KR102333766B1 - Porous surfur doped graphitic carbon nitride nanosheet for selective detection of silver ion and photocatalytic degradation of organic material and method of manufacturing same - Google Patents

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Abstract

다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트 및 그의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트는 은 이온(Ag+)을 선택적으로 검출할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명의 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트는 가시광선 하에서 유기물질을 광촉매 분해할 수 있는 효과가 있다.Disclosed are a porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet and a method for manufacturing the same. The porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet of the present invention has an effect of selectively detecting silver ions (Ag + ). In addition, the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet of the present invention has an effect of photocatalytic decomposition of organic materials under visible light.

Description

은이온의 선택적 검출 및 유기물질의 광촉매 분해에 사용하기 위한 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트 및 그의 제조방법{POROUS SURFUR DOPED GRAPHITIC CARBON NITRIDE NANOSHEET FOR SELECTIVE DETECTION OF SILVER ION AND PHOTOCATALYTIC DEGRADATION OF ORGANIC MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}POROUS SURFUR DOPED GRAPHITIC CARBON NITRIDE NANOSHEET FOR SELECTIVE DETECTION OF SILVER ION AND PHOTOCATALYTIC DEGRADATION OF ORGANIC MATERIAL AND METHOD MATERIAL OF MANUFACTURING SAME}

본 발명은 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 은 이온(Ag+)을 선택적으로 검출할 수 있고, 유기물질을 광촉매 분해할 수 있는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트에 관한 것이다.The present invention relates to a porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a porous sulfur-doping capable of selectively detecting silver ions (Ag + ) and photocatalytically decomposing an organic material. It relates to graphitized carbon nanosheets.

빠른 산업화로 인해 환경 오염이 크게 주목을 받고 있다. 지속적으로 방출되는 중금속 및 염료와 같은 독성 오염 물질은 살아있는 유기체에 심각한 위험을 야기한다. 따라서, 중금속 이온을 검출하고 수용액에서 염료를 제거할 수 있는 간단하고 신뢰할 수 있으며 효율적인 기술을 탐색하는 것이 시급하다.Due to rapid industrialization, environmental pollution is receiving a lot of attention. The continuously released toxic pollutants such as heavy metals and dyes pose a serious risk to living organisms. Therefore, it is urgent to explore simple, reliable and efficient techniques that can detect heavy metal ions and remove dyes from aqueous solutions.

은(Silver)은 열전도율이 높기 때문에 널리 사용되는 재료이다. 농업, 제약, 거울 및 식품과 같은 여러 산업에서 널리 사용하므로 매년 약 2,500 톤의 은이 환경으로 방출되고 있다. 은 이온(Ag+)은 몇몇 대사 산물 및 효소를 통해 결합할 수 있으며, 결과적으로 그들의 정상적인 기능을 방해하는 것으로 밝혀졌다. 오늘날 은은 수중 생물 및 공중 보건에 영향을 미치면서 전 세계적으로 가장 유해한 물질 중 하나로 간주된다. 따라서 Ag+을 선택적으로 인식할 수 있는 많은 분석법이 연구되었으나, 대부분 높은 비용, 긴 처리 시간 및 낮은 감도와 같은 문제점이 있다.Silver is a widely used material because of its high thermal conductivity. Due to its widespread use in several industries such as agriculture, pharmaceuticals, mirrors and food, approximately 2,500 tonnes of silver is released into the environment each year. It has been found that silver ions (Ag + ) can bind through several metabolites and enzymes, and consequently interfere with their normal function. Today, silver is considered one of the most hazardous substances worldwide, with effects on aquatic life and public health. Therefore, many analytical methods that can selectively recognize Ag + have been studied, but most have problems such as high cost, long processing time, and low sensitivity.

또한 중금속 이온 이외에도 염료는 지속적인 색상, 희석된 농도에서도 여전한 독성, 발암 가능성으로 인해 수중 환경에서 심각한 오염 물질이므로 태양광 조건에서 염료를 독성이 적은 분자(CO2, 미네랄 및 H2O)로 분해해야 할 필요성이 있다.Additionally, in addition to heavy metal ions, dyes are serious contaminants in the aquatic environment due to their persistent color, still toxicity at dilute concentrations, and carcinogenic potential, so under solar conditions, dyes must be broken down into less toxic molecules (CO 2 , minerals and H 2 O). there is a need to

본 발명의 목적은 은 이온(Ag+)을 선택적으로 검출할 수 있는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet capable of selectively detecting silver ions (Ag + ).

또한 본 발명의 목적은 가시광선 하에서 유기물질을 광촉매 분해할 수 있는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a porous sulfur-doped graphitized carbon nitride nanosheet capable of photocatalytic decomposition of an organic material under visible light and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기공(pin hole)을 갖고, 황-도핑 흑연질화탄소(Sulfur doped graphitic carbon nitride, S-doped g-C3N4)를 포함하는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet comprising a pore (pin hole) and sulfur-doped graphitic carbon nitride (S-doped gC 3 N 4 ) is provided. is provided

또한 상기 황-도핑 흑연질화탄소는 아래 구조식 1로 표시되는 구조를 포함할 수 있다.In addition, the sulfur-doped graphitized carbon may include a structure represented by Structural Formula 1 below.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure 112019132806161-pat00001
Figure 112019132806161-pat00001

또한 상기 기공의 크기(pore diameter)가 35 내지 45nm일 수 있다.In addition, the pore size (pore diameter) may be 35 to 45 nm.

또한 상기 기공의 부피(pore volume)가 0.5 내지 0.65cm3/g일 수 있다.Also, the pore volume may be 0.5 to 0.65 cm 3 /g.

또한 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트는 은이온(Ag+) 검출; 및 가시광선 하에서 유기물질 분해; 중에서 선택된 1종 이상에 사용하기 위한 것일 수 있다.In addition, the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet is silver ion (Ag + ) detection; and decomposition of organic matter under visible light; It may be for use in one or more selected from among.

또한 상기 유기물질이 염료이고, 상기 염료가 메틸렌 블루(methylene blue, MO), 메틸 오렌지(methyl orange, MO), 로다민 B(Rhodamine B) 및 말라카이트 그린(Malachite green)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the organic material is a dye, and the dye is one selected from the group consisting of methylene blue (MO), methyl orange (MO), rhodamine B (Rhodamine B) and malachite green (Malachite green). may include more than one.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (a) 우레아 및 티오우레아를 포함하는 혼합물을 분쇄하는 단계; 및 (b) 상기 분쇄된 혼합물을 열처리하여 황-도핑 흑연질화탄소를 포함하는 다공성 나노시트를 제조하는 단계;를 포함하는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) grinding a mixture comprising urea and thiourea; And (b) heat-treating the pulverized mixture to prepare a porous nanosheet including sulfur-doped graphitized carbon;

또한 상기 분쇄가 막자사발을 이용하여 수행될 수 있다.The grinding may also be performed using a mortar.

또한 단계 (b)의 열처리가 450 내지 600℃의 온도에서 수행될 수 있다.In addition, the heat treatment of step (b) may be performed at a temperature of 450 to 600 ℃.

또한 상기 혼합물이 우레아 100중량부에 대하여 티오우레아 200 내지 400중량부를 포함할 수 있다.In addition, the mixture may contain 200 to 400 parts by weight of thiourea based on 100 parts by weight of urea.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (1) 황-도핑 흑연질화탄소를 포함하는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 준비하는 단계; 및 (2) 은이온(Ag+) 및 유기물질 중 1종 이상을 포함하는 수용액에 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 투여하여 상기 수용액의 은이온 검출 및 유기물질의 광분해 중 1종 이상을 수행하는 단계;를 포함하는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트의 이중기능 수행방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (1) preparing a porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet comprising sulfur-doped graphitized carbon; and (2) silver ions (Ag + ) and at least one of silver ion detection and photolysis of organic materials by administering the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets to an aqueous solution containing at least one of silver ions (Ag + ) and an organic material. A method for performing a dual function of a porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet comprising the step of performing is provided.

또한 상기 은이온 검출이 Ag+, Co2+, In3+, Ca2+, Cd2+, Fe3+, Cu2+, Fe2+, K+, La3+, Mn2+, Na+, Hg2+, Pb2+, 및 Zn2+ 중에서 은이온(Ag+)을 선택적으로 검출할 수 있다.In addition, the silver ion detection is Ag + , Co 2+ , In 3+ , Ca 2+ , Cd 2+ , Fe 3+ , Cu 2+ , Fe 2+ , K + , La 3+ , Mn 2+ , Na + , Hg 2+ , Pb 2+ , and Zn 2+ silver ions (Ag + ) can be selectively detected.

또한 상기 단계 (2)가 은이온(Ag+)을 포함하는 수용액에 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 투여하여 상기 수용액의 은이온 검출을 수행하는 단계일 수 있다.Also, the step (2) may be a step of detecting silver ions in the aqueous solution by administering the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets to an aqueous solution containing silver ions (Ag + ).

또한 상기 단계 (2)가 (2-1) 은이온(Ag+)을 포함하는 수용액에 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 투여하는 단계; 및 (2-2) 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트가 투여된 수용액에 자외선 조사하여 상기 수용액의 은이온 검출을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the step (2) is (2-1) administering the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets to an aqueous solution containing silver ions (Ag + ); and (2-2) performing the detection of silver ions in the aqueous solution by irradiating ultraviolet rays to the aqueous solution to which the porous sulfur-doped graphitized carbon nitride nanosheets are administered.

또한 상기 단계 (2)가 (2-3) 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트가 투여된 수용액의 형광(fluorescence)을 분석하여 상기 수용액의 은이온 검출을 수행하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the step (2) may further include (2-3) performing silver ion detection of the aqueous solution by analyzing the fluorescence of the aqueous solution to which the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets are administered. can

또한 상기 은이온의 검출한계(Limit of detection, LOD)가 0.57nM일 수 있다.In addition, a limit of detection (LOD) of the silver ions may be 0.57 nM.

또한 상기 단계 (2)가 유기물질을 포함하는 수용액에 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 투여하여 상기 유기물질의 광분해를 수행하는 단계일 수 있다.In addition, the step (2) may be a step of performing photolysis of the organic material by administering the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets to an aqueous solution containing an organic material.

또한 상기 단계 (2)의 광분해가 가시광선을 사용해서 수행될 수 있다.In addition, the photolysis of step (2) may be performed using visible light.

또한 상기 단계 (2)가 은이온(Ag+) 및 유기물질을 포함하는 수용액에 상기 다공성 나노시트를 투여하여 상기 수용액의 은이온 검출 및 유기물질의 광분해를 동시에 수행하는 단계일 수 있다.Also, the step (2) may be a step of simultaneously performing silver ion detection and photolysis of the organic material by administering the porous nanosheet to an aqueous solution containing silver ions (Ag + ) and an organic material.

본 발명의 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트는 은 이온(Ag+)을 선택적으로 검출할 수 있는 효과가 있다.The porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet of the present invention has an effect of selectively detecting silver ions (Ag + ).

또한 본 발명의 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트는 가시광선 하에서 유기물질을 광촉매 분해할 수 있는 효과가 있다.In addition, the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet of the present invention has an effect of photocatalytic decomposition of organic materials under visible light.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4 및 비교예 1에 따라 제조된 g-C3N4의 XRD 분석 결과이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4의 TEM 이미지이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4의 질소 흡착-탈착 등온선이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4의 기공 크기 분포이다.
도 6은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4의 (a) C1s, (b) N1s, (c) O1s, (d) S2p의 고해상도 XPS 핵심 스펙트럼이다.
도 7은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 용액의 UV-vis 흡수, 광 발광(photoluminescence) 여기 및 방출 스펙트럼이고, 도 7에 삽입된 이미지는 상기 용액에 가시광선(좌) 및 UV 빛(365nm, 우)을 조사했을 때의 이미지이다.
도 8은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 다양한 여기 파장에서의 표준화된 형광 스펙트럼이다.
도 9는 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 300분 동안 365nm UV 광선에서 하에서 광표백(Photobleaching) 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 pH에 따른 PL 강도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 금속 이온을 첨가하지 않았을 때(blank)와 20μM 농도의 15가지의 서로 다른 금속 이온을 첨가했을 때 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 형광 특성을 보여주는 이미지이다.
도 12는 금속 이온을 첨가하지 않았을 때(blank)와 20μM 농도의 15가지의 서로 다른 금속 이온을 첨가했을 때 금속 이온을 첨가하지 않은 SCNPNS 수용액의 형광 강도(F0) 대비 금속 이온을 첨가한 SCNPNS 수용액의 형광 강도(F) F/F0를 나타낸 그래프이다.
도 13은 비교예 1에 따라 제조된 순수 g-C3N4의 Ag+ 감지 실험 결과이다.
도 14는 0~20μM 농도의 은 이온(Ag+)에 대한 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 형광 스펙트럼이다.
도 15는 0~20μM 농도의 은 이온(Ag+)에 대한 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 형광 강도 의존성을 보여주는 그래프이고, 도 15에 삽입된 그래프는 0~1μM 농도의 은 이온(Ag+)에 대한 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 형광 강도 의존성을 보여주는 그래프이다.
도 16은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4의 은 이온(Ag+) 감지 매커니즘을 나타낸 개략도이다.
도 17은 실시예 1에 따라 제조된 SCNPNS의 어둠 속에서의 광분해(photolysis)와 흡착(adsorption) 및 가시광선 하에서의 광촉매 활성(photodegradation)에 의한 MB 및 MO의 C/CO를 나타낸 그래프이다.
도 18은 가시광선 하에서 시간에 따른 MO의 흡광도(Absorbance)를 나타낸 그래프이다.
도 19는 가시광선 하에서 시간에 따른 MB의 흡광도(Absorbance)를 나타낸 그래프이다.
도 20은 MO 및 MB의 시간에 따른 ln(C0/C)을 나타낸 그래프이다.
도 21은 가시광선 하에서 실시예 1에 따라 제조된 SCNPNS의 MB 염료의 광촉매 분해 매커니즘을 나타낸 개략도이다.
1 is an XRD analysis result of gC 3 N 4 prepared according to Example 1 and gC 3 N 4 prepared according to Comparative Example 1 doped with sulfur atoms.
FIG. 2 is an FT-IR spectrum of gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1. FIG.
FIG. 3 is a TEM image of gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1. FIG.
4 is a nitrogen adsorption-desorption isotherm of sulfur atom-doped gC 3 N 4 prepared according to Example 1. FIG.
5 is a pore size distribution of gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1.
6 is a high-resolution XPS core spectrum of (a) C1s, (b) N1s, (c) O1s, and (d) S2p of gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1.
7 is a UV-vis absorption, photoluminescence excitation and emission spectrum of a solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1, and the image inserted in FIG. 7 is visible in the solution. It is an image when irradiated with light (left) and UV light (365 nm, right).
FIG. 8 is a normalized fluorescence spectrum at various excitation wavelengths of an aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1. FIG.
9 is a graph showing the photobleaching stability under 365 nm UV light for 300 minutes of an aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1.
10 is a graph showing the PL intensity according to the pH of the aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1.
11 is a fluorescence characteristic of an aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1 when no metal ions were added (blank) and when 15 different metal ions at a concentration of 20 μM were added. is an image showing
FIG. 12 shows the fluorescence intensity (F 0 ) of SCNPNS aqueous solution without metal ions added when no metal ions were added (blank) and when 15 different metal ions of 20 μM were added compared to SCNPNS with metal ions added. It is a graph showing the fluorescence intensity (F) F/F 0 of the aqueous solution.
13 is a result of Ag + detection experiment of pure gC 3 N 4 prepared according to Comparative Example 1.
14 is a fluorescence spectrum of an aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1 for silver ions (Ag + ) at a concentration of 0 to 20 μM.
15 is a graph showing the dependence of the fluorescence intensity of an aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1 on silver ions (Ag + ) at a concentration of 0 to 20 μM, and the graph inserted in FIG. 15 is a graph showing the dependence of fluorescence intensity of an aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1 on silver ions (Ag + ) at a concentration of 0 to 1 μM.
16 is a schematic diagram illustrating a silver ion (Ag+) sensing mechanism of gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1.
17 is a graph showing C/C O of MB and MO by photolysis and adsorption in the dark of SCNPNS prepared according to Example 1, and photocatalytic activity under visible light (photodegradation).
18 is a graph showing the absorbance of MO with time under visible light.
19 is a graph showing the absorbance (Absorbance) of MB according to time under visible light.
20 is a graph showing ln(C 0 /C) according to time of MO and MB.
21 is a schematic diagram showing a photocatalytic decomposition mechanism of MB dye of SCNPNS prepared according to Example 1 under visible light.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily carry out the present invention.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention in describing the present invention, the detailed description thereof will be omitted. .

본원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, element, or combination thereof described in the specification exists, but is one or more other features or It should be understood that the existence or addition of numbers, steps, acts, elements, or combinations thereof, is not precluded in advance.

먼저, 본 발명의 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트에 대해 설명하도록 한다.First, a porous sulfur-doped graphitized carbon nitride nanosheet of the present invention will be described.

본 발명은 기공(pin hole)을 갖고, 황 도핑 흑연질화탄소(Sulfur doped graphitic carbon nitride, S-doped g-C3N4)를 포함하는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 제공한다.The present invention has a pore (pin hole), sulfur doped graphitic carbon nitride (Sulfur doped graphitic carbon nitride, S-doped gC 3 N 4 ) It provides a porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet containing.

상기 황 도핑 흑연질화탄소는 아래 구조식 1로 표시되는 구조를 포함할 수 있다.The sulfur-doped graphitized carbon may include a structure represented by Structural Formula 1 below.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure 112019132806161-pat00002
Figure 112019132806161-pat00002

상기 기공의 크기(pore diameter)는 35 내지 45nm일 수 있다.The pore size (pore diameter) may be 35 to 45 nm.

상기 기공의 부피(pore volume)는 0.5 내지 0.65cm3/g일 수 있다.The pore volume may be 0.5 to 0.65 cm 3 /g.

상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트는 은이온(Ag+) 검출; 및 가시광선 하에서 유기물질 분해; 중에서 선택된 1종 이상에 사용하기 위한 것일 수 있다.The porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet is silver ion (Ag + ) detection; and decomposition of organic matter under visible light; It may be for use in one or more selected from among.

상기 유기물질은 페놀(Phenol)류 화합물, 의약품 (Acetaminophen, Ibuprofen, 5-fluorouracil 등) 및 염료로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The organic material may include at least one selected from the group consisting of phenolic compounds, pharmaceuticals (Acetaminophen, Ibuprofen, 5-fluorouracil, etc.) and dyes.

여기서 상기 페놀류 화합물로서 페놀 단위구조를 포함하는 유기물질로서 페놀, o-크레졸, m-크레졸, 또는 p-크레졸을 예로 들 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.Here, as the organic material including the phenol unit structure as the phenol compound, phenol, o-cresol, m-cresol, or p-cresol may be exemplified, but the present invention is not limited thereto.

상기 의약품으로서 아세트아미노펜(Acetaminophen), 이부프로펜(Ibuprofen), 또는 5-플루오로우라실(5-fluorouracil)을 예로 들 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the pharmaceutical include, but are not limited to, acetaminophen, ibuprofen, or 5-fluorouracil.

상기 염료로서 메틸렌 블루(methylene blue, MO), 메틸 오렌지(methyl orange, MO), 로다민 B(Rhodamine B) 또는 말라카이트 그린(Malachite green)을 예로 들 수 있으며 이에 한정되는 것을 아니다.Examples of the dye include methylene blue (MO), methyl orange (MO), rhodamine B (Rhodamine B), or malachite green, but is not limited thereto.

이하, 본 발명의 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a porous sulfur-doped graphitized carbon nitride nanosheet of the present invention will be described.

먼저, 우레아 및 티오우레아를 포함하는 혼합물을 분쇄한다(단계 a).First, a mixture comprising urea and thiourea is ground (step a).

상기 혼합물이 우레아 100중량부에 대하여 티오우레아 200 내지 400중량부를 포함할 수 있다. 티오우레아 중량부가 200 미만이면 황 도핑 함량이 적어 바람직하지 않고, 400을 초과하면 공극률(Porosity)이 떨어지기 때문에 바람직하지 않다.The mixture may contain 200 to 400 parts by weight of thiourea based on 100 parts by weight of urea. If the thiourea weight part is less than 200, the sulfur doping content is small, which is not preferable, and if it exceeds 400, it is not preferable because the porosity decreases.

마지막으로, 상기 분쇄된 혼합물을 열처리하여 황-도핑 흑연질화탄소를 포함하는 다공성 나노시트를 제조한다(단계 b).Finally, the pulverized mixture is heat-treated to prepare a porous nanosheet including sulfur-doped graphitized carbon (step b).

상기 분쇄는 막자사발을 이용하여 수행될 수 있다.The grinding may be performed using a mortar.

상기 열처리가 450 내지 600℃의 온도에서 수행될 수 있다. 열처리 온도가 450℃ 미만이면 황-도핑 흑연질화탄소가 형성되지 않아서 바람직하지 않고, 600℃를 초과하면 황-도핑 흑연질화탄소의 수율이 적고, 황-도핑 흑연질화탄소가 분해되서 바람직하지 않다. The heat treatment may be performed at a temperature of 450 to 600 °C. If the heat treatment temperature is less than 450° C., sulfur-doped graphitized carbon is not formed, which is not preferable, and when it exceeds 600° C., the yield of sulfur-doped graphitized carbon is low, and sulfur-doped graphitized carbon is decomposed, which is not preferable.

이하, 본 발명의 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트의 이중기능 수행방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for performing dual functions of the porous sulfur-doped graphitized carbon nitride nanosheet of the present invention will be described.

먼저, 황-원자 도핑 흑연질화탄소를 포함하는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 준비한다(단계 1).First, a porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet containing sulfur-atom-doped graphitized carbon is prepared (step 1).

마지막으로, 은이온(AgFinally, silver ions (Ag ++ ) 및 유기물질 중 1종 이상을 포함하는 수용액에 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 투여하여 상기 수용액의 은이온 검출 및 유기물질의 광분해 중 1종 이상을 수행한다(단계 2).) and at least one of silver ion detection and photolysis of the organic material by administering the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet to an aqueous solution containing at least one of the organic materials (step 2).

상기 은이온 검출이 Ag+, Co2+, In3+, Ca2+, Cd2+, Fe3+, Cu2+, Fe2+, K+, La3+, Mn2+, Na+, Hg2+, Pb2+, 및 Zn2+ 중에서 은이온(Ag+)을 선택적으로 검출할 수 있다.The silver ion detection is Ag + , Co 2+ , In 3+ , Ca 2+ , Cd 2+ , Fe 3+ , Cu 2+ , Fe 2+ , K + , La 3+ , Mn 2+ , Na + , Silver ions (Ag + ) can be selectively detected among Hg 2+ , Pb 2+ , and Zn 2+ .

상기 단계 (2)는 은이온(Ag+)을 포함하는 수용액에 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 투여하여 상기 수용액의 은이온 검출을 수행하는 단계일 수 있다.The step (2) may be a step of detecting silver ions in the aqueous solution by administering the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets to an aqueous solution containing silver ions (Ag + ).

상기 단계 (2)는 (2-1) 은이온(Ag+)을 포함하는 수용액에 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 투여하는 단계; 및 (2-2) 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트가 투여된 수용액에 자외선을 조사하여 상기 수용액의 은이온 검출을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.The step (2) includes (2-1) administering the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets to an aqueous solution containing silver ions (Ag + ); and (2-2) performing detection of silver ions in the aqueous solution by irradiating ultraviolet rays to the aqueous solution to which the porous sulfur-doped graphitized carbon nitride nanosheets are administered.

상기 단계 (2)는 (2-3) 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트가 투여된 수용액의 형광(fluorescence)을 분석하여 상기 수용액의 은이온 검출을 수행하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.The step (2) may further include (2-3) performing silver ion detection of the aqueous solution by analyzing fluorescence of the aqueous solution to which the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets are administered; have.

상기 은이온의 검출한계(Limit of detection, LOD)는 0.57nM일 수 있다.The limit of detection (LOD) of the silver ions may be 0.57 nM.

도 16은 본 발명의 황 원자가 도핑된 g-C3N4(SCNPNS)의 은 이온(Ag+) 감지 매커니즘을 나타낸 개략도이다. Hard and Soft Acids and Bases(HSAB)의 개념에 의해 설명하면, Ag+는 Soft Acid, SCNPNS의 질소 및 황은 Soft Base이다. HSAB에 따르면 Soft Acid는 Soft Base와 강한 상호 작용을 한다. 따라서, Ag+ 이온은 SCNPNS와 강한 친화성을 가질 수 있다. 또한 Ag+는 SCNPNS의 전도대(Conduction band, CB)보다 산화 환원 전위가 낮으며, 결과적으로 SCNPNS의 CB로부터 Ag+로의 광유도 전자 전이(Photoinduced electron transfer, PET)는 형광 소광을 초래한다.16 is a schematic diagram showing a silver ion (Ag + ) sensing mechanism of gC 3 N 4 (SCNPNS) doped with sulfur atoms of the present invention. Explained by the concept of Hard and Soft Acids and Bases (HSAB), Ag+ is a Soft Acid, and Nitrogen and Sulfur of SCNPNS are Soft Bases. According to HSAB, Soft Acids have strong interactions with Soft Bases. Therefore, Ag + ions can have strong affinity with SCNPNS. In addition, Ag + has a lower redox potential than the conduction band (CB) of SCNPNS, and consequently, photoinduced electron transfer (PET) from CB of SCNPNS to Ag + results in fluorescence quenching.

상기 단계 (2)는 유기물질을 포함하는 수용액에 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 투여하여 상기 유기물질의 광분해를 수행하는 단계일 수 있따.The step (2) may be a step of performing photolysis of the organic material by administering the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet to an aqueous solution containing an organic material.

상기 단계 (2)의 광분해가 가시광선을 사용해서 수행될 수 있다.The photolysis in step (2) may be performed using visible light.

도 21은 가시광선 하에서 실시예 1에 따라 제조된 SCNPNS의 MB 염료의 광촉매 분해 매커니즘을 나타낸 개략도이다. 도 21을 참조하여 광촉매 분해 매커니즘을 설명하면, 흡착-탈착 평형 공정 동안 양이온성 MB 염료와 음으로 하전된 촉매(SCNPNS) 사이의 정전기적 상호 작용으로 인해 많은 양의 MB가 SCNPNS의 표면에 흡착된다. 황 도핑은 S 3p 상태와 N 2p의 상호 작용에 의해 밴드 갭을 좁히는 데 효과적이며, 좁은 밴드 갭은 가시광선의 흡수를 향상시키고 더 많은 전자-정공 쌍을 생성한다. 가시 광선이 SCNPNS에 노출되면 가전자대(valence band, VB)(+ 1.57eV vs. NHE)의 전자가 전도대(conduction band, CB)(-1.13eV vs. NHE)로 이동하여 결과적으로 광 발생 전자와 정공이 생성된다. 핀홀 다공성 나노 시트로 인해 더 많은 전자 및 정공이 SCNPNS의 표면으로 전달될 수 있다. 광 발생 전자는 용존 산소와 반응하여 과산화물 라디칼 음이온을 생성할 수 있다. 과산화물 라디칼 음이온은 물과 반응하여 하이드록실 라디칼을 생성한다. 최종적으로, 생성된 활성 라디칼(과산화물 음이온 및 하이드록실 라디칼)은 염료 분자를 분해하기에 충분히 강한 산화 전위를 갖는다. OH / OH- 의 산화 환원 전위(2.7V vs. NHE)로 인해 VB(1.57eV)의 광 생성 정공은 물을 직접 산화시켜 OH 라디칼을 생성할 수 없으나, MB의 산화 전위(1.25V vs. NHE)가 비교적 작기 때문에 정공(h+)는 MB를 직접 산화(분해)할 수 있다.21 is a schematic diagram showing a photocatalytic decomposition mechanism of MB dye of SCNPNS prepared according to Example 1 under visible light. 21, a large amount of MB is adsorbed on the surface of SCNPNS due to the electrostatic interaction between the cationic MB dye and the negatively charged catalyst (SCNPNS) during the adsorption-desorption equilibrium process. . Sulfur doping is effective in narrowing the band gap by the interaction of the S 3p state with the N 2p, which improves the absorption of visible light and creates more electron-hole pairs. When visible light is exposed to SCNPNS, electrons in the valence band (VB) (+ 1.57 eV vs. NHE) migrate to the conduction band (CB) (-1.13 eV vs. NHE), resulting in photogenerated electrons and Holes are created Due to the pinhole porous nanosheet, more electrons and holes can be transferred to the surface of the SCNPNS. The photogenerated electrons can react with dissolved oxygen to produce peroxide radical anions. The peroxide radical anion reacts with water to form hydroxyl radicals. Finally, the generated active radicals (peroxide anion and hydroxyl radical) have an oxidation potential strong enough to decompose the dye molecule. Due to the redox potential (2.7V vs. NHE) of OH/OH-, the photogenerated hole of VB (1.57eV) cannot directly oxidize water to generate OH radicals, but the oxidation potential of MB (1.25V vs. NHE) ) is relatively small, so holes (h + ) can directly oxidize (decompose) MB.

상기 단계 (2)는 은이온(Ag+) 및 유기물질을 포함하는 수용액에 상기 다공성 나노시트를 투여하여 상기 수용액의 은이온 검출 및 유기물질의 광분해를 동시에 수행하는 단계일 수 있다.The step (2) may be a step of simultaneously performing silver ion detection and photolysis of the organic material by administering the porous nanosheet to an aqueous solution containing silver ions (Ag + ) and an organic material.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, this is for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1: 황 원자가 도핑된 흑연질화탄소(S doped g-CExample 1: Graphitized carbon doped with sulfur atoms (S doped g-C 33 NN 44 , SCNPNS)의 제조, SCNPNS)

우레아(urea) 3 g과 티오우레아(thiourea) 10 g을 마노 절구(agate mortar)에서 15분 동안 분쇄하여 제조된 분말을 알루미나 도가니로 옮기고, 뚜껑 및 알루미나 포일로 덮어주었다. 상기 알루미나 도가니를 공기 분위기에서 5℃ min-1의 속도로 올려주어 520℃로 2시간 동안 가열하였다. 그 후 도가니를 실온(RT)으로 냉각시키고, 얻어진 생성물을 수집하여 분쇄함으로써 분말 형태의 황 원자가 도핑된 흑연질화탄소(S doped g-C3N4, SCNPNS)를 제조하였다.The powder prepared by grinding 3 g of urea and 10 g of thiourea in an agate mortar for 15 minutes was transferred to an alumina crucible, and covered with a lid and alumina foil. The alumina crucible was raised in an air atmosphere at a rate of 5° C. min −1 and heated to 520° C. for 2 hours. Thereafter, the crucible was cooled to room temperature (RT), and the obtained product was collected and pulverized to prepare graphitized carbon doped with sulfur atoms (S doped gC 3 N 4 , SCNPNS) in powder form.

상기 분말 형태의 SCNPNS 50mg을 2시간 동안 초음파에 의해 50mL의 물에 분산시키고, 이어서 6000 rpm에서 10분 동안 원심 분리하여 SCNPNS 용액을 제조하였다. 상기 용액은 Ag+ 이온 검출을 위한 용액으로 사용하였다.50 mg of SCNPNS in powder form was dispersed in 50 mL of water by ultrasonication for 2 hours, followed by centrifugation at 6000 rpm for 10 minutes to prepare a SCNPNS solution. This solution was used as a solution for Ag + ion detection.

비교예 1: 흑연질화탄소(pure g-CComparative Example 1: Graphitized carbon (pure g-C) 33 NN 44 )의 제조) manufacturing

우레아(urea) 10g을 마노 절구(agate mortar)에서 15분 동안 분쇄하여 제조된 분말을 알루미나 도가니로 옮기고, 뚜껑 및 알루미나 포일로 덮어주었다. 상기 알루미나 도가니를 공기 분위기에서 5℃ min-1의 속도로 올려주어 520℃로 2시간 동안 가열하였다. 그 후 도가니를 실온(RT)으로 냉각시키고, 얻어진 생성물을 수집하여 분쇄함으로써 분말 형태의 흑연질화탄소(pure g-C3N4)를 제조하였다.The powder prepared by grinding 10 g of urea in an agate mortar for 15 minutes was transferred to an alumina crucible, and covered with a lid and alumina foil. The alumina crucible was raised in an air atmosphere at a rate of 5° C. min −1 and heated to 520° C. for 2 hours. Thereafter, the crucible was cooled to room temperature (RT), and the obtained product was collected and pulverized to prepare graphitized carbon nitride (pure gC 3 N 4 ) in powder form.

상기 분말 형태의 흑연질화탄소(pure g-C3N4) 50mg을 2시간 동안 초음파에 의해 50mL의 물에 분산시키고, 이어서 6000 rpm에서 10분 동안 원심 분리하여 흑연질화탄소(pure g-C3N4) 용액을 제조하였다.50 mg of graphitized carbon in powder form (pure gC 3 N 4 ) was dispersed in 50 mL of water by ultrasonication for 2 hours, and then centrifuged at 6000 rpm for 10 minutes to graphitize carbon (pure gC 3 N 4 ) solution was prepared.

[시험예] [Test Example]

시험예 1: SCNPNS의 구조 특성 분석Test Example 1: Analysis of structural characteristics of SCNPNS

시험예 1-1: XRD(X-ray Diffraction) 분석Test Example 1-1: XRD (X-ray Diffraction) analysis

(Rigaku, Cu-Kα radiation, D/max-2200pc, Rigaku, Tokyo, Japan, λ= 1.5418 Å)를 사용하여 XRD 분석을 수행하였고, 이때 가속 작동 전압 및 인가된 전류는 각각 40kV 및 30mA였다. XRD analysis was performed using (Rigaku, Cu-Kα radiation, D/max-2200pc, Rigaku, Tokyo, Japan, λ=1.5418 Å), where the accelerating operating voltage and applied current were 40 kV and 30 mA, respectively.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4 및 비교예 1에 따라 제조된 g-C3N4의 XRD 분석 결과이다. 도 1을 참조하면, 비교예 1에 따라 제조된 g-C3N4는 약 13.08° 및 27.8°에서 2개의 특징적인 피크를 나타냈다. 이 두 피크는 g-C3N4의 피크와 일치한다. 27.8°에서의 뚜렷한 피크는 공액 방향족(conjugated aromatic) 시스템의 적층에 기인한 (002) 평면에 지수화된다. 13.08°의 피크는 g-C3N4의 (100) 평면에 지수화되는데, 이는 반복된 평면 내 트리-s-트리아진(tri-s-triazine) 유닛으로부터 유래된다. 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4(SCNPNS)의 주요 피크는 낮은 각도로 약간 이동하였고, 이는 질화 탄소의 격자 원자에서 황의 치환으로 인한 것일 수 있다. 또한, 비교예 1에 따라 제조된 g-C3N4와 비교하여, 황 도핑 후에 SCNPNS의 피크 강도가 약간 감소하였으며 이는 벌크 g-C3N4의 박리를 시사한다.1 is an XRD analysis result of gC 3 N 4 prepared according to Example 1 and gC 3 N 4 prepared according to Comparative Example 1 doped with sulfur atoms. Referring to FIG. 1 , gC 3 N 4 prepared according to Comparative Example 1 exhibited two characteristic peaks at about 13.08° and 27.8°. These two peaks coincide with those of gC 3 N 4 . The distinct peak at 27.8° is indexed in the (002) plane due to the stacking of the conjugated aromatic system. The peak at 13.08° is indexed in the (100) plane of gC 3 N 4 , which is derived from repeated in-plane tri-s-triazine units. The main peak of gC 3 N 4 (SCNPNS) doped with sulfur atoms prepared according to Example 1 shifted slightly to low angles, which may be due to the substitution of sulfur in the lattice atoms of carbon nitride. In addition, compared with gC 3 N 4 prepared according to Comparative Example 1, the peak intensity of SCNPNS was slightly decreased after sulfur doping, suggesting exfoliation of bulk gC 3 N 4 .

시험예 1-2: FT-IR(Fourier-transform infrared) 분석Test Example 1-2: FT-IR (Fourier-transform infrared) analysis

(Bruker, Vertex 70 FT-IR spectrometer, 104-0033 Tokyo, Japan)를 사용하여 FT-IR 분석을 수행하였다. 도 2는 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4(SCNPNS)의 FT-IR 스펙트럼이다. 도 2를 참조하면, SCNPNS의 FT-IR 스펙트럼은 3000 ~ 3500 cm-1 범위에서 넓은 band가 보이는데, 이는 NH 및 OH 진동 연신 모드에 기인한 것이며 -NH, -NH2 및 흡착된 H2O의 하이드록실 그룹의 존재를 확인할 수 있다. 1200 ~ 1700 cm-1 (1250, 1324, 1411, 1454, 1571 및 1624 cm-1 포함) 범위의 뚜렷한 피크는 CN 헤테로 사이클의 전형적인 연신 진동 모드에 해당한다. 804 cm-1에서의 피크는 트리아진 유닛 모드에 속하며, 이는 응축된 CN 헤테로 사이클과 관련이 있다. 889 cm-1에서의 진동 밴드는 NH의 가교된 헵타진 변형에 기인한다. 황 도핑은 705 cm-1에서의 피크에 의해 밝혀졌으며, 이는 C-S 스트레칭 진동에 기인한 것이다.FT-IR analysis was performed using (Bruker, Vertex 70 FT-IR spectrometer, 104-0033 Tokyo, Japan). FIG. 2 is an FT-IR spectrum of gC 3 N 4 (SCNPNS) doped with sulfur atoms prepared according to Example 1. FIG. Referring to FIG. 2 , the FT-IR spectrum of SCNPNS shows a wide band in the range of 3000 to 3500 cm -1 , which is due to the NH and OH vibratory stretching modes, and -NH, -NH 2 and adsorbed H 2 O The presence of a hydroxyl group can be confirmed. The distinct peaks in the range of 1200 to 1700 cm -1 (including 1250, 1324, 1411, 1454, 1571 and 1624 cm -1 ) correspond to the typical stretching vibrational modes of the CN heterocycle. The peak at 804 cm -1 belongs to the triazine unit mode, which is related to the condensed CN heterocycle. The oscillation band at 889 cm −1 is due to the cross-linked heptazine modification of NH. Sulfur doping was revealed by a peak at 705 cm −1 , which is due to CS stretching oscillations.

시험예 1-3: TEM(Transmission electron microscopy) 분석Test Example 1-3: TEM (Transmission electron microscopy) analysis

(Tecnai, G2mF30 S-Twin AP Tech., Hillsboro, OR, USA, 200 kV)를 사용하여 TEM 분석을 수행하였다. 도 3은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4(SCNPNS)의 TEM 이미지이다. 도 3을 참조하면, 황 원자가 도핑된 g-C3N4의 나노 시트에 핀홀(pinhole)이 존재하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 도 3 오른쪽의 20nm 스케일로 기록된 TEM 이미지로부터 핀홀 구조가 명확하게 관찰되었다. 핀홀 구조의 형성은 가열 및 응축 동안 가스의 방출에 기인한 것이다. 핀홀 구조의 외관은 SCNPNS의 다공성 특성을 나타내며, 다공성 구조는 더 많은 활성 부위를 제공하므로 감지 및 광촉매 응용에 유리하다.(Tecnai, G2mF30 S-Twin AP Tech., Hillsboro, OR, USA, 200 kV) was used for TEM analysis. 3 is a TEM image of g-C3N4 (SCNPNS) doped with sulfur atoms prepared according to Example 1. Referring to FIG. 3 , it can be confirmed that pinholes exist in the nanosheet of gC 3 N 4 doped with sulfur atoms, and in particular, the pinhole structure was clearly observed from the TEM image recorded at the 20 nm scale on the right side of FIG. 3 . . The formation of the pinhole structure is due to the release of gases during heating and condensation. The appearance of the pinhole structure indicates the porous nature of SCNPNS, and the porous structure provides more active sites, which is advantageous for sensing and photocatalytic applications.

시험예 1-4: 질소 흡착-탈착 등온선 및 공극 크기 분포 분석Test Example 1-4: Nitrogen adsorption-desorption isotherm and pore size distribution analysis

N2 흡착-탈착은 Micromeritics ASAP-2010 표면적 분석기 (Corp., Norcross, GA, USA)에 의해 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 방법을 사용하여 측정되었다. 도 4는 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4(SCNPNS)의 질소 흡착-탈착 등온선이다. 도 4를 참조하면, SCNPNS의 등온선 곡선은 고압에서 H3 히스테리시스 루프를 갖는 IV형 흡착 등온선으로 분류되어 다공성 구조의 네트워크를 나타낸다. 탈착 곡선에 기초하여, SCNPNS의 BET 표면적은 60.2 m2g-1로 계산된다.N 2 adsorption-desorption was measured using the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method by a Micromeritics ASAP-2010 surface area analyzer (Corp., Norcross, GA, USA). 4 is a nitrogen adsorption-desorption isotherm of sulfur atom-doped g-C3N4 (SCNPNS) prepared according to Example 1. FIG. Referring to FIG. 4 , the isotherm curve of SCNPNS is classified as a type IV adsorption isotherm with an H3 hysteresis loop at high pressure, indicating a network of porous structures. Based on the desorption curve, the BET surface area of SCNPNS is calculated as 60.2 m 2 g −1 .

실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4(SCNPNS)의 Barret-Joyner-Halenda (BJH) 공극 크기 분포를 도 5에 도시하였다. 도 5를 참조하면, 평균 공극 크기는 약 39 nm이고, 공극 부피는 0.59 cm3/g이며, 이는 합성된 SCNPNS의 메조포러스 성질을 시사한다. 메조포러스 구조는 더 높은 표면적 및 더 많은 활성 부위를 제공할 수 있으며, 이는 흡착, 광촉매 및 가스 감지와 같은 환경 응용에 매우 유용하다.The Barret-Joyner-Halenda (BJH) pore size distribution of g-C3N4 (SCNPNS) doped with sulfur atoms prepared according to Example 1 is shown in FIG. 5 . Referring to FIG. 5 , the average pore size is about 39 nm and the pore volume is 0.59 cm 3 /g, suggesting the mesoporous properties of the synthesized SCNPNS. The mesoporous structure can provide a higher surface area and more active sites, which is very useful for environmental applications such as adsorption, photocatalysis and gas sensing.

시험예 1-5: XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석Test Example 1-5: XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis

XPS 분석은 Al K- 알파 방사선 X-선 공급원 및 ESCALAB220i (VG Scientific, Thermo. Scientific, East East Grinstead, UK)를 사용하여 수행되었다. 도 6은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4의 (a) C1s, (b) N1s, (c) O1s, (d) S2p의 고해상도 XPS 핵심 스펙트럼이다. 도 6(a)를 참조하면, C1s 핵심 스펙트럼은 284.6, 285.8, 287.8 및 288.5 eV를 중심으로 4개의 피크로 분리된다. 284.6 eV에서의 피크는 sp2 흑연 C=C 결합을 나타내는 반면, 285.8 eV에서의 피크는 C-N 그룹을 나타낸다. 287.8 eV에서의 주요 강한 피크는 s-트리아진 단위 및 피리딘 유사 구조와 같은 방향족 고리 시스템의 sp2 탄소-질소 결합(N-C=N)을 나타내는 반면, 288.5 eV에서의 피크는 3차 질소 N-(C)3 그룹, 즉 C-N 네트워크에서 질소가 3개의 sp2 탄소 원자에 결합된 것을 나타낸다. XPS analysis was performed using an Al K-alpha radiation X-ray source and ESCALAB220i (VG Scientific, Thermo. Scientific, East East Grinstead, UK). 6 is a high-resolution XPS core spectrum of (a) C1s, (b) N1s, (c) O1s, and (d) S2p of gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1. Referring to FIG. 6(a), the C1s core spectrum is divided into four peaks centered at 284.6, 285.8, 287.8 and 288.5 eV. The peak at 284.6 eV indicates sp 2 graphite C=C bonds, while the peak at 285.8 eV indicates the CN group. The main strong peak at 287.8 eV indicates sp 2 carbon-nitrogen bonds (NC=N) of aromatic ring systems such as s-triazine units and pyridine-like structures, while the peak at 288.5 eV is tertiary nitrogen N-( C) 3 groups, ie the nitrogen is bonded to 3 sp 2 carbon atoms in the CN network.

도 6(b)를 참조하면, 비대칭 N1s 스펙트럼은 398.4eV 및 400.4eV에서 결합 에너지를 갖는 두 개의 피크로 분리될 수 있으며 이는 각각 sp2-하이브리드화 질소 (C=N-C) 및 수소 원자를 갖는 아미노 작용기(C-N-H)을 나타낸다.Referring to FIG. 6(b), the asymmetric N1s spectrum can be separated into two peaks with binding energies at 398.4 eV and 400.4 eV, which are sp 2 -Hybridized nitrogen (C=NC) and amino with hydrogen atoms, respectively. It represents a functional group (CNH).

도 6(c)를 참조하면, O1s의 핵심 스펙트럼은 532 eV와 534 eV 주변에 두 개의 대칭 피크를 가지며, 각각 N-C-O 그룹과 표면에 흡착된 물의 존재를 나타낸다.Referring to Fig. 6(c), the core spectrum of O1s has two symmetrical peaks around 532 eV and 534 eV, indicating the presence of N-C-O groups and water adsorbed on the surface, respectively.

도 6(d)를 참조하면, 163.9eV에서 S 2p1 / 2의 핵심 스펙트럼을 보여주고 있으며, 이는 SCNPNS에서 격자 질소 대신 치환된 황의 C-S 결합을 나타낸다.Referring to Figure 6 (d), which shows the core of the spectrum S 2p 1/2 at 163.9eV, which represents a combination of sulfur CS substituted nitrogen in place of the grid SCNPNS.

시험예 2: SCNPNS의 UV-Vis 및 형광(Fluorescence) 특성 분석Test Example 2: UV-Vis and Fluorescence Characterization of SCNPNS

도 7은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 UV-vis 흡수, 광 발광(Photoluminescence, PL) 여기 및 방출 스펙트럼이고, 도 7에 삽입된 이미지는 상기 수용액에 가시광선(좌) 및 UV 빛(365nm, 우)을 조사했을 때의 이미지이다. 자외선-가시적 (UV-vis) 흡수 스펙트럼은 Varian Cary 100 UV-vis 분광 광도계 (Markham, ON, Canada)를 사용하여 기록되었다. 형광 방출 스펙트럼은 Xe 램프 (Arc Lamp Housing, A-1010B ™), 모노크로메이터 및 전원 공급 장치 (Brytexbox, NJ, USA)가 장착된 형광 발광 분광계 (Quantal Master, Photon Technology International, Lawrenceville, USA)를 사용하여 기록되었다. 도 7을 참조하면, SCNPNS의 광 발광(PL) 스펙트럼은 350nm 여기 하에서 445nm에서 강한 PL 방출 피크를 나타냈다. 또한 도 7에 삽입된 이미지를 참조하면, SCNPNS 수용액은 가시광선 하에서 거의 투명하지만 365nm UV 광 조사 하에서 강한 청색 형광을 생성하였다.7 is a UV-vis absorption, photoluminescence (PL) excitation and emission spectrum of an aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1, and the image inserted in FIG. 7 is the aqueous solution It is an image when irradiated with visible light (left) and UV light (365 nm, right). Ultraviolet-visible (UV-vis) absorption spectra were recorded using a Varian Cary 100 UV-vis spectrophotometer (Markham, ON, Canada). Fluorescence emission spectra were measured using a fluorescence emission spectrometer (Quantal Master, Photon Technology International, Lawrenceville, USA) equipped with a Xe lamp (Arc Lamp Housing, A-1010B™), monochromator and power supply (Brytexbox, NJ, USA). was recorded using Referring to FIG. 7 , the photoluminescence (PL) spectrum of SCNPNS showed a strong PL emission peak at 445 nm under 350 nm excitation. Also, referring to the image inserted in FIG. 7 , the SCNPNS aqueous solution was almost transparent under visible light, but produced strong blue fluorescence under 365 nm UV light irradiation.

도 8은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 다양한 여기 파장에서의 표준화된 형광 스펙트럼이다. 도 8을 참조하면, 여기 파장이 10nm 간격으로 290nm에서 380nm로 증가함에 따라, 표준화된 PL 강도는 여기 파장에 대해 350nm까지는 증가했지만 여기 파장이 350nm를 초과할 경우 PL 강도는 감소했으며, 이때 방출 파장의 이동은 없었다. 따라서, SCNPNS의 최대 여기 및 방출 파장은 각각 350 nm 및 445 nm인 것을 확인하였다. 이러한 여기 파장에 독립적인 형광(excitation-independent fluorescence) 현상은 SCNPNS가 높은 결정성을 갖는 단일 방출 형광 중심(single-emission fluorescence center)을 나타냄을 시사한다.FIG. 8 is a normalized fluorescence spectrum at various excitation wavelengths of an aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1. FIG. Referring to FIG. 8 , as the excitation wavelength increased from 290 nm to 380 nm in 10 nm increments, the normalized PL intensity increased up to 350 nm for the excitation wavelength, but the PL intensity decreased when the excitation wavelength exceeded 350 nm, where the emission wavelength There was no movement of Therefore, it was confirmed that the maximum excitation and emission wavelengths of SCNPNS were 350 nm and 445 nm, respectively. This excitation-independent fluorescence phenomenon suggests that SCNPNS exhibits a single-emission fluorescence center with high crystallinity.

도 9는 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 300분 동안 365nm UV 광선에서 하에서 광표백(Photobleaching) 안정성을 나타낸 그래프이다. 도 9를 참조하면, 고압 수은 증기 램프를 사용하여 300분 동안 UV 광 조명 하에서도 광표백 없이 안정적인 것을 확인할 수 있었다.9 is a graph showing the photobleaching stability under 365 nm UV light for 300 minutes of an aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1. Referring to FIG. 9 , it was confirmed that it was stable without photobleaching even under UV light illumination for 300 minutes using a high-pressure mercury vapor lamp.

정량 분석 적용을 위한 최적의 조건을 얻기 위해, 2 내지 13의 범위에서 pH를 변화시킴으로써 SCNPNS의 형광 강도에 대한 pH 효과를 조사하였다. 도 10은 실시예 1에 따라 제조된 황 원자가 도핑된 g-C3N4를 포함하는 수용액의 pH에 따른 PL 강도(형광 강도)를 나타낸 그래프이다. 도 10을 참조하면, SCNPNS의 형광 강도는 pH에 의존적인 것을 확인할 수 있었다. pH가 2에서 7로 증가함에 따라 형광 강도는 점차 증가하는 반면, 염기성 환경에서 질소의 탈양성자화에 의해 강염기성, 즉 pH 10 내지 12에서 형광 강도가 급격히 감소하였다. 이것은 엑시톤 분포에 영향을 미쳐 낮은 PL 강도를 생성한다. 가장 높은 PL 강도는 생리학적 pH 조건과 일치하는 pH 7에서 관찰되었다. 따라서, 중성 pH 7은 다양한 중금속 이온의 선택적 검출을 위한 SCNPNS의 형광 감지 실험에 사용되었다.To obtain optimal conditions for quantitative analysis application, the effect of pH on the fluorescence intensity of SCNPNS was investigated by varying the pH in the range of 2 to 13. 10 is a graph showing the PL intensity (fluorescence intensity) according to the pH of the aqueous solution containing gC 3 N 4 doped with sulfur atoms prepared according to Example 1. Referring to FIG. 10 , it was confirmed that the fluorescence intensity of SCNPNS was pH dependent. While the fluorescence intensity gradually increased as the pH increased from 2 to 7, the fluorescence intensity was rapidly decreased in strong basicity, that is, pH 10 to 12 due to deprotonation of nitrogen in a basic environment. This affects the exciton distribution, resulting in low PL intensity. The highest PL intensity was observed at pH 7, consistent with physiological pH conditions. Therefore, a neutral pH of 7 was used in the fluorescence detection experiments of SCNPNS for the selective detection of various heavy metal ions.

시험예 3: SCNPNS의 AgTest Example 3: Ag of SCNPNS ++ 선택적 형광 감지 Selective Fluorescence Detection

실온 (RT), pH 7에서 서로 다른 금속 이온(Co2+, In3+, Ca2+, Cd2+, Fe3+, Cu2+, Fe2+, Ag+, K+, La3+, Mn2+, Na+, Hg2+, Pb2+ 및 Zn2+)에 대한 SCNPNS의 선택성을 조사하였다. 100 μL의 SCNPNS 용액을 3 mL의 20μM 금속 이온 용액에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 5분 동안 인큐베이션하고, λ=350nm에서 여기(excitation) 하에 형광 이미지를 촬영하고, 형광 스펙트럼을 기록하였다. 금속 이온을 첨가하지 않은 기준 용액을 제조하였으며, 이는 도 11 및 12에서 blank로 표시된다. Different metal ions (Co 2+ , In 3+ , Ca 2+ , Cd 2+ , Fe 3+ , Cu 2+ , Fe 2+ , Ag + , K + , La 3+ at room temperature (RT), pH 7 , Mn 2+ , Na + , Hg 2+ , Pb 2+ and Zn 2+ ) were investigated for selectivity of SCNPNS. 100 μL of SCNPNS solution was added to 3 mL of 20 μM metal ion solution. The reaction mixture was incubated at room temperature for 5 min, fluorescence images were taken under excitation at λ=350 nm, and fluorescence spectra were recorded. A reference solution without addition of metal ions was prepared, which is indicated as blank in FIGS. 11 and 12 .

형광 이미지 결과를 도 11에 도시하였다. 도 11을 참조하면, Ag+를 첨가한 SCNPNS 용액은 현저한 형광 소광(fluorescent quenching)을 나타내는 반면 다른 금속 이온에 대해서는 형광 소광이 관찰되지 않은 것을 확인할 수 있었다.The fluorescence image results are shown in FIG. 11 . Referring to FIG. 11 , it was confirmed that the SCNPNS solution to which Ag + was added showed significant fluorescence quenching, while fluorescence quenching was not observed for other metal ions.

금속 이온을 첨가하지 않은 SCNPNS 용액의 형광 강도(F0) 대비 금속 이온을 첨가한 SCNPNS 용액의 형광 강도(F)인 F/F0를 계산하여 도 12에 도시하였다. 도 12를 참조하면, 모든 금속 이온 중에서 Ag+ 이온만이 SCNPNS의 형광 강도의 실질적인 감소를 유도한 것을 확인할 수 있었다. 이 결과는 SCNPNS가 Ag+ 이온에 대해 높은 선택성을 가지며 Ag+의 검출에 사용될 수 있음을 나타낸다. SCNPNS의 Ag+에 대한 높은 선택성은 SCNPNS에서 N과 S의 상승 효과에 기인한 것으로, SCNPNS에서 N은 Ag+와 강한 킬레이트 친화력을 가졌다.The fluorescence intensity (F 0 ) of the SCNPNS solution to which metal ions were not added compared to the fluorescence intensity (F) of the SCNPNS solution to which metal ions were added, F/F 0 , was calculated and shown in FIG. 12 . Referring to FIG. 12 , it was confirmed that, among all metal ions, only Ag + ions induced a substantial decrease in the fluorescence intensity of SCNPNS. These results indicate that SCNPNS has high selectivity for Ag + ions and can be used for detection of Ag + . The high selectivity of SCNPNS for Ag + was due to the synergistic effect of N and S in SCNPNS, where N had a strong chelating affinity with Ag + .

또한 비교예 1에 따라 제조된 순수 g-C3N4에 대한 Ag+ 감지 실험을 수행하였으며, 그 결과를 도 13에 도시하였다. 도 13을 참조하면, 유사한 농도의 Ag+ 이온에 대해 비교예 1에 따라 제조된 g-C3N4 의 형광 소광 백분율이 실시예 1의 SCNPNS의 형광 소광 백분율보다 적다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 S의 치환이 Ag+ 이온 감지에 중요한 역할을 한다는 것을 나타낸다.In addition, Ag + detection experiment was performed on pure gC 3 N 4 prepared according to Comparative Example 1, and the results are shown in FIG. 13 . Referring to FIG. 13 , it was confirmed that the percent fluorescence extinction of gC 3 N 4 prepared according to Comparative Example 1 with respect to a similar concentration of Ag + ions was less than that of SCNPNS of Example 1. This indicates that the substitution of S plays an important role in Ag + ion detection.

상기와 동일한 방식으로 상이한 농도(0 내지 20μM)의 Ag+에 대한 SCNPNS의 Ag+ 감지 실험을 수행하였다. 도 14는 0 ~ 20μM 농도의 Ag+에 대한 SCNPNS 용액의 형광 스펙트럼이다. 도 14를 참조하면, Ag+의 농도가 0 에서 20μM로 증가함에 따라 SCNPNS의 형광 강도는 점차 감소하는 것을 확인할 수 있었다. Ag + detection experiment of SCNPNS for Ag + at different concentrations (0 to 20 μM) was performed in the same manner as above. 14 is a fluorescence spectrum of a SCNPNS solution for Ag + at a concentration of 0 to 20 μM. Referring to FIG. 14 , it was confirmed that the fluorescence intensity of SCNPNS gradually decreased as the concentration of Ag + increased from 0 to 20 μM.

도 15는 0 ~ 20μM 농도의 Ag+에 대한 SCNPNS 용액의 형광 강도 의존성을 보여주는 그래프이다. 도 15를 참조하면, 0 내지 20μM 농도 범위에 걸쳐 선형 칼리브레이션 플롯에 맞지 않는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 도 15에 삽입된 그래프를 참조하면, 0 내지 1μM (1000 nM)의 범위에서 (F0-F)/F0는 양호한 선형성을 나타냈다. 선형 회귀 방정식은 (F0-F)/F0 = -0.02 + 0.259 × C이고, R2 = 0.9979였다. 여기서 F0는 Ag+가 없을 때의 SCNPNS 용액의 형광 강도이고, F는 Ag+가 있을 때의 SCNPNS 용액의 형광 강도이고, C는 Ag+의 농도이다.15 is a graph showing the dependence of the fluorescence intensity of the SCNPNS solution on Ag + at a concentration of 0 to 20 μM. Referring to FIG. 15 , it was confirmed that the linear calibration plot did not fit over the 0 to 20 μM concentration range. However, referring to the graph inserted in FIG. 15 , (F 0 -F)/F 0 showed good linearity in the range of 0 to 1 μM (1000 nM). The linear regression equation was (F 0 -F)/F 0 = -0.02 + 0.259 x C, and R 2 = 0.9979. Where F 0 is the fluorescence intensity of SCNPNS solution of the absence of Ag +, F is the fluorescence intensity of SCNPNS solution of having the Ag +, C is the concentration of Ag +.

검출 한계(LOD)는 아래 식 (1)을 사용하여 신호 대 잡음(signal-to-noise) 비 3에서 57 nM으로 결정되었다.The limit of detection (LOD) was determined to be 57 nM at a signal-to-noise ratio of 3 using Equation (1) below.

Figure 112019132806161-pat00003
Figure 112019132806161-pat00003

상기 식 (1)에서 σ는 blank SCNPNS 용액의 표준 편차(n = 6)이고, s는 칼리브레이션 플롯의 기울기이다.In Equation (1), σ is the standard deviation (n = 6) of the blank SCNPNS solution, and s is the slope of the calibration plot.

시험예 4: 가시광선 하에서 광촉매인 SCNPNS을 사용한 염료 분해Test Example 4: Decomposition of dyes using SCNPNS as a photocatalyst under visible light

양이온성 염료로서 메틸렌 블루(methylene blue, MB) 및 음이온성 염료로서 메틸 오렌지(methyl orange, MO)에 대한 SCNPNS의 광촉매 활성을 가시 광선 하에서 시험하였다. 광촉매 반응을 활성화시키기 위해, 가시 광선 조사원으로서 UV 차단 필터(JB-420, Nantong Haisheng Optical Co., Lt, China)가 장착된 100W 할로겐 램프를 사용하였다. 광 반응기는 광분해 반응을 위한 충분한 산소를 얻기 위해 개방 된 곳의 자기 교반기 상에 놓였다. 광 반응기의 온도는 광 반응기를 둘러싸는 외부 재킷에서 물 순환에 의해 일정하게 유지되었다. 50 mg의 광촉매를 100 mL의 10-ppm 염료 용액에 분산시켜 혼합물을 제조하였다. 가시 광선 조사 전에, 상기 혼합물을 어둠 속에서 30분 동안 계속 교반하여 흡착-탈착 평형을 형성한 다음, 광원을 작동시켰다. 실험을 진행하는 동안 미리 결정된 시간 간격으로 3 mL의 샘플 용액을 수집한 다음 원심 분리하여 광촉매를 제거하였다. 마지막으로, 샘플 용액을 분석하여 UV-vis 분광 광도계에 의한 최대 흡수 파장에서 시험 염료(MB 또는 MO)의 흡수 강도를 통한 광분해 정도를 추정하였다.The photocatalytic activity of SCNPNS on methylene blue (MB) as a cationic dye and methyl orange (MO) as an anionic dye was tested under visible light. To activate the photocatalytic reaction, a 100 W halogen lamp equipped with a UV cut filter (JB-420, Nantong Haisheng Optical Co., Lt, China) was used as a visible light source. The photoreactor was placed on a magnetic stirrer in the open to obtain sufficient oxygen for the photolysis reaction. The temperature of the photoreactor was kept constant by circulation of water in an outer jacket surrounding the photoreactor. A mixture was prepared by dispersing 50 mg of a photocatalyst in 100 mL of a 10-ppm dye solution. Before visible light irradiation, the mixture was continuously stirred in the dark for 30 minutes to establish an adsorption-desorption equilibrium, and then the light source was turned on. During the experiment, 3 mL of the sample solution was collected at predetermined time intervals and then centrifuged to remove the photocatalyst. Finally, the sample solution was analyzed to estimate the degree of photolysis through the absorption intensity of the test dye (MB or MO) at the maximum absorption wavelength by UV-vis spectrophotometer.

도 17은 SCNPNS의 어둠 속에서의 광분해(photolysis)와 흡착(adsorption) 및 가시광선 하에서의 광촉매 활성(photodegradation)에 의한 MB 및 MO의 C/CO를 나타낸 그래프이다. C는 photolysis, adsorption, photodegradation 후 농도, C0는 초기 농도이다. 도 17을 참조하면, MO 및 MB 염료의 광분해(photolysis)는 무시할 만하나, MB 및 MO 염료의 흡착(adsorption) 및 광촉매 분해(photodegradation)의 차이는 명백한 것을 확인할 수 있었다. 어두운 조건에서 SCNPNS 표면에서의 MO의 흡착(adsorption)은 거의 무시할 수 있었지만, MB는 34%가 SCNPNS에 흡착되었다. MB 및 MO 염료의 상이한 흡착 성능에 대한 이유를 알기 위해, 제타 분석기를 사용하여 SCNPNS의 제타 전위(zeta potential)을 측정하였으며 -7.23mV로 측정되었다. 도 17을 참조하면, MB에 대한 광촉매 분해(photodegradation) 성능이 MO에 비해 우수한 것을 확인할 수 있으며, 180분 후에 MO는 14%만 분해된 반면 MB는 90%가 분해되었다.17 is a graph showing C/C O of MB and MO by photolysis and adsorption in the dark of SCNPNS and photocatalytic activity under visible light. C is the concentration after photolysis, adsorption, and photodegradation, and C0 is the initial concentration. Referring to FIG. 17 , it was confirmed that the photolysis of MO and MB dyes was negligible, but the difference between the adsorption and photocatalytic degradation of MB and MO dyes was obvious. In the dark condition, the adsorption of MO on the SCNPNS surface was almost negligible, but 34% of MB was adsorbed to the SCNPNS. To understand the reason for the different adsorption performance of MB and MO dyes, the zeta potential of SCNPNS was measured using a zeta analyzer and was measured to be -7.23 mV. Referring to FIG. 17 , it can be seen that the photocatalytic degradation performance for MB is superior to that of MO, and after 180 minutes, only 14% of MO is decomposed whereas 90% of MB is decomposed.

도 18 및 19는 각각 가시광선 하에서 시간에 따른 MO 및 MB의 흡광도(Absorbance)를 나타낸 그래프이다. 도 18 및 19를 참조하면, MB는 180분 내에 거의 분해가 되었으나, MO의 흡광도는 거의 변화가 없는 것을 확인할 수 있었다.18 and 19 are graphs showing absorbance of MO and MB with time under visible light, respectively. 18 and 19 , MB was almost decomposed within 180 minutes, but it was confirmed that there was little change in the absorbance of MO.

MB 및 MO 염료에 대한 광촉매 성능의 정량적 측정은 Langmuir-Hinshelwood kinetics 모델을 사용하여 조사되었다. 도 20은 SCNPNS의 광촉매 성능에 대한 ln(C0/C) 대 시간(t)의 플롯을 도시한다. ln(C0/C)와 시간의 선형 관계는 MB와 MO의 광촉매 분해가 유사 1차 역학(pseudo-first-order kinetics)을 따른다는 것을 나타낸다. 도 20을 참조하면, SCNPNS의 운동 속도 상수는 각각 MB 및 MO 염료의 광촉매 분해에 대해 0.01153 min-1 및 6.5×10-4 min-1 인 것을 확인할 수 있으며, MB 염료에 대해 최대 광촉매 성능이 관찰되었고, MO보다 속도 상수가 18배 더 높았다. MB에 대한 우수한 광촉매 성능은 SCNPNS의 음전하 및 다공성 구조에 기인하여, 음이온성 MO 염료에 비해 양이온성 MB 염료에 대한 더 큰 흡착 및 우수한 광촉매 활성을 초래하였다.Quantitative measurements of photocatalytic performance for MB and MO dyes were investigated using the Langmuir-Hinshelwood kinetics model. 20 shows a plot of ln(C 0 /C ) versus time (t) for the photocatalytic performance of SCNPNS. The linear relationship between ln(C 0 /C) and time indicates that the photocatalytic degradation of MB and MO follows pseudo-first-order kinetics. Referring to FIG. 20, it can be seen that the kinetic rate constants of SCNPNS are 0.01153 min -1 and 6.5×10 -4 min -1 for the photocatalytic decomposition of MB and MO dyes, respectively, and the maximum photocatalytic performance is observed for MB dyes. and the rate constant was 18 times higher than that of MO. The good photocatalytic performance for MB was due to the negative charge and porous structure of SCNPNS, resulting in greater adsorption and better photocatalytic activity for the cationic MB dye compared to the anionic MO dye.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 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.As mentioned above, although preferred embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or It will be possible to variously modify and change the present invention by addition, etc., which will also be included within the scope of the present invention. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (19)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (1) 황-도핑 흑연질화탄소를 포함하는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 준비하는 단계; 및
(2) 은이온(Ag+)을 포함하는 수용액에 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 투여하여 상기 수용액의 은이온 검출을 수행하는 단계;를
포함하는 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트의 은이온 검출 수행방법.
(1) preparing a porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet containing sulfur-doped graphitized carbon; and
(2) performing silver ion detection of the aqueous solution by administering the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet to an aqueous solution containing silver ions (Ag + );
A method for detecting silver ions of a porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheet comprising a.
제11항에 있어서,
상기 은이온 검출이 Ag+, Co2+, In3+, Ca2+, Cd2+, Fe3+, Cu2+, Fe2+, K+, La3+, Mn2+, Na+, Hg2+, Pb2+, 및 Zn2+ 중에서 은이온(Ag+)을 선택적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 은이온 검출 수행방법.
12. The method of claim 11,
The silver ion detection is Ag + , Co 2+ , In 3+ , Ca 2+ , Cd 2+ , Fe 3+ , Cu 2+ , Fe 2+ , K + , La 3+ , Mn 2+ , Na + , Hg 2+ , Pb 2+ , and silver ion detection method for selectively detecting silver ions (Ag + ) from among Zn 2+ .
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 단계 (2)가
(2-1) 은이온(Ag+)을 포함하는 수용액에 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 투여하는 단계; 및
(2-2) 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트가 투여된 수용액에 자외선 조사하여 상기 수용액의 은이온 검출을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 은이온 검출 수행방법.
12. The method of claim 11,
The step (2) is
(2-1) administering the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets to an aqueous solution containing silver ions (Ag + ); and
(2-2) performing silver ion detection of the aqueous solution by irradiating the aqueous solution to which the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets are administered with ultraviolet rays;
제14항에 있어서,
상기 단계 (2)가
(2-3) 상기 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트가 투여된 수용액의 형광(fluorescence)을 분석하여 상기 수용액의 은이온 검출을 수행하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 은이온 검출 수행방법
15. The method of claim 14,
The step (2) is
(2-3) performing silver ion detection of the aqueous solution by analyzing fluorescence of the aqueous solution to which the porous sulfur-doped graphitized carbon nanosheets are administered; How to perform
제11항에 있어서,
상기 은이온의 검출한계(Limit of detection, LOD)가 0.57nM인 것을 특징으로 하는 은이온 검출 수행방법.
12. The method of claim 11,
The silver ion detection performing method, characterized in that the limit of detection (LOD) of the silver ion is 0.57nM.
삭제delete 삭제delete 제11항에 있어서,
상기 단계 (2)가
은이온(Ag+) 및 유기물질을 포함하는 수용액에 상기 다공성 나노시트를 투여하여 상기 수용액의 은이온 검출 및 유기물질의 광분해를 동시에 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 은이온 검출 수행방법.
12. The method of claim 11,
The step (2) is
Silver ion detection performing method, characterized in that by administering the porous nanosheet to an aqueous solution containing silver ions (Ag + ) and an organic material, the silver ion detection of the aqueous solution and the photolysis of the organic material are simultaneously performed.
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