KR102114846B1 - Photocatalytic filter and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에 실시예에 따른 광촉매 필터는 목표 피치 범위로 형성된 요철면을 구비하는 제1 광촉매층, 상기 요철면을 따라 제1 광촉매층 상에 배치되는 제2 광촉매층 및 제1 광촉매층과 제2 광촉매층 사이의 계면에 형성된 접합부를 포함한다. 여기서 제1 광촉매층은 자외선 영역의 광을 흡수하고, 제2 광촉매층은 가시광 영역 또는 적외선 영역의 광을 흡수하고, 접합부는 제1 광촉매층 및 제2 광촉매층에서 광여기에 의해 생성된 전자/정공을 서로 분리시킬 수 있다. The photocatalyst filter according to the embodiment of the present invention includes a first photocatalyst layer having an uneven surface formed in a target pitch range, a second photocatalyst layer disposed on the first photocatalyst layer along the uneven surface, and a first photocatalyst layer and a second And a junction formed at the interface between the photocatalyst layers. Here, the first photocatalyst layer absorbs light in the ultraviolet region, the second photocatalyst layer absorbs light in the visible region or the infrared region, and the junction part generates electrons generated by photoexcitation in the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer. Holes can be separated from each other.

Description

광촉매 필터 및 이의 제조방법{Photocatalytic filter and manufacturing method thereof}Photocatalytic filter and manufacturing method thereof

본 발명은 광촉매 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광촉매층을 복합체로 구성하여 접합부위에 에너지 밴드를 튜닝시켜 전자/정공을 효율적으로 분리함으로써 휘발성 유기화합물을 효율적으로 분해할 수 있는 광촉매 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photocatalyst filter and a method for manufacturing the same, and more specifically, a photocatalyst capable of efficiently decomposing a volatile organic compound by efficiently separating electrons / holes by tuning an energy band at a junction by forming a photocatalyst layer as a composite. It relates to a filter and a manufacturing method thereof.

화석자원의 고갈과 지구온난화로 인류 장래에 대한 우려가 팽배한 오늘날 인류에게 오염물질의 배출을 줄이고 대체에너지를 찾기 위한 노력이 절실히 요구되고 있다. 깨끗하고 무한하게 존재하는 태양에너지를 유용한 화학에너지로 전환시킴으로써 환경오염 문제를 해결하는 것이 인류의 후손들에게 물려줄 수 있는 가장 큰 유산일 수 있다. Today, with the depletion of fossil resources and global warming, there is an urgent need for efforts to reduce emissions of pollutants and find alternative energy to humans. Solving environmental pollution problems by converting clean and infinitely existing solar energy into useful chemical energy can be the greatest legacy that can be passed on to humanity's descendants.

더욱이 인간의 삶의 질이 향상됨에 따라, 인체에 무해한 소재의 사용 또는 유해 물질의 억제 또는 제거 방법에 관심이 집중되고 있으며, 국제 환경 규제 역시 휘발성 유기화합물의 배출량을 제한하고 있다Moreover, as the quality of life of humans improves, attention is focused on the use of materials that are harmless to humans or methods of suppressing or removing harmful substances, and international environmental regulations also limit the emission of volatile organic compounds.

여기서 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds; VOCs)이란 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물의 총칭이다. 상기한 휘발성 유기화합물(VOCs)는 비점(끊는 점)이 낮아서 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물로, 산업체에서 많이 사용하는 용매에서 화학 및 제약공장이나 플라스틱 건조공정에서 배출되는 유기가스에 이르기까지 매우 다양하며 끓는점이 낮은 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물 등 생활주변에서 흔히 사용하는 탄화수소류가 거의 해당될 수 있다. Here, volatile organic compounds (VOCs) are generic terms for liquid or gaseous organic compounds that are easily vaporized into the atmosphere due to high vapor pressure. The above-mentioned volatile organic compounds (VOCs) are liquid or gaseous organic compounds that evaporate easily into the atmosphere due to low boiling point (breaking point), and are used in organic gases emitted from chemical and pharmaceutical factories or plastic drying processes in solvents frequently used by industries. It is very diverse and has low boiling point, such as liquid fuels, paraffins, olefins, aromatic compounds, and hydrocarbons commonly used in everyday life.

휘발성 유기화합물(VOCs)는 대기 중에서 질소산화물(NOx)과 함께 광화학반응으로 오존 등 광화학산화제를 생성하여 광화학스모그를 유발하여 대기오염과 지구 온난화의 원인물질일 뿐만 아니라, 직접적으로 인간에게 백혈병, 중추신경장애 및 염색체 이상 등을 유발하며, 벤젠과 같은 물질은 발암성 물질로 인체에 매우 유해한 물질로 알려져 있다. Volatile organic compounds (VOCs) generate photochemical oxidants such as ozone through photochemical reactions with nitrogen oxides (NOx) in the atmosphere to induce photochemical smog, which is not only a source of air pollution and global warming, but also directly affects leukemia, the backbone of humans It causes neurological disorders and chromosomal abnormalities, and substances such as benzene are carcinogenic substances and are known to be very harmful to the human body.

주요 배출원으로는 유기용제사용시설, 도장시설, 세탁소, 저유소, 주유소 및 각종 운송수단의 배기가스 등의 인위적 배출원과 나무와 같은 자연적 배출원도 있을 수 있다.The main emission sources may include artificial solvent sources such as organic solvent use facilities, painting facilities, laundry facilities, low oil stations, gas stations, and various types of transportation, and natural sources such as trees.

특히, 건축자재, 생활용품, 자동차 소재 등 일상생활에 밀접한 주변 기기들로부터 발생되는 휘발성 유기화합물들은 건강에도 유해할 뿐만 아니라 제품에 대한 이미지도 하락시키는 원인이 될 수 있다. In particular, volatile organic compounds generated from peripheral devices closely related to daily life, such as construction materials, household goods, and automobile materials, may be harmful to health as well as cause a deterioration in the image of the product.

이에 휘발성 유기화합물의 감소 또는 저감시키기 위한 노력이 다양하게 연구되고 있다. 상기한 연구 중에서 대기와 물속의 공해물질을 줄이고 태양광 에너지를 이용하는 깨끗한 에너지원을 확보하기 위한 방법의 하나로 광촉매의 개발을 들 수 있다. Accordingly, various efforts have been made to reduce or reduce volatile organic compounds. Among the above-mentioned studies, development of a photocatalyst is one of the methods for reducing pollutants in the atmosphere and water and securing a clean energy source using solar energy.

광촉매 중에서 이산화티탄과 같은 천이금속 산화물의 분산계는 자외선에 의해 여기되면, 여기 상태에서 전하이동 착체를 형성하여 산소 마이너스 2가 이온으로부터 금속이온으로 전자가 이동, 여기상태에서 전자와 홀(hole)이 전자-홀 쌍을 형성할 수 있다. 상기한 전자-홀 쌍은 촉매로써 작용하여 NOx, N2, O2를 분해시키면서 유기 공해물질을 제거할 수 있다.In photocatalysts, the dispersion system of transition metal oxides such as titanium dioxide, when excited by ultraviolet rays, forms a charge transfer complex in the excited state, which moves electrons from the oxygen minus divalent ions to the metal ions, and in this excited state, electrons and holes Electron-hole pairs can be formed. The electron-hole pair can act as a catalyst to decompose NOx, N 2 and O 2 while removing organic pollutants.

여기서 이산화티탄은 자외선을 받을 경우, 활성산소를 발생하여 살균, 탈취, 포름알데히드 제거 등을 하지만, 자외선이 없는 환경에서 제대로 기능이 발휘되지 못하며, 유기물의 물성을 저하시키는 단점이 있다. Here, when titanium dioxide receives ultraviolet rays, it generates active oxygen to sterilize, deodorize, remove formaldehyde, etc., but does not function properly in an environment without ultraviolet rays and has a disadvantage of deteriorating physical properties of organic substances.

게다가 상기 이산화티탄은 태양광 에너지는 자외선이 대략 3% 정도이고, 태양광 에너지의 90%이상은 가시광선으로 이루어져 상기한 태양광 에너지를 이용하는 효율면에서 상당히 비효율적이다. In addition, the titanium dioxide has a solar energy that is about 3% of the ultraviolet rays, and 90% or more of the solar energy is made of visible light, which is considerably inefficient in terms of efficiency using the above-mentioned solar energy.

이에 높은 반응성과 선택성을 갖는 광촉매의 설계와 광촉매의 활성에 대한 연구 및 개발을 시도하고 있으나, 태양광 에너지의 전환 효율성면에서 만족할 만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다. In this regard, the design and development of photocatalysts with high reactivity and selectivity have been attempted and researched, but there are no satisfactory results in terms of conversion efficiency of solar energy.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광촉매층을 복합체로 구성하여 접합부위에 에너지 밴드를 튜닝시켜 전자/정공을 효율적으로 분리함으로써 휘발성 유기화합물을 효율적으로 분해할 수 있는 광촉매 필터 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a photocatalytic filter capable of efficiently decomposing volatile organic compounds by efficiently separating electrons / holes by tuning an energy band at a junction by forming a photocatalyst layer as a composite, and a method for manufacturing the same. .

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터는 목표 피치 범위로 형성된 요철면을 구비하는 제1 광촉매층, 상기 요철면을 따라 상기 제1 광촉매층 상에 배치되는 제2 광촉매층 및 상기 제1 광촉매층과 상기 제2 광촉매층 사이의 계면에 형성된 접합부를 포함하고, 상기 제1 광촉매층은 자외선 영역의 광을 흡수하고, 상기 제2 광촉매층은 가시광 영역 또는 적외선 영역의 광을 흡수하고, 상기 접합부는 상기 제1 광촉매층 및 상기 제2 광촉매층에서 광여기에 의해 생성된 전자/정공을 서로 분리시킨다. In order to achieve the above technical problem, the photocatalyst filter according to the embodiment of the present invention includes a first photocatalyst layer having an uneven surface formed in a target pitch range, and a second photocatalyst disposed on the first photocatalyst layer along the uneven surface A layer and a junction formed at an interface between the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer, wherein the first photocatalyst layer absorbs light in the ultraviolet region, and the second photocatalyst layer is light in the visible or infrared region. , And the junction separates electrons / holes generated by photoexcitation from the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer.

상기 제1 광촉매층은 자외선 영역의 광을 흡수하는 산화티타늄 계열로 형성될 수 있다. The first photocatalyst layer may be formed of a titanium oxide-based absorbing light in the ultraviolet region.

상기 제1 광촉매층의 요철면의 목표 피치는 10nm 내지 100nm 범위로 형성될 수 있다. The target pitch of the uneven surface of the first photocatalyst layer may be formed in a range of 10nm to 100nm.

상기 제1 광촉매층은 종횡비(aspect ratio)가 100:1 범위인 나노튜브로 형성될 수 있다. The first photocatalyst layer may be formed of nanotubes having an aspect ratio of 100: 1.

상기 나노 튜브의 지름은 50nm 내지 80nm로 형성될 수 있고, 길이는 5 ㎛ 내지 8 ㎛로 형성될 수 있다.The diameter of the nanotube may be formed from 50nm to 80nm, and the length may be formed from 5㎛ to 8㎛.

상기 제2 광촉매층은 상기 요철면을 따라 상기 제1 광촉매층 상에 원자 단위로 형성될 수 있다. The second photocatalyst layer may be formed on the first photocatalyst layer in atomic units along the uneven surface.

상기 제2 광촉매층은 가시광 영역 또는 적외선 영역의 광을 흡수할 수 있는 오산화바나듐(V2O5)으로 형성될 수 있다. The second photocatalyst layer may be formed of vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) capable of absorbing light in the visible or infrared region.

상기 접합부(300)에는 에너지띠가 휘는 띠굽음(band bending)이 발생될 수 있다. A band bending in which an energy band is bent may be generated in the junction part 300.

상기 접합부는 상기 제1 광촉매층 및 상기 제2 광촉매층의 광여기에 의해 생성된 전자/정공을 서로 분리시켜 재결합을 최소화시킬 수 있다. The junction may minimize recombination by separating electrons / holes generated by photoexcitation of the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer from each other.

상기 생성된 전자는 상기 제1 광촉매층 방향으로 이동되고, 상기 생성된 정공은 상기 제2 광촉매층 방향으로 이동될 수 있다. The generated electrons may move in the direction of the first photocatalyst layer, and the generated holes may move in the direction of the second photocatalyst layer.

상기 제2 광촉매층은 상기 제1 광촉매층 상에 5 내지 20nm의 두께로 형성될 수 있다. The second photocatalyst layer may be formed on the first photocatalyst layer to a thickness of 5 to 20 nm.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광촉매 필터의 제조방법은 기판을 폴리싱하고 상기 기판을 애노다이징하여 제1 애노다이징 기판을 형성하는 단계, 상기 제1 애노다이징 기판을 에칭하여 에칭기판을 형성하는 단계, 상기 에칭기판를 애노다이징하여 제2 애노다이징 기판을 형성하는 단계, 상기 제2 애노다이징 기판의 기공을 넓혀 요철면을 구비한 제1 광촉매층을 형성하는 단계 및 상기 요철면을 따라 상기 제1 광촉매층 상에 원자층 증착법(atomic layer deposition: ALD)으로 제2 광촉매층을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a photocatalyst filter according to another embodiment of the present invention includes polishing a substrate and anodizing the substrate to form a first anodizing substrate, the first anodizing Etching a substrate to form an etching substrate, anodizing the etching substrate to form a second anodizing substrate, widening the pores of the second anodizing substrate to form a first photocatalyst layer having an uneven surface And forming a second photocatalyst layer by atomic layer deposition (ALD) on the first photocatalyst layer along the uneven surface.

여기서 상기 제1 광촉매층과 상기 제2 광촉매층 사이의 계면에 형성되는 접합부는 상기 제1 광촉매층 및 상기 제2 광촉매층에서 광여기에 의해 생성된 전자/정공 쌍을 상기 계면을 따라 서로 반대 방향으로 분리시키며 상기 전자/정공의 재결합을 최소화시킬 수 있다. Here, the junction formed at the interface between the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer rotates electron / hole pairs generated by photoexcitation in the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer in opposite directions along the interface. It can be separated and minimize the recombination of the electrons / holes.

상기 제2 광촉매층은 상기 요철면을 따라 상기 제1 광촉매층 상에 원자 단위로 증착될 수 있다.The second photocatalyst layer may be deposited atomically on the first photocatalyst layer along the uneven surface.

상기 제2 광촉매층은 상기 제1 광촉매층 상에 5 내지 20nm의 두께로 형성될 수 있다. The second photocatalyst layer may be formed on the first photocatalyst layer to a thickness of 5 to 20 nm.

상기 제1 광촉매층은 자외선 영역의 광을 흡수하고, 상기 제2 광촉매층은 가시광 영역 또는 적외선 영역의 광을 흡수할 수 있다. The first photocatalyst layer may absorb light in the ultraviolet region, and the second photocatalyst layer may absorb light in the visible region or the infrared region.

상기 제2 애노다이징 기판을 기공을 넓혀 요철면을 구비한 제1 광촉매층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 제2 애노다이징 기판에 제공되는 인가 전압을 조절하여 상기 기공의 형상을 제어함으로써 상기 요철면의 크기를 제어할 수 있다. In the step of forming a first photocatalyst layer having a concavo-convex surface by widening the second anodizing substrate, controlling the shape of the pores by controlling the applied voltage provided to the second anodizing substrate The size of the uneven surface can be controlled.

상기 요철면은 10nm 내지 100nm 범위로 목표 피치를 갖도록 형성될 수 있다. The uneven surface may be formed to have a target pitch in the range of 10nm to 100nm.

본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터 및 이의 제조방법은 광촉매층을 복합체로 구성하여 접합부위에 에너지 밴드를 튜닝시켜 전자/정공을 효율적으로 분리함으로써 휘발성 유기화합물을 효율적으로 분해할 수 있는 효과가 있다. The photocatalyst filter and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention have an effect of efficiently decomposing volatile organic compounds by efficiently separating electrons / holes by tuning an energy band at a junction by forming a photocatalyst layer as a composite.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터 및 이의 제조방법은 제1 광촉매층을 나노튜브 형상의 나노 구조로 합성하여 비표면적을 증대시켜 휘발성 유기화합물(VOC)의 제거율이 향상될 수 있는 효과가 있다. In addition, the photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same have the effect that the removal rate of volatile organic compounds (VOC) can be improved by synthesizing the first photocatalyst layer into a nanotube-shaped nanostructure to increase the specific surface area. have.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터의 제1 광촉매층을 촬상한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터를 촬상한 TEM(transmission electron microscope) 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터의 접합부의 에너지 밴드를 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터의 시간에 따른 RhB 농도 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터의 제조방법을 도시한 순서도이다.1 is a cross-sectional view showing a photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of a first photocatalyst layer of a photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention.
3 is a TEM (transmission electron microscope) picture of a photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing the energy band of the junction of the photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a change in RhB concentration over time in a photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected (connected, contacted, coupled)" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "It also includes the case where it is. Also, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further provided instead of excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터의 제1 광촉매층을 촬상한 사진이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터를 촬상한 TEM(transmission electron microscope) 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터의 접합부의 에너지 밴드를 도시한 모식도이다. 1 is a cross-sectional view showing a photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a photograph of a first photocatalyst layer of the photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an embodiment of the present invention It is a TEM (transmission electron microscope) photograph of the photocatalyst filter according to the, Figure 4 is a schematic diagram showing the energy band of the junction of the photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)는 제1 광촉매층(100), 제2 광촉매층(200) 및 상기 제1 광촉매층(100)과 제2 광촉매층(200) 사이의 계면에 형성된 접합부(300)를 포함한다. 1, the photocatalyst filter 10 according to an embodiment of the present invention includes a first photocatalyst layer 100, a second photocatalyst layer 200 and the first photocatalyst layer 100 and the second photocatalyst layer 200 ) It includes a junction portion 300 formed at the interface.

본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)는 광반응을 가속시키는 촉매(catalyst of photoreactions)로 사용될 수 있어 빛을 흡수하여 광촉매 기능을 발휘할 수 있다. The photocatalyst filter 10 according to an embodiment of the present invention can be used as a catalyst to accelerate photoreaction (catalyst of photoreactions), thereby absorbing light to exert a photocatalytic function.

광촉매 필터(10)는 촉매로서의 조건을 만족시킬 수 있다. 다시 말해, 광촉매 필터(10)는 반응에 직접 참여하여 소모되지 않고, 광반응 과정에 다른 메커니즘 경로를 제공하여 반응속도를 가속시킬 수 있다. The photocatalyst filter 10 can satisfy the conditions as a catalyst. In other words, the photocatalytic filter 10 is not consumed by directly participating in the reaction, and can accelerate the reaction rate by providing a different mechanism path to the photoreaction process.

본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)는 제1 광촉매층(100)과 제2 광촉매층(200)을 구비하여 자외선, 적외선 및 가시광선을 포함하는 태양광을 흡수하여 표면에서 전자와 정공이 생성될 수 있고, 이들 활성종(전자, 전공)을 이용하여 유해물질을 분해시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)는 제1 광촉매층(100)과 제2 광촉매층(200)을 통해 태양광 에너지 중 적외선, 자외선 및 가시광선을 흡수하여 흡수효율을 향상시킬 수 있다. The photocatalyst filter 10 according to an embodiment of the present invention includes a first photocatalyst layer 100 and a second photocatalyst layer 200 to absorb sunlight, including ultraviolet rays, infrared rays, and visible rays, thereby absorbing electrons and holes from the surface. This can be generated and can decompose harmful substances using these active species (electrons, majors). That is, the photocatalyst filter 10 according to the embodiment of the present invention absorbs infrared rays, ultraviolet rays, and visible rays among solar energy through the first photocatalyst layer 100 and the second photocatalyst layer 200 to improve absorption efficiency. Can be.

제1 광촉매층(100)은 자외선 영역의 광을 흡수할 수 있는 산화티타늄(TiO2)으로 형성될 수 있다. The first photocatalyst layer 100 may be formed of titanium oxide (TiO 2 ) capable of absorbing light in the ultraviolet region.

여기서 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 광촉매층(100)은 적어도 일 표면에 요철면(150)을 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 용이한 설명을 위해 기판 형상의 일 표면에 요철면(150)이 형성된 형상을 도시하였으나 이에 한정하는 것은 아니며, 제1 광촉매층(100)은 나노튜브 형상으로 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, the first photocatalyst layer 100 may include an uneven surface 150 on at least one surface. In this embodiment, for the sake of easy description, a shape in which the uneven surface 150 is formed on one surface of the substrate shape is not limited thereto, and the first photocatalyst layer 100 may be formed in a nanotube shape.

제1 광촉매층(100)의 요철면(150)은 목표 피치(P) 범위로 형성될 수 있다. 상기 목표 피치(P)는 10nm 내지 100nm 범위로 형성될 수 있다. The uneven surface 150 of the first photocatalyst layer 100 may be formed in a target pitch (P) range. The target pitch P may be formed in a range of 10 nm to 100 nm.

상기 제1 광촉매층(100)은 나노 튜브로 형성될 수 있다. 나노 튜브의 종횡비(aspect ratio)가 100:1 범위일 수 있다. 여기서 나노 튜브의 지름은 50nm 내지 80nm로 형성될 수 있고, 길이는 5 ㎛ 내지 8 ㎛로 형성될 수 있다. The first photocatalyst layer 100 may be formed of nanotubes. The aspect ratio of the nanotubes may range from 100: 1. Here, the diameter of the nanotube may be formed from 50 nm to 80 nm, and the length may be formed from 5 μm to 8 μm.

그리고 도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)는 상기 요철면(150)을 따라 제1 광촉매층(100) 상에 배치된 제2 광촉매층(200)을 구비할 수 있다. 1 and 3, the photocatalyst filter 10 according to the embodiment of the present invention includes the second photocatalyst layer 200 disposed on the first photocatalyst layer 100 along the uneven surface 150. It can be provided.

제2 광촉매층(200)은 가시광 영역 또는 적외선 영역의 광을 흡수할 수 있는 오산화바나듐(V2O5)으로 형성될 수 있다. 여기서 제2 광촉매층(200)은 상기 요철면(150)의 표면을 따라 원자 단위로 증착될 수 있다. The second photocatalyst layer 200 may be formed of vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) capable of absorbing light in the visible or infrared region. Here, the second photocatalyst layer 200 may be deposited in atomic units along the surface of the uneven surface 150.

그리고 도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)는 상기 제1 광촉매층(100)과 제2 광촉매층(200) 사이의 계면에 형성된 접합부(300)를 형성할 수 있다. 1 and 4, the photocatalyst filter 10 according to an embodiment of the present invention forms a junction 300 formed at an interface between the first photocatalyst layer 100 and the second photocatalyst layer 200. can do.

여기서 제1 광촉매층(100)은 광전극으로써의 역할을 할 수 있으며, 제2 광촉매층(200)은 상대전극으로써의 역할을 할 수 있다. Here, the first photocatalyst layer 100 may serve as a photoelectrode, and the second photocatalyst layer 200 may serve as a counter electrode.

상기 제1 광촉매층(100)과 제2 광촉매층(200) 사이의 계면에서 전하이동의 평형을 이루기 위하여 전자전이가 발생될 수 있고, 이 결과 상기 접합부(300) 내의 에너지띠가 휘는 띠굽음(band bending)이 발생할 수 있다. At the interface between the first photocatalyst layer 100 and the second photocatalyst layer 200, electron transfer may be generated to achieve balance of charge transfer, and as a result, the band of energy band in the junction 300 is bent ( band bending) may occur.

상기 에너지띠의 띠굽음은 표면부분 즉, 상기 접합부(300)에 형성될 수 있는 공간 전하층(space charge layer)에만 국한될 수 있고, 제1 광촉매층(100)의 광흡수 또한 주로 광투과 깊이 이내의 표면부분인 접합부(300)에서 발생할 수 있다.The band bend of the energy band may be limited only to a surface portion, that is, a space charge layer that can be formed on the junction part 300, and light absorption of the first photocatalyst layer 100 is also mainly light transmission depth. It may occur in the bonding portion 300, the surface portion within.

따라서 제1 광촉매층(100) 및 상기 제2 광촉매층(200)의 광여기에 의해 생성된 전자/정공 쌍은 상기 계면에 형성된 접합부(300)를 따라 서로 반대 방향으로 분리될 수 있다. Accordingly, electron / hole pairs generated by photoexcitation of the first photocatalyst layer 100 and the second photocatalyst layer 200 may be separated in opposite directions along the junction 300 formed at the interface.

구체적으로 상기 생성된 전자는 제1 광촉매층(100) 내부 방향으로 이동될 수 있고, 상기 생성된 정공은 제2 광촉매층(200) 내부 방향으로 이동될 수 있다. 이 결과 상기 접합부(300)는 상기 전자/정공의 재결합을 최소화시킬 수 있다.Specifically, the generated electrons may be moved in the inner direction of the first photocatalyst layer 100, and the generated holes may be moved in the inner direction of the second photocatalyst layer 200. As a result, the junction 300 can minimize recombination of the electrons / holes.

다시 말해, 상기 에너지띠의 띠굽음은 빛에너지의 전환 효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 광촉매층(200)의 계면으로 이동한 상기 정공은 휘발성 유기화합물(VOC)의 전자주개 분자(Donor)와 반응하여 산화반응을 발생시킬 수 있다. 그리고 제1 광촉매층(100)로 이동한 상기 전자는 상기 접합부(300)를 지나 제2 광촉매층(200)에서 전자받개 분자(Acceptor)와 환원반응을 일으킬 수 있다.In other words, the band bending of the energy band can improve the conversion efficiency of light energy. Specifically, the holes moved to the interface of the second photocatalyst layer 200 may react with an electron donor molecule (VOnor) of a volatile organic compound (VOC) to generate an oxidation reaction. In addition, the electrons moved to the first photocatalytic layer 100 may pass through the junction 300 and cause a reduction reaction with an electron acceptor molecule in the second photocatalytic layer 200.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)는 광산화반응과 광환원반응이 각각 제1 광촉매층(100)과 제2 광촉매층(200)에서 분리되어 일어나므로 상기 휘발성 유기화합물의 분해가 용이하고, 효율이 향상되어 상기 휘발성 유기화합물을 효과적으로 저감시킬 수 있다. Therefore, in the photocatalyst filter 10 according to the embodiment of the present invention, the photo-oxidation reaction and the photoreduction reaction are separated from the first photocatalytic layer 100 and the second photocatalytic layer 200, respectively, and thus the decomposition of the volatile organic compound is easy. And the efficiency is improved, it is possible to effectively reduce the volatile organic compounds.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)는 광촉매층을 제1 광촉매층(100) 및 제2 광촉매층(200)을 구비하여 접합부(300)에 에너지 밴드를 튜닝시켜 전자/정공을 효율적으로 분리함으로써 휘발성 유기화합물을 효율적으로 분해할 수 있다. As described above, the photocatalyst filter 10 according to the embodiment of the present invention includes a photocatalyst layer having a first photocatalyst layer 100 and a second photocatalyst layer 200 to tune an energy band at the junction 300 to form electrons / holes. By efficiently separating, volatile organic compounds can be efficiently decomposed.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)은 제1 광촉매층(100)을 나노튜브 형상의 나노 구조로 합성하여 비표면적을 증대시켜 휘발성 유기화합물(VOC)의 제거율이 향상될 수 있다. In addition, the photocatalyst filter 10 according to an embodiment of the present invention may synthesize the first photocatalyst layer 100 into a nanotube-shaped nanostructure to increase the specific surface area, thereby improving the removal rate of volatile organic compounds (VOC). .

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터의 시간에 따른 RhB 농도 변화를 도시한 그래프이다. 5 is a graph showing a change in RhB concentration over time in a photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention.

여기서 도 5는 중복설명을 회피하고, 용이한 설명을 위해 도 1 내지 도 4를 인용하여 설명하기로 한다. Here, FIG. 5 avoids the overlapping description and will be described with reference to FIGS. 1 to 4 for easy description.

도 5를 참조하면, 로다늄 비(RhB)를 재료로 사용하여 흡광도를 측정하였다. 로다늄 비는 염색약에 사용되는 재료로써 물로 녹이면 분홍빛을 발생시킬 수 있다. 여기서 그래프에서 x축은 파장을 나타내며, 분홍 색상의 파장인 550nm에 피크가 형성된 것을 볼 수 있다. 여기서 로다늄 비(RhB) 수용액에 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)를 넣고 흡광도를 측정하였다. Referring to FIG. 5, absorbance was measured using a rhodium ratio (RhB) as a material. Rhodanium rain is a material used in dyes, and when dissolved with water, it may generate a pink color. Here, in the graph, the x-axis represents a wavelength, and a peak is formed at 550 nm, which is a pink color wavelength. Here, a photocatalyst filter 10 according to an embodiment of the present invention was put in an aqueous solution of rhodium (RhB), and absorbance was measured.

도 5를 참조하면, 로다늄 비(RhB) 수용액의 흡광도가 지속적으로 저하되는 것을 볼 수 있다. 흡광도가 저하된다는 것은 로다늄 비가 분해되어 흡수되는 광량이 저감됨을 나타낸다. 즉, 로다늄 비를 분해하여 흡수되는 광량이 저감되는 것은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)가 휘발성 유기화합물린 상기 로다늄 비를 효율적으로 분해하는 것으로 판단할 수 있다. Referring to Figure 5, it can be seen that the absorbance of the aqueous solution of rhodium (RhB) continuously decreases. A decrease in absorbance indicates that the amount of light absorbed by the decomposition of the rhodium content is reduced. That is, it is determined that the amount of light absorbed by decomposing the rhodium ratio is reduced, and the photocatalytic filter 10 according to the embodiment of the present invention effectively decomposes the rhodium ratio of volatile organic compounds.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)는 광촉매층을 제1 광촉매층(100) 및 제2 광촉매층(200)을 구비하여 접합부(300)에 에너지 밴드를 튜닝시켜 전자/정공을 효율적으로 분리함으로써 휘발성 유기화합물을 효율적으로 분해할 수 있다. As described above, the photocatalyst filter 10 according to the embodiment of the present invention includes a photocatalyst layer having a first photocatalyst layer 100 and a second photocatalyst layer 200 to tune an energy band at the junction 300 to form electrons / holes. By efficiently separating, volatile organic compounds can be efficiently decomposed.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)은 제1 광촉매층(100)을 나노튜브 형상의 나노 구조로 합성하여 비표면적을 증대시켜 휘발성 유기화합물(VOC)의 제거율이 향상될 수 있다. In addition, the photocatalyst filter 10 according to an embodiment of the present invention may synthesize the first photocatalyst layer 100 into a nanotube-shaped nanostructure to increase the specific surface area, thereby improving the removal rate of volatile organic compounds (VOC). .

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터의 제조방법을 도시한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a photocatalyst filter according to an embodiment of the present invention.

여기서 도 6은 중복 설명을 회피하고 용이한 설명을 위해 도 1 내지 도 5를 인용하여 설명하기로 한다.Here, FIG. 6 will be described with reference to FIGS. 1 to 5 for avoiding duplicate description and for easy description.

도 6을 참조하면, 기판을 폴리싱하고 상기 기판을 애노다이징하여 제1 애노다이징 기판을 형성하는 단계(S100), 상기 제1 애노다이징 기판을 에칭하여 에칭기판를 형성하는 단계(S200), 상기 에칭기판을 애노다이징하여 제2 애노다이징 기판을 형성하는 단계(S300), 상기 제2 애노다이징 기판의 기공을 넓혀 요철면을 구비한 제1 광촉매층을 형성하는 단계(S400) 및 상기 요철면을 따라 상기 제1 광촉매층(100) 상에 원자층 증착법(atomic layer deposition: ALD)으로 제2 광촉매층(200)을 형성하는 단계(S500)를 포함한다. Referring to FIG. 6, polishing the substrate and anodizing the substrate to form a first anodizing substrate (S100), etching the first anodizing substrate to form an etching substrate (S200), Anodizing the etching substrate to form a second anodizing substrate (S300), and widening the pores of the second anodizing substrate to form a first photocatalyst layer having an uneven surface (S400) and And forming a second photocatalyst layer 200 by atomic layer deposition (ALD) on the first photocatalyst layer 100 along the uneven surface (S500).

여기서 상기 제1 광촉매층(100)과 상기 제2 광촉매층(200) 사이의 계면에 형성되는 접합부(300)는 상기 제1 광촉매층(100) 및 상기 제2 광촉매층(200)에서 광여기에 의해 생성된 전자/정공 쌍을 상기 계면을 따라 서로 반대 방향으로 분리시키며 상기 전자/정공의 재결합을 최소화시킬 수 있다. Here, the junction portion 300 formed at the interface between the first photocatalyst layer 100 and the second photocatalyst layer 200 is photoexcited in the first photocatalyst layer 100 and the second photocatalyst layer 200. The electron / hole pairs generated by the electrons can be separated in opposite directions along the interface and the recombination of the electrons / holes can be minimized.

그리고, 상기 제1 광촉매층(100)은 자외선 영역의 광을 흡수할 수 있고, 상기 제2 광촉매층(200)은 가시광 영역 또는 적외선 영역의 광을 흡수할 수 있다. In addition, the first photocatalyst layer 100 may absorb light in the ultraviolet region, and the second photocatalyst layer 200 may absorb light in the visible region or the infrared region.

그리고 제2 광촉매층(200)은 원자층 증착법(atomic layer deposition: ALD)으로 상기 제1 광촉매층 상에 5 내지 20nm의 두께로 척층될 수 있다. In addition, the second photocatalyst layer 200 may be chucked to a thickness of 5 to 20 nm on the first photocatalyst layer by atomic layer deposition (ALD).

기판을 폴리싱하고 상기 기판을 애노다이징하여 제1 애노다이징 기판을 형성하는 단계(S100)에 있어서, 상기 기판은 이산화티탄늄일 수 있다. In step S100 of polishing a substrate and anodizing the substrate to form a first anodized substrate, the substrate may be titanium dioxide.

상기 제1 애노다이징 기판을 에칭하여 에칭기판를 형성하는 단계(S200)에 있어서, 이산화티타늄은 그 표면이 매끄럽지 못하여 제1 애노다이징을 실시하면 방향성이 없이 산화막이 형성될 수 있다. In the step of forming the etching substrate by etching the first anodizing substrate (S200), when the first anodizing is performed because the surface of titanium dioxide is not smooth, an oxide film may be formed without direction.

이에, 상기 제1 애노다이징 기판을 에칭하여 일정한 방향성을 갖도록 에칭기판를 형성할 수 있다. 여기서 방향은 기판의 상부 방향 즉, 수직성을 갖도록 상기 에칭기판을 형성할 수 있다. Accordingly, the first anodizing substrate may be etched to form an etching substrate to have a certain directionality. Here, the direction may form the etching substrate to have a vertical direction, that is, an upper direction of the substrate.

상일정 방향을 갖도록 형성된 상기 상기 에칭기판을 애노다이징하여 제2 애노다이징 기판을 형성하는 단계(S300)를 실시한다. 여기서 일정 방향성을 가진 에칭기판 상에 애노다이징을 실시함에 따라 제2 애노다이징 기판은 일정한 방향성을 갖는 산화막이 형성될 수 있다.The step (S300) of forming the second anodizing substrate is performed by anodizing the etching substrate formed to have an image constant direction. Here, as the anodizing is performed on the etching substrate having a certain directionality, an oxide film having a certain directionality may be formed on the second anodizing substrate.

다음으로 상기 제2 애노다이징 기판의 기공을 넓혀 요철면(150)을 구비한 제1 광촉매층(100)을 형성하는 단계(S400)를 실시한다. 여기서 상기 제2 애노다이징 기판의 기공을 넓히는 과정은 제2 애노다이징 기판에 제공되는 인가 전압을 조절하여 기공의 형상(크기)를 제어할 수 있다. 이와 같이, 기공의 형상을 제어하여 상기 요철면의 크기를 제어할 수 있다. 여기서 상기 요철면(150)은 10nm 내지 100nm 범위로 목표 피치를 갖도록 형성할 수 있다. Next, a step (S400) of forming a first photocatalyst layer 100 having an uneven surface 150 by expanding pores of the second anodizing substrate is performed. Here, in the process of widening the pores of the second anodizing substrate, the shape (size) of the pores can be controlled by adjusting the applied voltage provided to the second anodizing substrate. In this way, the size of the uneven surface can be controlled by controlling the shape of the pores. Here, the uneven surface 150 may be formed to have a target pitch in the range of 10nm to 100nm.

상기 요철면을 따라 상기 제1 광촉매층(100) 상에 원자층 증착법(atomic layer deposition: ALD)으로 제2 광촉매층(200)을 형성하는 단계(S500)를 실시한다. 여기서 상기 제2 광촉매층(200)은 상기 제1 광촉매층(100) 상에 5 내지 20nm의 두께로 형성될 수 있다. A step (S500) of forming a second photocatalytic layer 200 by atomic layer deposition (ALD) is performed on the first photocatalyst layer 100 along the uneven surface. Here, the second photocatalyst layer 200 may be formed on the first photocatalyst layer 100 to a thickness of 5 to 20 nm.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)의 제조방법은 제1 광촉매층(100)을 요철부 형상 또는 나노튜브 형상의 나노 구조로 합성하여 비표면적을 증대시켜 휘발성 유기화합물(VOC)의 제거율이 향상될 수 있다. As described above, the method of manufacturing the photocatalyst filter 10 according to the embodiment of the present invention synthesizes the first photocatalyst layer 100 into a nanostructure having a concave-convex shape or a nanotube shape to increase specific surface area to increase volatile organic compounds (VOC) ) Can be improved.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필터(10)의 제조방법은 광촉매층을 제1 광촉매층(100) 및 제2 광촉매층(200)을 구비하여 접합부(300)에 에너지 밴드를 튜닝시켜 전자/정공을 효율적으로 분리함으로써 휘발성 유기화합물을 효율적으로 분해할 수 있다. In addition, the manufacturing method of the photocatalyst filter 10 according to an embodiment of the present invention includes a photocatalyst layer having a first photocatalyst layer 100 and a second photocatalyst layer 200 to tune the energy band to the junction 300 to generate electrons. / By separating holes efficiently, volatile organic compounds can be decomposed efficiently.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration only, and those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all modifications or variations derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention.

10: 광촉매 필터
100: 제1 광촉매층
150: 요철면
200: 제2 광촉매층
300: 접합부
P: 피치 10: photocatalyst filter
100: first photocatalyst layer
150: irregular surface
200: second photocatalyst layer
300: junction
P: pitch

Claims (17)

목표 피치 범위로 형성된 요철면을 구비하는 제1 광촉매층;
상기 요철면을 따라 상기 제1 광촉매층 상에 배치되는 제2 광촉매층; 및
상기 제1 광촉매층과 상기 제2 광촉매층 사이의 계면에 형성된 접합부; 를 포함하고,
상기 제1 광촉매층은 자외선 영역의 광을 흡수하고,
상기 제2 광촉매층은 가시광 영역 또는 적외선 영역의 광을 흡수하고,
상기 접합부는 상기 제1 광촉매층 및 상기 제2 광촉매층에서 광여기에 의해 생성된 전자/정공을 서로 분리시키는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 광촉매층은 자외선 영역의 광을 흡수하는 산화티타늄 계열로 형성되는 것을 특징으로 하고,
상기 제2 광촉매층은 상기 요철면을 따라 상기 제1 광촉매층 상에 원자 단위로 형성되는 것을 특징으로 하고,
상기 제2 광촉매층은 상기 제1 광촉매층 상에 5 내지 20nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하고,
상기 제2 광촉매층은 가시광 영역 또는 적외선 영역의 광을 흡수할 수 있는 오산화바나듐(V2O5)으로 형성되는 것을 특징으로 하고,
상기 접합부에는 에너지띠가 휘는 띠굽음(band bending)이 발생되는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 광촉매층은 나노튜브로 형성되는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터. A first photocatalyst layer having an uneven surface formed in a target pitch range;
A second photocatalyst layer disposed on the first photocatalyst layer along the uneven surface; And
A junction formed at an interface between the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer; Including,
The first photocatalyst layer absorbs light in the ultraviolet region,
The second photocatalyst layer absorbs light in the visible or infrared region,
The junction is characterized in that to separate the electrons / holes generated by photoexcitation from the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer,
The first photocatalyst layer is characterized in that it is formed of a titanium oxide-based absorbing light in the ultraviolet region,
The second photocatalyst layer is characterized in that it is formed on the first photocatalyst layer in atomic units along the uneven surface,
The second photocatalyst layer is characterized in that formed on the first photocatalyst layer to a thickness of 5 to 20nm,
The second photocatalyst layer is characterized by being formed of vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) capable of absorbing light in the visible or infrared region,
It characterized in that the band bending of the energy band is bent (band bending) is generated in the junction,
The first photocatalyst layer is a photocatalyst filter, characterized in that formed of nanotubes. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제1 광촉매층의 요철면의 목표 피치는 10nm 내지 100nm 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터. According to claim 1,
The target pitch of the uneven surface of the first photocatalyst layer is 10nm to 100nm photocatalyst filter, characterized in that formed in the range. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 나노 튜브의 지름은 50nm 내지 80nm로 형성될 수 있고, 길이는 5 ㎛ 내지 8 ㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터. According to claim 1,
The diameter of the nanotube may be formed of 50nm to 80nm, the length of the photocatalyst filter, characterized in that formed to 5㎛ to 8㎛. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 접합부는 상기 제1 광촉매층 및 상기 제2 광촉매층의 광여기에 의해 생성된 전자/정공을 서로 분리시켜 재결합을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터. According to claim 1,
The junction is a photocatalyst filter, characterized in that to separate the electrons / holes generated by the photo excitation of the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer from each other to minimize recombination. 제 9항에 있어서,
상기 생성된 전자는 상기 제1 광촉매층 방향으로 이동되고, 상기 생성된 정공은 상기 제2 광촉매층 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터. The method of claim 9,
The generated electrons are moved in the direction of the first photocatalyst layer, and the generated holes are moved in the direction of the second photocatalyst layer. 삭제delete 기판을 폴리싱하고 상기 기판을 애노다이징하여 제1 애노다이징 기판을 형성하는 단계;
상기 제1 애노다이징 기판을 에칭하여 에칭기판을 형성하는 단계;
상기 에칭기판를 애노다이징하여 제2 애노다이징 기판을 형성하는 단계;
상기 제2 애노다이징 기판의 기공을 넓혀 요철면을 구비한 제1 광촉매층을 형성하는 단계; 및
상기 요철면을 따라 상기 제1 광촉매층 상에 원자층 증착법(atomic layer deposition: ALD)으로 제2 광촉매층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제1 광촉매층과 상기 제2 광촉매층 사이의 계면에 형성되는 접합부는 상기 제1 광촉매층 및 상기 제2 광촉매층에서 광여기에 의해 생성된 전자/정공 쌍을 상기 계면을 따라 서로 반대 방향으로 분리시키며 상기 전자/정공의 재결합을 최소화시키는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 광촉매층은 자외선 영역의 광을 흡수하는 산화티타늄 계열로 형성되는 것을 특징으로 하고,
상기 제2 광촉매층을 형성하는 단계에서, 제2 광촉매층은 상기 요철면을 따라 상기 제1 광촉매층 상에 원자 단위로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 제2 광촉매층은 상기 제1 광촉매층 상에 5 내지 20nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 제2 광촉매층은 가시광 영역 또는 적외선 영역의 광을 흡수할 수 있는 오산화바나듐(V2O5)으로 형성되는 것을 특징으로 하고,
상기 접합부에는 에너지띠가 휘는 띠굽음(band bending)이 발생되는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터의 제조방법.Polishing the substrate and anodizing the substrate to form a first anodized substrate;
Etching the first anodizing substrate to form an etching substrate;
Forming a second anodized substrate by anodizing the etching substrate;
Widening the pores of the second anodizing substrate to form a first photocatalyst layer having an uneven surface; And
Forming a second photocatalyst layer by atomic layer deposition (ALD) on the first photocatalyst layer along the uneven surface,
The junction formed at the interface between the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer rotates electron / hole pairs generated by photoexcitation in the first photocatalyst layer and the second photocatalyst layer in opposite directions along the interface. Separating and minimizing recombination of the electrons / holes,
The first photocatalyst layer is characterized in that it is formed of a titanium oxide-based absorbing light in the ultraviolet region,
In the step of forming the second photocatalyst layer, the second photocatalyst layer is characterized in that formed on an atomic unit on the first photocatalyst layer along the uneven surface, the second photocatalyst layer is on the first photocatalyst layer It characterized in that it is formed to a thickness of 5 to 20nm, the second photocatalyst layer is characterized in that it is formed of vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) capable of absorbing light in the visible or infrared region,
A method of manufacturing a photocatalyst filter, characterized in that a band bending in which an energy band is bent is generated at the junction. 삭제delete 삭제delete 제 12항에 있어서,
상기 제1 광촉매층은 자외선 영역의 광을 흡수하고, 상기 제2 광촉매층은 가시광 영역 또는 적외선 영역의 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터의 제조방법. The method of claim 12,
The first photocatalyst layer absorbs light in the ultraviolet region, and the second photocatalyst layer absorbs light in the visible or infrared region. 제 12항에 있어서,
상기 제2 애노다이징 기판을 기공을 넓혀 요철면을 구비한 제1 광촉매층을 형성하는 단계에 있어서,
상기 제2 애노다이징 기판에 제공되는 인가 전압을 조절하여 상기 기공의 형상을 제어함으로써 상기 요철면의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터의 제조방법.The method of claim 12,
In the step of forming a first photocatalyst layer having a concave-convex surface by widening the second anodizing substrate,
A method of manufacturing a photocatalyst filter, wherein the size of the uneven surface is controlled by controlling the shape of the pores by adjusting an applied voltage provided to the second anodizing substrate. 제 12항에 있어서,
상기 요철면은 10nm 내지 100nm 범위로 목표 피치를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광촉매 필터의 제조방법. The method of claim 12,
The uneven surface is a method of manufacturing a photocatalyst filter, characterized in that formed to have a target pitch in the range of 10nm to 100nm.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001096154A (en) 1999-09-29 2001-04-10 Yamada Sangyo Kk Vanadium oxide/titania hybrid photocatalyst and its manufacturing method
JP2004130171A (en) 2002-10-09 2004-04-30 National Institute For Materials Science Nano-structure consisting of titania-based crystal formed on substrate, and its manufacturing method
JP2005211781A (en) 2004-01-29 2005-08-11 Noritake Co Ltd Photocatalytic filter, manufacturing method therefor, and photocatalytic treatment apparatus
JP2008221111A (en) 2007-03-12 2008-09-25 Bridgestone Corp Photocatalytic filter and its production method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100907467B1 (en) * 2006-12-21 2009-07-13 고려대학교 산학협력단 Method for preparing TiO2 photocatalyst using anodic aluminum oxide template and the TiO2 photocatalyst prepared by the method
KR101415531B1 (en) * 2011-09-02 2014-07-07 강릉원주대학교산학협력단 Manufacturing method of photocatalytic membrane
KR20140119334A (en) * 2013-03-29 2014-10-10 한국에너지기술연구원 Flat Type Photocatalytic Apparatus by Using Self-Grown Nanotubular TiO2 on Titanium Foil and Mesh Substrates

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001096154A (en) 1999-09-29 2001-04-10 Yamada Sangyo Kk Vanadium oxide/titania hybrid photocatalyst and its manufacturing method
JP2004130171A (en) 2002-10-09 2004-04-30 National Institute For Materials Science Nano-structure consisting of titania-based crystal formed on substrate, and its manufacturing method
JP2005211781A (en) 2004-01-29 2005-08-11 Noritake Co Ltd Photocatalytic filter, manufacturing method therefor, and photocatalytic treatment apparatus
JP2008221111A (en) 2007-03-12 2008-09-25 Bridgestone Corp Photocatalytic filter and its production method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Preparation of narrow band gap V2O5/TiO2 composite films by micro-arc oxidation, nternational Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, November 2012, Volume 19, Issue 11, pp 1045-1051*

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