoporous pores may be 3 to 500 nm nanoscale.

한편, 하기와 같은 이유에서, 본 발명에 따라 균일하게 구조규칙적인 메조동공 형태(uniformly ordered mesoporous form, uom-TiO2-B, 도 1a, 1b)는 전기 에너지 저장 물질 및/또는 광촉매와 같은 적용면에서 무작위적인 구조의 메조동공을 갖는 형태들(randomly ordered mesoporous forms, rom-TiO2-B, 도 1c) 및 개별적인 나노입자들 (individual nanoparticle forms, np-TiO2-B, 도 1d) 보다 훨씬 더 좋은 성능을 발휘할 수 있다: 첫째, uom-TiO2-B 안에서 이온들 및 분자들의 확산 속도는, TiO2 재료를 관통하는 채널 크기의 균일성으로 인해, 균일하다(균일한 확산 속도). 둘째, 채널 크기 변동으로 인해 이온들 및 분자들의 확산 속도들이 감소하기 때문에, uom-TiO2-B 안에 삽입된 이온들 및 분자들의 확산 속도는 rom-TiO2-B 보다 빠르다(더 빠른 확산 속도). 셋째, 모든 입구 사이트들(entrance sites)로부터 채널의 완전한 개방성(openness)으로 인해, rom-TiO2-B와 달리, uom-TiO2-B 내 모든 사이트들은 삽입되는 이온들 및 분자들에게 허용될 수 있다(완전한 사이트 허용능력). 넷째, TiO2-B 벽들의 3차원 결정성 상호연결로 인해, rom-TiO2-B 에서 보다 uom-TiO2-B 에서, TiO2-B의 벽 또는 골격을 따라 캐리어 이동 속도가 더 빠르다(골격에 따라 더 빠른 캐리어 이동). 다섯째, 재료 내에서 벽 또는 골격의 두께가 일정하기 때문에, TiO2-B 벽 또는 골격의 광학 및 전기적 물성은 uom-TiO2-B 내에서 일정하다(일정한 광학 및 전기적 물성). 여섯째, 균일하게 정렬된 메조동공 아나타제에서 관찰된 바와 같이, uom-TiO2-B의 흡수 시작점(absorption onset)은 np-TiO2-B 보다 적색편이(red-shift)되며, 이는 광원으로 태양을 사용하는 다양한 광촉매 적용시 uom-TiO2-B의 광촉매 활성을 강화시키는데 도움이 된다(낮은 밴드 갭). On the other hand, uniformly ordered mesoporous form ( uom- TiO 2 -B, Figs. 1a and 1b) uniformly and structurally according to the present invention can be applied as an electric energy storage material and / (Randomly ordered mesoporous forms, rom- TiO 2 -B, Fig. 1c) and individual nanoparticle forms ( np- TiO 2 -B, Fig. 1d) First, the diffusion rate of ions and molecules in uom -TiO 2 -B is uniform (uniform diffusion rate) due to the uniformity of the channel size through the TiO 2 material. Second, because the decrease rate of diffusion of ions and molecules are due to the channel size variation, the diffusion rate of the ions and molecules inserted into the uom -TiO 2 -B is faster than rom -TiO 2 -B (faster diffusion rate) . Third, due to the complete openness of the channel from all entrance sites, unlike rom- TiO 2 -B, all sites in uom -TiO 2 -B are allowed to intercalate ions and molecules (Full site acceptability). Fourth, TiO 2 -B due to the three-dimensional crystalline interconnecting wall, in the rom -TiO uom -TiO 2 -B 2 -B than in, or along the walls of the skeleton TiO 2 -B carrier moving speed is faster ( Faster carrier movement depending on the skeleton). Fifth, the optical and electrical properties of the TiO 2 -B wall or framework are constant within the uom -TiO 2 -B (constant optical and electrical properties), because the thickness of the wall or framework within the material is constant. Sixth, the absorption onset of uom -TiO 2 -B is red-shifted than that of np -TiO 2 -B, as observed in uniformly aligned mesoporous anatase, It helps to enhance the photocatalytic activity of uom -TiO 2 -B when applied to various photocatalysts (low band gap).

본 발명에 따라 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 TiO2-B 은 증착-유도성 자가 조립(evaporation-induced self-assembly, EISA), 그리고 소프트 및 하드 템플레이트 법을 결합한 조립(combined assembly of soft and hard (CASH) template methods)을 채용하여 제조될 수 있다.TiO 2 -B with ordered mesoporous structure according to the present invention can be used for evaporation-induced self-assembly (EISA) and combined assembly of soft and hard template methods. soft and hard (CASH) template methods.

따라서, 본 발명의 제3양태에 따라 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 결정형 또는 무정형 TiO2-B 구조물을 제조하는 방법은, Thus, a method of making a crystalline or amorphous TiO 2 -B structure having ordered ordered mesoporous structure according to a third aspect of the present invention,

Ti 공급원, 메조동공-유도제(mesopore-directing agent), 산 촉매 및 용매를 함유하는 전구체 용액을 준비하는 A 단계; A preparation of a precursor solution containing a Ti source, a mesopore-directing agent, an acid catalyst and a solvent;

전구체 용액으로부터 용매를 증발시키는 단계로서, 메조동공-유도제 및 가수분해된 Ti 공급원이 자가 조립을 겪으면서 메조동공-유도제에 의해 티타늄산화물에 구조규칙적인 메조동공이 형성되고, 상기 구조규칙적인 메조동공에 메조동공-유도제가 충진 및 응집된 티타늄산화물 구조물을 형성하는 B 단계; As a step of evaporating the solvent from the precursor solution, the mesoporous-inducing agent and the hydrolyzed Ti source undergo self-assembly, whereby a structured regular mesopore is formed in the titanium oxide by the mesoporous-inducing agent, B in which the mesoporous-inducing agent forms a filled and agglomerated titanium oxide structure;

상기 구조규칙적인 메조동공에 충진된 메조동공-유도제를 탄화시키는 C 단계; 및 A step C for carbonizing the mesopore-inducing agent filled in the structured regular mesopores; And

구조규칙적인 메조동공에 채워진 탄화된 응집체들을 제거하는 D 단계를 포함한다.Structure D includes the step of removing the carbonized aggregates filled in the regular mesopore.

A 단계에서 Ti 공급원은 Ti의 산화물, 염화물, 아세트화물, 지방산염, 포스폰산 염, 티올레이트, 및 알콕사이드로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, Ti 공급원의 비제한적인 예로는 티타늄-(n)부톡시드, 티타늄-(n)에톡시드, 티타늄-(n)이소프로폭시드, 티타늄-(n)프로폭시드, 티타늄테트라이소프로폭사이드 및 TiCl4 등이 있다. In step A, the Ti source may be selected from the group consisting of oxides, chlorides, acetates, fatty acid salts, phosphonates, thiolates, and alkoxides of Ti, but is not limited thereto. For example, non-limiting examples of the Ti source include titanium- (n) butoxide, titanium- (n) ethoxide, titanium- (n) isopropoxide, titanium- (n) propoxide, titanium tetraisopropoxide and the like side and TiCl 4.

구조 유도제는 특정 결정구조(crystalline structure)의 주형(template) 역할을 하는 물질로서, 구조 유도제의 charge distribution, size 및 geometric shape가 구조 유도 특성(structure directing properties)를 제공한다.Structural directing agents act as templates for certain crystalline structures. Charge distribution, size and geometric shape of structure directing agents provide structure directing properties.

메조동공-유도제는 구조 유도제의 일종으로, 중성, 음이온성, 양이온성 계면활성제일 수 있다. 예를 들어, 알킬아민계 또는 암모늄알킬 할라이드계 계면활성제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 알킬아민계 또는 암모늄 알킬 할라이드계 계면활성제에 있어서 알킬기는 4~24개의 탄소를 갖는 직쇄 또는 측쇄 알킬기일 수 있다. 구체적으로, 상기 암모늄 알킬 할라이드계 계면활성제로서 트리알킬암모늄 알킬 할라이드, 예를 들어, 트리(C1~6알킬)암모늄 C10~30알킬브로마이드를 사용할 수 있으며, 예를 들어, CTAB(세틸 트리메틸암모늄 브로마이드)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The mesoporous-inducer is a kind of structure directing agent, Neutral, anionic, cationic surfactant. For example, an alkylamine-based or ammonium alkyl halide-based surfactant can be used. For example, in the above alkylamine-based or ammoniumalkyl halide-based surfactants, the alkyl group may be a linear or branched alkyl group having 4 to 24 carbons. Specifically, a trialkylammonium alkyl halide such as tri (C1-6 alkyl) ammonium C10-30 alkyl bromide may be used as the ammonium alkyl halide surfactant. For example, CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) But is not limited thereto.

본 실시예에서는 HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20H (Pluronic P123)를 사용하였으며, Pluronic P123은 중성 계면활성제의 일종이다.In this example, HO (CH 2 CH 2 O) 20 (CH 2 CH (CH 3 ) O) 70 (CH 2 CH 2 O) 20 H (Pluronic P123) was used and Pluronic P123 was a kind of neutral surfactant .

전구체 용액 내 메조동공-유도제의 비제한적인 농도 범위는 0.01몰 내지 1몰이며, 0.1몰~0.5몰이 바람직하다.The non-limiting concentration range of the mesoporous-inducing agent in the precursor solution is 0.01 mol to 1 mol, preferably 0.1 mol to 0.5 mol.

산 촉매는 무기산 또는 유기산 일 수 있으며, 무기산의 비제한적인 예로는 염산, 황산, 인산, 질산, 할로겐화 실란, 이의 혼합물이 있으며, 유기산의 비제한적인 예로는 초산, 클로로초산, 쿠엔산, 안식향산, 디메틸말론산(dimethylmalonic acid), 포름산, 프로피온산, 글루타르산(glutaric acid), 글리콜산(glycollic acid), 마레인산, 마론산, 톨루엔술폰산, 옥살산(oxalic acid)), 등이 있다. 산 촉매는 염산, 황산, 인산, 또는 이의 혼합물인 것이 바람직하다.The acid catalyst may be an inorganic acid or an organic acid, and non-limiting examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, halogenated silane, and mixtures thereof. Non-limiting examples of the organic acid include acetic acid, chloroacetic acid, Such as dimethylmalonic acid, formic acid, propionic acid, glutaric acid, glycollic acid, maleic acid, malonic acid, toluenesulfonic acid, oxalic acid, and the like. The acid catalyst is preferably hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, or a mixture thereof.

산 촉매는 금속산화물 전구체의 급격한 가수분해 및 축중합 반응 속도를 제어하는 역할을 한다. 또한, 산 촉매의 수소이온(H+)으로 인한 금속 함유 입자의 응집을 막음으로써 분산성과 점도를 제어할 수 있다.The acid catalyst serves to control the rapid hydrolysis and condensation rate of the metal oxide precursor. Further, the dispersion and viscosity can be controlled by preventing the aggregation of the metal-containing particles due to the hydrogen ions (H + ) of the acid catalyst.

본 발명은 A 단계에서 사용되는 산 촉매 종류 및 혼합비율을 조절하면, 메조동공-유도제에 의해 티타늄산화물에 구조규칙적인 메조동공을 형성시킬 수 있다는 것을 처음으로 발견하였다. 따라서, 메조동공-유도제에 의해 티타늄산화물에 구조규칙적인 메조동공을 형성시킬 수 있는 한, 산 촉매 종류 및 혼합비율은 한정되지 않는다. 산 촉매로 황산과 염산의 혼합물을 사용하는 경우 황산 : 염산= 1 : 0.1 ~ 10 에서 메조동공-유도제에 의해 티타늄산화물에 구조규칙적인 메조동공을 형성시킬 수 있다.It has been found for the first time in the present invention that by regulating the type and mixing ratio of the acid catalyst used in Step A, it is possible to form a structurally regular mesoporous substance in the titanium oxide by the mesoporous-inducing agent. Therefore, the kind of the acid catalyst and the mixing ratio are not limited as long as the mesoporous-inducing agent can form a structural regular mesopore in the titanium oxide. When a mixture of sulfuric acid and hydrochloric acid is used as an acid catalyst, a structural regular mesopore can be formed in the titanium oxide by a mesoporous-inducing agent in sulfuric acid: hydrochloric acid = 1: 0.1 to 10.

용매로는 물 또는 친수성 유기용매가 있다. 친수성 유기용매의 비제한적인 예로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올(IPA), n-부탄올, 이소부탄올 등의 저급 지방족 알코올류, 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 초산에틸렌글리콜모노에틸에테르 등의 에틸렌글리콜 유도체, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 디에틸렌글리콜 유도체, 및 디아세톤알코올 등이 포함된다. 또한, 이들로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 더욱이 이들의 친수성 유기용매와 병용하여, 톨루엔, 퀴실렌, 헥산, 헵탄초산에틸, 초산부틸, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케토옥심 등의 1종 또는 2종 이상의 것을 사용할 수 있다.The solvent is water or a hydrophilic organic solvent. Nonlimiting examples of the hydrophilic organic solvent include lower aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol (IPA), n-butanol and isobutanol, ethylene glycol such as ethylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether and ethylene glycol monoethyl ether Derivatives thereof, diethylene glycol derivatives such as diethylene glycol and diethylene glycol monobutyl ether, diacetone alcohol and the like. Further, one or more selected from the group consisting of these can be used. Further, one or more of toluene, quinilene, hexane, ethyl heptanoate, butyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketoxime and the like may be used in combination with these hydrophilic organic solvents.

B단계는 전구체 용액으로부터 천천히 용매를 증발시키는 단계로서, 증발에 의해 유도되는 자가 조립(evaporation-induced self-assembly, EISA)이다. EISA 단계 동안, 메조동공-유도제 및 가수분해된 Ti 공급원은 자가 조립을 겪으면서 메조동공-유도제에 의해 무정형 TiO2에 메조동공이 형성되고, 메조동공에 충진된 메조동공-유도제는 응집된다. Step B is a step of slowly evaporating the solvent from the precursor solution, which is evaporation-induced self-assembly (EISA). During the EISA step, the mesoporous-inducing agent and the hydrolyzed Ti source undergo self-assembly, forming mesopores in the amorphous TiO 2 by the mesoporous-inducing agent, and mesoporous-inducing agents packed in the mesoporous aggregates.

졸-겔 합성법에 의해서 Ti 산화물 전구체는 낮은 pH에서 천천히 가수분해 반응 및 축중합 반응이 일어난다. 상기 무기물은 숙성 과정을 거친 후 열처리를 통하여 메조동공-유도제 및 잔존물들을 제거하고 결정도를 향상시킬 수 있다.The Ti oxide precursor slowly undergoes hydrolysis and polycondensation at low pH by sol - gel synthesis. The inorganic material may be subjected to a maturing process, followed by heat treatment to remove the mesoporous-inducing agent and residues and improve the crystallinity.

B단계의 온도는 사용되는 용매에 따라 상이하나, 25 ~ 40 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.The temperature of step B varies depending on the solvent used but can be carried out at a temperature of 25 to 40 ° C.

반응시간은 0.5시간에서 20일까지 다양하게 변화할 수 있다. 반응시간은 바람직하게는 2시간-15일, 보다 바람직하게는 20 내지 50 시간이다.The reaction time can vary from 0.5 hour to 20 days. The reaction time is preferably 2 hours to 15 days, more preferably 20 to 50 hours.

모든 용매가 증발되었을 때, 추가로 남아있는 고형물을 건조시킬 수 있다.When all the solvent has evaporated, the remaining solids can be dried.

C단계는 메조동공에 충진된 메조동공-유도제 응집체들이 기계적으로 더 단단한 탄소 응집체들로 되는 탄화(CBN) 되는 단계이다. 탄화는 질소분위기에서 하는 것이 바람직하다.Step C is the step of carbonizing (CBN) the mesoporous-inducer agglomerates filled in mesopores into mechanically harder carbon agglomerates. The carbonization is preferably carried out in a nitrogen atmosphere.

탄화시 열처리 온도는 사용되는 메조동공-유도제에 따라 상이하며, 메조동공-유도체를 탄화시킬 수 있는 한 탄화온도는 특별히 제한되지 않는다.The temperature of the heat treatment at the time of carbonization differs depending on the mesoporous-inducing agent used, and the temperature of carbonization as long as it can carbonize the mesoporous-derivative is not particularly limited.

C단계의 온도는 200 ~ 700℃일 수 있다.The temperature of the C stage may be 200 to 700 ° C.

구조규칙적인 메조동공에 채워진 탄화된 응집체들을 제거하는 D 단계는 통상 대기중 또는 산소 존재하에 수행될 수 있으며, 탄화된 메조동공-유도체를 제거할 수 있는 한 반응온도는 특별히 제한되지 않는다.The step D for removing the carbonized agglomerates filled in the regular mesopore can be carried out usually in the air or in the presence of oxygen, and the reaction temperature is not particularly limited as long as it can remove the carbonized mesopore-derivative.

열처리에 의해, 메조동공 내 탄화된 응집체들을 제거하는 경우, Ti 산화물의 결정화도가 더욱 향상될 수 있을 뿐만아니라, Ti 산화물은 소성(calcinations)되어, 더욱 안정된 구조로 될 수 있다. When the carbonized agglomerates in the mesopores are removed by the heat treatment, not only the crystallinity of the Ti oxide can be further improved, but the Ti oxide can be calcined, resulting in a more stable structure.

본 발명에 따라 6방정계와 같이 구조규칙적인 메조동공을 갖는 TiO2-B은 하기와 같은 비제한적인 방법에 의해 제조될 수 있다.According to the present invention, TiO 2 -B having a structured regular mesopore like a six-sided structure can be produced by the following non-limiting method.

계면활성제인 Pluronic P123 (10 g)가 용해된 에탄올 용액(300 g)에 농축된 황산: 염산 = 1:3인 혼합물(20.5 g)을 첨가하였다. 티타늄 이소프로폭사이드(TIPO, 36 g)를 상기 용액에 첨가하고, 이어서 10시간 동안 격렬히 교반하였다. 형성된 젤은 페트리 접시에 옮겼다. 페트리 접시는 습도 조절된 오븐(50-60%, 40 ℃)에 1~2일간 정치하여, 용매가 천천히 증발되도록 하였으며, 수득된 건조 분말을 12시간 동안 100 ℃ 건조 오븐에 두어 더 건조시켰다(실시예 1 참조). 이러한 EISA 단계 이후, 채널이 P123로 충진된 무정형 6방정계 uom-TiO2 (h-uom -TiO2)(도 1e)을 수득하였다. 무정형 h- uom-TiO2의 small angle X-ray (SAX) 회절 패턴은 2θ = 0.68 (d = 12.9 nm)에서 회절 피크를 나타내었으며(도 2a), 이는 메조동공의 존재를 뒷받침하는 것이다. 그러나, wide angle X-ray (WAX) 회절 패턴은 2θ = ~26, ~48, 및 60 에 중심이 있는 특징없는 넓은 피크들(도 2b) 을 나타냈으며, 이는 형성되는 무정형 h- uom-TiO2이 무정형이라는 것을 확인시켜준다. 무정형 uom-TiO2의 투과 전자 현미경 (TEM) 이미지들(도 2c,d)은 채널들이 6방정계로 구조규칙적이고 골격은 무정형이라는 것을 보여준다.To the ethanol solution (300 g) in which the surfactant Pluronic P123 (10 g) was dissolved was added a mixture (20.5 g) of concentrated sulfuric acid: hydrochloric acid = 1: 3. Titanium isopropoxide (TIPO, 36 g) was added to the solution, followed by vigorous stirring for 10 hours. The formed gel was transferred to a Petri dish. The Petri dish was allowed to stand for 1 to 2 days in a humidity controlled oven (50-60%, 40 ° C) to allow the solvent to evaporate slowly, and the obtained dry powder was further dried by placing it in a 100 ° C drying oven for 12 hours See example 1). Since EISA this step, the channel is filled with an amorphous hexagonal P123 uom -TiO 2 to give the (h - TiO 2 - uom) ( Fig. 1e). The small angle X-ray (SAX) diffraction pattern of amorphous h- uom- TiO 2 showed diffraction peaks at 2θ = 0.68 (d = 12.9 nm) (FIG. 2a), which supports the presence of mesopores. However, the wide angle X-ray (WAX) diffraction pattern exhibited uncharacterized broad peaks centered at 2? = ~ 26, ~ 48, and 60 (Figure 2b), indicating the formation of amorphous h- uom -TiO 2 Is amorphous. Transmission electron microscopy (TEM) images (FIG. 2c, d) of amorphous uom -TiO 2 show that the channels are structurally regular with a hexagonal system and the skeleton is amorphous.

계면활성제가 채워진 무정형 h- uom-TiO2을 N2 흐름 하에 1시간 동안 300 ℃ 에서 소성하여 P123 계면활성제를 탄화시켰다. 이러한 탄화 단계 이후, 채널 벽들을 채우고 있는 무정형 탄소(C)로 인해, 흰색 무정형 h- uom-TiO2 가 검은색으로 변했다. C-충진된(C-lined) 무정형 h- uom-TiO2 의 SAX 회절 패턴은 2θ = 0.76 (d = 11.6 nm) 에서 회절 피크 존재를 보여주는데(도 2e), 이는 무정형의 존재를 의미한다. WAX 회절 패턴은 2θ = ~26에서의 넓은 약한 피크들과 함께 2θ = 25.1, 37.5, 48.2, 54.5, 및 63.0° 에서 약한 회절들을 보여주었다. 2θ = 25.1, 37.5, 54.5, 및 63.0° 에서의 회절들은 결정형 TiO2-B 의 (110), (401), (020), (113) 및 (313) 평면들에 대응하기 때문에, 탄화 프로세스 동안 계면활성제로 충진된 무정형 h-uom-TiO2 에 있는 TiO2 벽의 작은 분획은 이미 TiO2-B 로 결정화되었다고 결론지을 수 있다. C-충진된 무정형 h- uom-TiO2-B 의 저 배율 TEM 이미지(도 2g)는 6방정계로 구조규칙적인 채널들을 훨씬 더 생생한 대조(contrast)로 보여주고 있으며, 고 배율 TEM 이미지(도 2h)는 TiO2 벽이 아직도 무정형이라는 것을 보여준다. C-충진된 무정형 h- uom-TiO2을 450 ℃에서 6시간 동안 소성시킨 후, 시료의 SAX 회절 패턴은 2θ = 0.82 (d = 10.7 nm) 에서 강한 회절 피크를 보여주었으며, 이는 채널들이 소성동안 여전히 잘 보존되어 있다는 것을 의미한다(도 2i). 흥미롭게도, 시료의 WAX 회절 패턴은 2θ = 14.2, 25.1, 28.5, 33.2, 37.5, 44.0, 48.2, 54.5, 57.5, 62.5, 및 67.5에서 결정형 TiO2-B의 전형적인 회절 라인들을 보여주는데, 결정형 TiO2-B의 (001)/(200), (110), (002), (310), (401), (003), (020), (113), (022), (313), (023) 평면들에 대응한다(도 2j). 이러한 결과는 최종 물질이 결정형 h- uom-TiO2-B 라는 것을 보여준다. 저 배율 TEM 이미지(도 2k)는 6방정계로 구조규칙적인 채널들의 생생한 대조를 보여주고, 고 배율 TEM 이미지 (도 2l 및 도 9)는 골격도 5nm의 균일한 두께를 갖는 고도로 결정형이라는 것을 보여주었다. 전술한 바와 같이, 도 1j의 회절 라인들은 얇은 골격과 일치되게 상당히 넓으며, (002) 피크 상 Scherrer 식에 기초하여 추정된 골격의 두께는 5.6 nm 이었다. 저 배율 TEM 이미지 (도 2k, 삽입도)의 선택된 영역의 전자 회절은 또한 (001)/(200), (110), (002), (310), 및 (401) 평면들로부터 나온 전자 회절들을 보여준다.The amorphous h- uom- TiO 2 filled with the surfactant was calcined at 300 ° C for 1 hour under N 2 flow to carbonize the P123 surfactant. After this carbonization step, white amorphous h- uom- TiO 2 turned black due to the amorphous carbon (C) filling the channel walls. The SAX diffraction pattern of C-lined amorphous h- uom- TiO 2 shows the presence of diffraction peaks at 2θ = 0.76 (d = 11.6 nm) (FIG. 2e), which indicates the presence of amorphous. The WAX diffraction pattern showed weak diffractions at 2? = 25.1, 37.5, 48.2, 54.5, and 63.0 ° with broad weak peaks at 2? =? 26. Since the diffractions at 2θ = 25.1, 37.5, 54.5 and 63.0 ° correspond to the (110), (401), (020), (113) and (313) planes of crystalline TiO 2 -B, It can be concluded that a small fraction of the TiO 2 wall in the amorphous h- uom -TiO 2 filled with surfactant has already crystallized as TiO 2 -B. The low magnification TEM image (Fig. 2g) of the C-packed amorphous h- uom- TiO 2 -B shows a much more vivid contrast in the structured channels in the hexagonal system, 2h) show that the TiO 2 wall is still amorphous. After firing the C-packed amorphous h- uom- TiO 2 at 450 ° C. for 6 hours, the SAX diffraction pattern of the sample showed strong diffraction peaks at 2θ = 0.82 (d = 10.7 nm) Which is still well preserved (Fig. 2i). Interestingly, WAX diffraction pattern of the sample is to show typical diffraction line of crystalline TiO 2 -B at 2θ = 14.2, 25.1, 28.5, 33.2, 37.5, 44.0, 48.2, 54.5, 57.5, 62.5, and 67.5 The crystalline TiO 2 - (001) / (200), 110, 002, 310, 401, 003, 020, 113, 022, 313, (Fig. 2J). These results show that the final material is crystalline h- uom- TiO 2 -B. A low magnification TEM image (FIG. 2K) shows a vivid contrast of structurally ordered channels to a six-chamber system, and a high magnification TEM image (FIGS. 2L and 9) shows that the framework is highly crystalline with a uniform thickness of 5 nm gave. As described above, the diffraction lines in FIG. 1J are considerably wider to match the thin skeleton, and the thickness of the skeleton estimated based on the (002) peak Scherrer equation was 5.6 nm. Electron diffraction of selected areas of the low magnification TEM image (FIG. 2k, inset) also results in electron diffraction from the (001) / (200), (110), (002), (310) Show.

제조된 h- uom-TiO2-B 는 장범위로 구조규칙적인(long range ordering) 균일한 메조동공을 가질 뿐만아니라, TiO2-B 순도가 매우 높다. 사실, 형태들(forms)과 상관없이 고순도의 TiO2-B 를 생산하는 것은 쉬운 일이 아니었다. 따라서, 기존 문헌들에서 분석한 결과에 따르면, 보고된 TiO2-B 중 약 70%는 아나타제와 혼합되어 있다. 고순도의 TiO2-B을 생산하는 공정들은 매우 가치있는 것이다. 사실, 본 발명에 따른 공정에서 초기 젤 내 황산의 첨가량은 h- uom-TiO2-B를 성공적으로 합성하는데 중요한 역할을 한다. 예컨대, 황산이 없거나 50% 미만의 황산을 사용하면 rom-아나타제(rom-anatase)가 형성된다 (도 11). 50% 이상의 황산을 사용할 때, 오직 소량의 아나타제 나노입자들이 생산된다. Manufactured h- uom -TiO 2 -B is not only has the structure of a regular uniform meso pores (long range ordering) as a long-range, TiO 2 -B purity is very high. In fact, producing high purity TiO 2 -B irrespective of the forms was not an easy task. Therefore, according to the results of analysis in the existing literature, about 70% of reported TiO 2 -B is mixed with anatase. Processes that produce high purity TiO 2 -B are very valuable. Indeed, the amount of sulfuric acid added in the initial gel in the process according to the present invention plays an important role in the successful synthesis of h- uom- TiO 2 -B. For example, when sulfuric acid is used, or less than 50% of sulfuric acid rom - it is formed of anatase (rom -anatase) (Fig. 11). When using more than 50% sulfuric acid, only small amounts of anatase nanoparticles are produced.

결정화 온도 역시 성공적으로 h-uom-TiO2-B 합성하는데 상당한 영향을 준다. 400℃ 보다 500℃에서 결정화할 때 rm-아나타제가 형성되고, 400℃에서 탄소-충진된(lined) houm-TiO2-B가 형성된다.The crystallization temperature also has a significant effect on the successful synthesis of h- uom- TiO 2 -B. When crystallized at 400 ° C and at 500 ° C, rm-anatase is formed, and carbon-lined houm-TiO 2 -B is formed at 400 ° C.

계면활성제가 충진된 무정형 h-uom -TiO2, C-충진된 무정형 h-uom-TiO2, 및 최종산물인 다결정형 h-uom-TiO2-B 의 흡착-탈착 등온선들은 도 3(좌측도)에 도시되어 있다. 모든 등온선들은 타입 IV N2 등온선들을 나타내며, 이는 실린더 형태의 메조동공 특성들을 확인하여 주는 것이다. 0.57와 0.75 사이 P/Po 영역에서의 상대적으로 급격한 모세관 서림(capillary condensation) 단계들은 채널 크기가 일정하다는 것을 보여준다. 특히, 최종 h-uom-TiO2-B의 경우 더좁은 P/Po 영역에서 발생하는 훨씬 더 급격한 모세관 서림 단계는 채널 크기가 고도로 균일하다는 것을 보여준다. 또한, 최종 h-uom-TiO2-B 에서 전형적인 H1 타입 이력(hystersis) 루프는 균일한 실린더형 채널들이 장범위로 구조규칙적이라는 것을 보여준다. 채널 사이즈는 3 ~ 7 nm 로 다양하다 (도 3, 우측도). 흥미롭게도, 계면활성제가 충진된 무정형 h-uom-TiO2와 C-라인 무정형 h-uom-TiO2는 2개 모드의 채널 시스템들을 가지며, 가장 많은 채널 크기는 3.8 및 4.7 nm인 반면, 최종 결정형 h-uom-TiO2-B 는 하나의 모드로 된 채널 시스템을 가지며 가장 많은 크기는 5.4 nm이다. 또한, 이러한 결과는 무정형 TiO2 골격이 결정형 TiO2-B 골격으로 전환할 때 채널 크기가 증가할 뿐만 아니라 균일해진다는 흥미로운 사실을 보여준다. 계면활성제가 충진된 무정형 h-uom-TiO2, C-라인 무정형 h-uom-TiO2 및 결정형 h-uom-TiO2-B 의 표면적은 각각 291, 251 및 233 m2g-1이다. 따라서, 최종 결정형 h-uom-TiO2-B 의 표면적은 다양한 적용들을 위해 충분히 크다.Surfactant is filled amorphous h - uom - a TiO 2, C- filled amorphous h - is the uom -TiO 2, and the final product crystalline h - uom -TiO 2 -B adsorption - desorption isotherms are 3 (the left ). All isotherms represent Type IV N 2 isotherms, which confirm the mesophase characteristics of the cylinder shape. The relatively steep capillary condensation steps in the P / P o range between 0.57 and 0.75 show that the channel size is constant. In particular, for the final h - uom -TiO 2 -B, the much sharper capillary edge step that occurs in the narrower P / P o region shows that the channel size is highly uniform. In addition, the end h - typical type history H1 (hystersis) loop in uom -TiO 2 -B show that a uniform cylindrical channels of a regular structure with long-range. The channel size varies from 3 to 7 nm (Fig. 3, right-hand diagram). Interestingly, surfactant - filled amorphous h - uom - TiO 2 and C - line amorphous h - uom - TiO 2 have two modes of channel systems with the largest channel sizes of 3.8 and 4.7 nm, h - uom - TiO 2 - B has a channel system in one mode and the largest size is 5.4 nm. It is also interesting to note that these results show that when the amorphous TiO 2 skeleton is converted to the crystalline TiO 2 -B skeleton, the channel size increases as well as becomes uniform. Surface areas of amorphous h - uom - TiO 2 filled with surfactant, C - line amorphous h - uom - TiO 2 and crystalline h - uom - TiO 2 - B are 291, 251 and 233 m 2 g -1, respectively. Thus, the surface area of the final crystalline h - uom - TiO 2 - B is large enough for a variety of applications.

반도체 나노입자들의 경우, 크기가 증가함에 따라 밴드갭 에너지(Eg) 는 감소한다. 결정형 TiO2 는 일종의 반도체이기 때문에, 이의 크기- Eg 관계는 반도체의 관계에 따라야 한다. 이러한 관계는 또한, 결정형 TiO2의 크기를 판단하는 기준으로 사용될 수 있다. 게다가, 결정형 h-uom-아나타제의 경우, 전자 흡수 스펙트럼(electronic absorption spectrum)의 시작점(430 nm, 2.88 eV) 은, 아나타제 나노입자들(400 nm, 3.1 eV)과 비교하여, 30 nm (0.22 eV) 만큼 상당히 적색 편이된다. 이러한 현상은 성분인 나노결정들 사이의 결정성 상호 연결에 의해 일어나며, 3차원적으로 확장된 다결정 아나타제를 형성하게 한다. 그 결과, 골격 두께가 겨우 ~5 nm 이지만, h-uom-아나타제는 매우 큰 다결정형 아나타제처럼 거동한다. 마찬가지로, TiO2-B 경우, 비록 골격 두께가 겨우 ~5 nm 이지만, h-uom-TiO2-B 의 전자 흡수 스펙트럼의 시작점(470 nm, 2.64 eV)은 5-7 nm의 TiO2-B 나노입자들(413 nm, 3.00 eV) 과 비교하여, 57 nm (0.36 eV)정도 적색편이된다(도 4). 그 결과, h-uom-TiO2-B의 전자 흡수 스펙트럼의 시작점은 루타일과 유사해진다. h-uom-TiO2-B 의 원소분석에 따르면, 질소도 탄소도 없으며, 무시할 정도의 소량 황산이 나타나며, 이는 흡수 시작 밴드의 장파장쪽 편이(bathochromic shift) 및 이로 인한 Eg 감소가 이종원소들의 삽입으로부터 발생한 것은 아니라는 것을 의미한다. 이러한 현상은 태양광 또는 가시광선 하에 h-uom-TiO2-B 의 광화학적 적용시 도움이 될 것이다. In the case of semiconductor nanoparticles, the band gap energy (E g ) decreases as the size increases. Since the crystalline TiO 2 is a kind of semiconductor, its size-E g relation should be in accordance with the relation of semiconductors. This relationship can also be used as a criterion for determining the size of the crystalline TiO 2 . In addition, for the crystalline h - uom -anatase, the starting point of the electronic absorption spectrum (430 nm, 2.88 eV) was 30 nm (0.22 eV) compared to anatase nanoparticles ). ≪ / RTI > This phenomenon is caused by the crystalline interconnection between the constituent nanocrystals and leads to the formation of a three-dimensionally extended polycrystalline anatase. As a result, the skeleton thickness is only ~ 5 nm, but h - uom - anatase behaves like a very large polycrystalline anatase. Similarly, in the case of TiO 2 -B, the starting point (470 nm, 2.64 eV) of the electron absorption spectrum of h - uom -TiO 2 -B is 5-7 nm TiO 2 -B nano (0.36 eV) as compared with the particles (413 nm, 3.00 eV) (Fig. 4). As a result, the starting point of the electron absorption spectrum of h - uom - TiO 2 - B becomes similar to rutile. According to the elemental analysis of h - uom - TiO 2 - B, there is neither nitrogen nor carbon and a negligible amount of sulfuric acid appears, which is due to the bathochromic shift of the absorption starting band and the resulting decrease in E g . It does not originate from the insertion. This phenomenon will be helpful in photochemical applications of h - uom - TiO 2 - B under sunlight or visible light.

메탄올 함유 물(methanolic water)로부터 수소를 제조할 때, 4-클로로페놀 (4-CP) 분해 및 메틸렌 블루(MB) 분해할 때, h-uom-TiO2-B, np-TiO2-B, P25 및 아나타제 나노입자들의 표면적 보정된 광화학적 활성들을 비교한 것이 도 5에 도시되어 있다. 이때, 재료들의 본질적인 광촉매 활성들을 비교하기 위해, 표면적 보정된 활성들을 비교하였다. 3가지 경우 모두, 분해될 분자들이 h-uom-TiO2-B의 내부 안으로 들어가야만 하는 사실에도 불구하고, h-uom-TiO2-B는 np-TiO2-B 보다 2배 이상 현저한 활성을 나타내었다. 이러한 결과는 TiO2-B 나노입자들의 결정성 상호연결이 3차원 다결정형 TiO2-B로 전환되는 경우 잇점을 증명하는 것이며, 이러한 전환은 또한 광화학적 적용시 전하 분리에 큰 도움이 될 것이다.(4-CP) decomposition and methylene blue (MB) decomposition when hydrogen is produced from methanolic water, h - uom- TiO 2 -B, np -TiO 2 -B, A comparison of the surface-corrected photochemical activities of P25 and anatase nanoparticles is shown in FIG. At this time, to compare the intrinsic photocatalytic activities of the materials, the surface-corrected activities were compared. The uom -TiO 2 -B 2 times more significant than active np -TiO 2 -B - 3 In both cases, decomposing molecules h - despite the fact that only go into the interior of the uom -TiO 2 -B, h Respectively. These results demonstrate the advantage of the conversion of the crystalline interconnection of TiO 2 -B nanoparticles to the three-dimensional polycrystalline TiO 2 -B, and this conversion will also greatly assist in charge separation in photochemical applications.

요컨대, 본 발명은 uom-아나타제 합성을 위해 개발된 EISA법 및 CASH법을 결합하여 고순도 및 큰 스케일(> 10 g)로 h- uom-TiO2-B을 성공적으로 최초 합성하였다. 황산의 첨가량이 h- uom-TiO2-B의 성공적인 합성에 중요한 역할을 하였다. 5-nm 두께의 결정형 TiO2-B 골격이 고도로 확장된 3차원 골격으로 확장되어, 균일한 메조동공 채널들을 가진 큰 다결정형 TiO2-B 결정들이 형성되는 현상에 의해, h-uom-TiO2-B 의 Eg 은 나노입자들과 비교하여 0.36 eV 만큼 감소한다. 메탄올 함유 물(methanolic water)로부터 수소 제조 시, 4-클로로페놀 (4-CP) 분해 시 및 메틸렌 블루(MB) 분해 시 광촉매 적용 동안, h-uom-TiO2-B는 훨씬 높은 성능을 발휘한다. In short, the present invention successfully synthesized h- uom- TiO 2 -B with high purity and large scale (> 10 g) by combining EISA method and CASH method developed for uom -anatase synthesis. The addition of sulfuric acid played an important role in the successful synthesis of h- uom- TiO 2 -B. Due to the formation of large polycrystalline TiO 2 -B crystals with homogeneous mesoporous channels, the 5-nm thick crystalline TiO 2 -B skeleton is extended to a highly extended three-dimensional framework, resulting in the formation of h - uom -TiO 2 The E g of -B is reduced by 0.36 eV compared to the nanoparticles. H - uom- TiO 2 -B exhibits much higher performance during the production of hydrogen from methanolic water, during 4-chlorophenol (4-CP) decomposition and during photocatalytic application for methylene blue (MB) decomposition .

본 발명에서 처음으로 6방정계와 같이 구조규칙적인 메조동공을 갖는 TiO2-B 결정을 제공하였으며, 특히 높은 순도 및 큰 스케일(> 10 g)로 이들을 합성하였다. 또한, 본 발명에 따라 구조규칙적인 메조동공을 갖는 TiO2-B 결정은, TiO2-B 나노입자 대비 밴드 갭 에너지가 현저하게 감소하였으며, TiO2-B 나노입자보다 광촉매 적용면에서의 우수한 성능을 발휘하였다.For the first time in the present invention, TiO 2 -B crystals with structured regular mesopores such as hexagonal systems were provided, especially those with high purity and large scale (> 10 g). Further, according to the present invention, TiO 2 -B crystal having a regular structure meso pore is, TiO 2 -B nm was compared to a band gap energy is significantly reduced particles, better performance in the applied photocatalytic surface than TiO 2 -B nanoparticles .

도 1은 TiO2-B에 대해 가능한 4개의 형태들(a-d) 및 균일하게 6방정계로 구조규칙적인 메조동공 TiO2-B의 제조방법을 도시한 모식도이다.
도 2는 계면활성제가 충진된 무정형 h-uom -TiO2-B (a-d), C-라인 무정형 h-uom-TiO2-B(e-h), 및 결정형 h-uom-TiO2-B (i-l)의 SAX 및 WAX 회절 패턴 및 저배율 및 고배율 TEM 이미지이다. 패널 k의 삽입물은 k의 TEM 이미지의 FFT (Fast Fourier Transform)를 보여준다.
도 3은 계면활성제가 충진된 무정형 h-uom -TiO2-B(a, d), C-라인 무정형 h-uom-TiO2-B(b, e), 및 결정형 h-uom-TiO2-B (c, f)의 흡착-탈착 동온선(a-c) 및 기공 크기 분포(d-f)이다.
도 4는 아나타제, 루타일, 대구사 P25, TiO2-B 나노입자들(np-TiO2-B), 및 h-uom-TiO2-B의 확산 반사 UV-vis 스펙트럼을 비교한 것이다(a: 보정된 강도, b: 380-470 nm 영역임).
도 5는 물 환원시 (a), 4-CP 분해시 (b) 및 MB 분해시 (c), 아나타제, 대구사 P25, np-TiO2-B, 및 h- uom -TiO2-B의 광촉매 활성을 비교한 것이다. (d-f)는 이에 대응하는 각 반응 초기 반응 속도를 비교한 것이다.
도 6은 본 발명을 간단히 표현한 모식도이다.
도 7은 EISA에 의해 수득된 무정형 TiO2에서 계면활성제-충진된 6방정계 메조동공이 장범위 구조규칙성을 보여주는 TEM 이미지 및 이에 대응하는 FFT (Fast Fourier Transform) 이미지이다.
도 8은 채널 벽들이 무정형 탄소로 채워진 무정형 TiO2에서 6방정계 메조동공이 장범위 구조규칙성을 보여주는 TEM 이미지 및 이에 대응하는 FFT (Fast Fourier Transform) 이미지이다.
도 9는 두 개의 상이한 배율에서 결정형 TiO2-B 골격을 보여주는 h-uom-TiO2-B 의 HR-TEM 이미지이다.
도 10은 두 개의 상이한 배율에서 결정형 TiO2-B 골격을 보여주는 TiO2-B 나노입자들(대조군)의 HR-TEM 이미지이다.
도 11은 다른 변수들의 변화 없이 H2SO4 사용량이 상이한 젤을 사용하여, 도 1에 도시된 공정으로부터 최종 수득된 다양한 TiO2의 WAX 회절 패턴이다.
도 12는 EISA 법 및 CASH법을 결합하여 균일하게 6방정계로 구조규칙적인 메조동공 TiO2-B을 제조하는 방법을 도시한 모식도이다.
도 13은 h-uom-TiO2-B 의 라만 스펙트럼(실선) 및 순수한 결정형 TiO2-B 나노입자(np-TiO2-B)의 라만 스펙트럼(점선)을 나타낸 것이다. 이로부터 라만 밴드가 정확히 일치한다는 것을 보여준다.
1 is a conceptual view of a possible four types of (ad) and 6 uniformly method of producing a structural regular meso pores as TiO 2 -B political room for the TiO 2 -B.
Figure 2 is a surface active agent is an amorphous filled h - uom - TiO 2 -B (ad ), C- amorphous line h - uom -TiO 2 -B (eh ), and the crystalline h - uom -TiO 2 -B (il ) Of SAX and WAX diffraction patterns and low magnification and high magnification TEM images. The insert of panel k shows the FFT (Fast Fourier Transform) of the TEM image of k.
Figure 3 is a surfactant-filled amorphous h - uom - TiO 2 -B ( a, d), C- amorphous line h - uom -TiO 2 -B (b , e), and the crystalline h - uom -TiO 2 - (Ac) and pore size distribution (df) of adsorbed-desorbed B (c, f).
Figure 4 is an anatase, rutile, Cod Inc. P25, TiO 2 -B nanoparticles (np -TiO 2 -B), and h-uom- TiO a comparison of the diffuse reflectance UV-vis spectrum of 2 -B (a : Corrected intensity, b: 380-470 nm).
5 is reduced during (a), 4-CP decomposition during (b) and MB decomposition during (c), anatase, Cod Inc. P25, np -TiO 2 -B, and h- uom water-photocatalyst TiO 2 -B Activity. (df) compares the corresponding initial reaction rates of the respective reactions.
Fig. 6 is a schematic diagram simply showing the present invention.
FIG. 7 is a TEM image showing the long-range structural regularity of the surfactant-filled hexagonal mesoporous material in the amorphous TiO 2 obtained by EISA and the corresponding FFT (Fast Fourier Transform) image.
Figure 8 is a TEM image and corresponding FFT (Fast Fourier Transform) image showing the long-range structural regularity of the hexagonal mesopores in amorphous TiO 2 with channel walls filled with amorphous carbon.
9 is an HR-TEM image of the h-uom -TiO 2 -B showing crystalline TiO 2 -B backbone at two different magnifications.
Figure 10 is an HR-TEM image of TiO 2 -B nanoparticles (control) showing crystalline TiO 2 -B skeleton at two different magnifications.
Fig. 11 is a WAX diffraction pattern of various TiO 2 obtained from the process shown in Fig. 1, using a gel having a different H 2 SO 4 usage without changing other variables.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a mesoporous TiO 2 -B structurally regular in a hexagonal system by combining an EISA method and a CASH method.
Figure 13 shows the Raman spectrum (dotted line) of the h- uom -TiO 2 -B in the Raman spectrum (solid line) and a pure crystalline TiO 2 -B nanoparticles (np -TiO 2 -B). This shows that the Raman bands are exactly the same.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are for further illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

<재료><Material>

티타늄 이소프록사이드 [>98%, Ti(OCH(CH3)2)4, TIP]는 Across에서 구입하였다. 아나타제 나노입자 (<25 nm), Pluronic P123, 메틸렌 블루 (MB), 4-클로로페놀은 알드리치에서 구입하였다. P25는 대구사에서 구입하였다. 반응제들은 추가 정제 없은 받은 대로 사용하였다. Titanium isoproxide [> 98%, Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 , TIP] was purchased from Across. Anatase nanoparticles (<25 nm), Pluronic P123, methylene blue (MB), and 4-chlorophenol were purchased from Aldrich. P25 was purchased from Daegu. Reagents were used as received without further purification.

실시예Example 1 One

도 12에 도시된 바와 같이, 전형적인 합성법으로, Pluronic P123 10 g 을 상온에서 에탄올 300 g 에 용해하였다. 농축된 H2SO4 (5.5 g) 및 농축된 HCl (15 g)의 혼합물을 상기 에탄올 용액에 첨가하고 3시간동안 40℃에서 교반하였다. TIP (36 g) 를 상기 산성 에탄올 용액에 첨가하고, 10시간동안 격렬히 교반하였다. 혼합 용액을 페트리 접시에 옮기고, 이어서 습도 (50-60%) 조절된 챔버에서 24-48 시간동안 40 ℃에 정치하여 용매를 증발시켰다. 건조된 필름을 수용하고 있는 페트리 접시를 100℃에서 12시간동안 정치하고 생성물 (계면활성제-충진된 무정형 uom-TiO2)을 추가로 건조시켰다. 계면활성제-충진된 무정형 uom-TiO2를 연속적인 N2 흐름 하에 300℃에서 1시간동안 하소하여, 채널에 충진된 계면활성제를 탄화시켰다. C-라인 무정형 uom-TiO2를 450 °C에서 5시간 동안 하소하여 h-uom-TiO2-B을 형성하였다. As shown in Fig. 12, in a typical synthesis method, 10 g of Pluronic P123 was dissolved in 300 g of ethanol at room temperature. A mixture of concentrated H 2 SO 4 (5.5 g) and concentrated HCl (15 g) was added to the ethanol solution and stirred at 40 ° C for 3 hours. TIP (36 g) was added to the acidic ethanol solution and vigorously stirred for 10 hours. The mixed solution was transferred to a Petri dish and then allowed to stand at 40 [deg.] C for 24-48 hours in a humidity (50-60%) controlled chamber to evaporate the solvent. Then it dried further (the filled amorphous uom -TiO 2 surface active agent), a petri dish, which receives the dried film at 100 ℃ for 12 hours and the product value. Surfactant-filled amorphous uom -TiO 2 was calcined at 300 ° C for 1 hour under continuous N 2 flow to carbonize the channel-filled surfactant. C-line amorphous uom -TiO 2 was calcined at 450 ° C for 5 hours to form h - uom -TiO 2 -B.

공지된 공정(Y. Ren, Z. Liu, F. Pourpoint, A. R. Armstrong, C. P. Grey, P. G. Bruce, Angew . Chem . Int . Ed. 2012, 51, 2164-2167.및 M. Kobayashi, V. V. Petrykin, M. Kakihana, K. Tomita, M. Yoshimura, Chem . Mater. 2007, 19, 5373-5376)에 따라 TiO2-B 나노입자들 (5-7 nm, 도 10)을 제조하였다.Known processes (Y. Ren, Z. Liu, F. Pourpoint, AR Armstrong, CP Grey, PG Bruce, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2164-2167. And M. Kobayashi, VV Petrykin, M TiO 2 -B nanoparticles (5-7 nm, FIG. 10) were prepared according to Kakihana, K. Tomita and M. Yoshimura, Chem . Mater . 2007, 19 , 5373-5376.

[광촉매 활성 측정][Photocatalyst activity measurement]

화염 이온화 검출기(flame ionization detector, FID), 펄스 방전 검출기(pulsed discharged detector, PDD)가 장착된 온라인 GC 시스템(Young Lin, YL-6000)과 연결하여 기밀 연속 흐름 스테인레스 반응기(air-tight continuous flow stainless reactor)에서, 수소 생성 실험을 수행하였다. 구체적으로, 촉매 시료 0.1 g을 물 20 mL 및 메탄올 4 mL이 담겨진 바이알에 넣었다. 상기 바이알을 상기 반응기에 넣고, 반응기 내 잔여 공기가 사라질 때까지 암조건에서 다양한 시간동안 6 mL/min 유속으로 Ar (99.9999%)을 흘렸다. 이어서, Ar 연속 흐름 하 시료에 표준 AM-1.5 태양 모사 광 (HAL-302 Asahi)을 전력 72 mW cm- 2 로 조사하였다. 광세기는 1-sun checker (CS-20, Asahi Spectra Co., Ltd.)을 사용하여 조절하였다. 광조사 면적은 6 cm2이었다. 생성된 수소 가스는 Carboxen (Supelco) 컬럼이 장착된 온라인 펄스 방전 검출기(pulsed discharge detector, PDD)로 측정하였고, 생성 양은 시간당 단위면적(1 cm2) 당 나노몰 (nmol), 즉 nmol cm-2h-1 단위로 기록하였다.Air-tight continuous flow stainless steel reactor (YL-6000) connected with an on-line GC system equipped with a flame ionization detector (FID) and a pulsed discharge detector (PDD) reactor, hydrogen production experiments were carried out. Specifically, 0.1 g of the catalyst sample was placed in a vial containing 20 mL of water and 4 mL of methanol. The vial was placed in the reactor and Ar (99.9999%) was shed at various flow rates at 6 mL / min under dark conditions until the residual air in the reactor disappeared. Subsequently, a standard AM-1.5 solar simulator (HAL-302 Asahi) was irradiated at a power of 72 mW cm - 2 to the sample under Ar continuous flow. The light intensity was controlled using a 1-sun checker (CS-20, Asahi Spectra Co., Ltd.). The light irradiation area was 6 cm 2 . The generated hydrogen gas is Carboxen (Supelco) line pulse discharge detector of the column is attached (pulsed discharge detector, PDD) was measured by a generating amount per unit area (1 cm 2) nanomolar (nmol), i.e. nmol cm -2 per h -1 . &lt; / RTI &gt;

oriel 200 W arc Hg 램프(Oriel CA-9015)을 사용하여 메틸렌 블루(MB) 및 4-클로로페놀 (4-CP)의 광촉매적 분해를 수행하였다. 각 촉매 (0.05 g)를 MB 용액 50 mL (1 aliquot)에 넣었다(10 ppm, mg/L). 광조사 이전에, 불균일 용액을 암조건에 1시간동안 교반하면서 흡착과 탈착을 평형시켰다. 메틸렌블루 용액의 광 흡수 변화를 660 nm에서 모니터링하고, 4-클로로페놀은 225 nm에서 모니터링하였다.Photocatalytic decomposition of methylene blue (MB) and 4-chlorophenol (4-CP) was performed using an oriel 200 W arc Hg lamp (Oriel CA-9015). Each catalyst (0.05 g) was placed in 50 mL (1 aliquot) of MB solution (10 ppm, mg / L). Before irradiation, the heterogeneous solution was equilibrated with the adsorption and desorption under agitation for 1 hour under dark conditions. The light absorption change of the methylene blue solution was monitored at 660 nm and the 4-chlorophenol was monitored at 225 nm.

Claims (14)

6방정계로 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 것이 특징인 TiO2-B 결정.
A TiO 2 -B crystal characterized by having ordered mesoporous structure with six ordered crystal structures.
삭제delete 제1항에 있어서, TiO2-B은 양이온을 층간삽입할 수 있는 것인 TiO2-B 결정.
The TiO 2 -B crystal according to claim 1, wherein the TiO 2 -B is capable of intercalating cations.
구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 TiO2-B 결정형인 것이 특징인 TiO2-B 구조물.
Structure A TiO 2 -B structure, wherein the framework is a TiO 2 -B crystal form with regular six-electron system channels formed.
제4항에 있어서, 6방정계 채널 내에는 계면활성제 또는 탄화된 탄소가 충진되어 있는 것이 특징인 TiO2-B 구조물.
The TiO 2 -B structure according to claim 4, characterized in that the hexagonal channel is filled with a surfactant or carbonized carbon.
제4항에 있어서, 6방정계 채널은 채널크기가 하나의 모드로 된 것이고 골격은 결정형인 것이 특징인, TiO2-B 구조물.
The TiO 2 -B structure according to claim 4, wherein the hexagonal channel is one in which the channel size is in one mode and the skeleton is crystalline.
삭제delete 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있는, 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 결정형 TiO2-B 구조물을 제조하는 방법으로서,
Ti 공급원, 메조동공-유도제(mesopore-directing agent), 산 촉매 및 용매를 함유하는 전구체 용액을 준비하는 A 단계;
전구체 용액으로부터 용매를 증발시키는 단계로서, 메조동공-유도제 및 가수분해된 Ti 공급원이 자가 조립을 겪으면서 메조동공-유도제에 의해 티타늄산화물에 구조규칙적인 메조동공이 형성되고, 상기 구조규칙적인 메조동공에 메조동공-유도제가 충진 및 응집된 티타늄산화물 구조물을 형성하는 B 단계;
상기 구조규칙적인 메조동공에 충진된 메조동공-유도제를 탄화시키는 C 단계; 및
구조규칙적인 메조동공에 채워진 탄화된 응집체들을 제거하면서 소성시켜 구조물을 TiO2-B로 결정화시키는 D 단계를 포함하며,
TiO2-B에 구조규칙적인 메조동공이 생성되도록 상기 A 단계의 산 촉매의 종류 및 혼합비율을 조절하는 것이 특징인, TiO2-B 구조물의 제조방법.
CLAIMS What is claimed is: 1. A method of making a crystalline TiO 2 -B structure having ordered ordered mesoporous structure with structured regular six-
A preparation of a precursor solution containing a Ti source, a mesopore-directing agent, an acid catalyst and a solvent;
As a step of evaporating the solvent from the precursor solution, the mesoporous-inducing agent and the hydrolyzed Ti source undergo self-assembly, whereby a structured regular mesopore is formed in the titanium oxide by the mesoporous-inducing agent, B in which the mesoporous-inducing agent forms a filled and agglomerated titanium oxide structure;
A step C for carbonizing the mesopore-inducing agent filled in the structured regular mesopores; And
(D) crystallizing the structure into TiO 2 -B by firing while removing the carbonized aggregates filled in the regular mesopore,
Is to control the types and mixing ratio of the A phase of the acid catalyst characterized in that the structural regular meso pores created in the TiO 2 -B, method for producing a TiO 2 -B structure.
삭제delete 제8항에 있어서, 전구체 용액 내 메조동공-유도제의 농도 범위는 0.01몰 내지 1몰인 것이 특징인 TiO2-B 구조물의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the precursor solution in meso pore-inducing agent concentration range of from 0.01 mole to 1 mole to method for producing a TiO 2 -B structure characteristics.
제8항에 있어서, 메조동공-유도제는 계면활성제인 것이 특징인 TiO2-B 구조물의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the meso pore-inducing agent is a method for producing a TiO 2 -B structure is characterized by a surface active agent.
제1항 또는 제3항에 기재된, 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 TiO2-B 결정 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된, 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 결정형인 TiO2-B 구조물을 함유한 것이 특징인 전극활성 촉매.
A TiO 2 -B crystal having an ordered mesoporous structure according to any one of claims 1 to 3 or a TiO 2 -B crystal according to any one of claims 4 to 6, while the scaffold (framework) is an electroactive catalyst is characterized by containing a crystalline form of TiO 2 -B structure.
제1항 또는 제3항에 기재된, 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 TiO2-B 결정 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된, 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 결정형인 TiO2-B 구조물을 함유한 것이 특징인 광촉매.
A TiO 2 -B crystal having an ordered mesoporous structure according to any one of claims 1 to 3 or a TiO 2 -B crystal according to any one of claims 4 to 6, Wherein the framework comprises a crystalline TiO 2 -B structure.
제1항 또는 제3항에 기재된, 구조규칙적인 메조동공(ordered mesoporous)을 갖는 TiO2-B 결정 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된, 구조규칙적인 6방정계 채널들이 형성되어 있으면서 골격(framework)은 결정형인 TiO2-B 구조물을 함유하는 광촉매 존재하에 물로부터 수소를 제조하는 방법.
A TiO 2 -B crystal having an ordered mesoporous structure according to any one of claims 1 to 3 or a TiO 2 -B crystal according to any one of claims 4 to 6, while the scaffold (framework) is a process for producing hydrogen from water in the presence photocatalyst containing crystalline form of TiO 2 -B structure.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004103550A1 (en) * 2003-05-16 2004-12-02 Velocys Inc. Microchannel with internal fin support for catalyst or support medium
KR20140004939A (en) * 2012-07-03 2014-01-14 한국기계연구원 A fabrication method of porous particles comprising meso-macro pores
KR20150093527A (en) * 2014-02-07 2015-08-18 서강대학교산학협력단 Steam-assisted Facile Low-temperature Crystallization and Interconnection of metal oxide

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004103550A1 (en) * 2003-05-16 2004-12-02 Velocys Inc. Microchannel with internal fin support for catalyst or support medium
KR20140004939A (en) * 2012-07-03 2014-01-14 한국기계연구원 A fabrication method of porous particles comprising meso-macro pores
KR20150093527A (en) * 2014-02-07 2015-08-18 서강대학교산학협력단 Steam-assisted Facile Low-temperature Crystallization and Interconnection of metal oxide

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANGEW. CHEM. INT. ED. 2012, 51, 2164 ?2167 *
ANGEW. CHEM. INT. ED. 2012, 51, 2164 ?2167(2012.01.17.) 사본 1부. *
ANGEW. CHEM. INT. ED. 2012, 51, 2164 -2167*
RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS 11 (2007) 401?425 *
RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS 11 (2007) 401?425(2005.04.01.) 사본 1부. *
RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS 11 (2007) 401-425*
The Journal of Physical Chemistry, C 2014, 118, 3049-3055(2014.01.13.) *
The Journal of Physical Chemistry, C 2014, 118, 3049-3055(2014.01.13.) 사본 1부. *
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