KR102549079B1 - Organic photocatalyst and Method for preparing same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가시광선 하에서 광촉매 활성이를 제우수한 유기 광촉매 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide an organic photocatalyst with excellent photocatalytic activity under visible light and a method for preparing the same.
Description
본 발명은 유기 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic photocatalyst and a method for preparing the same.
최근 2 차원 구조를 가지고 있는 나노시트는 특유의 특성으로 인해 많은 주목을 받고 있다. 그래핀, MoS2, WS2 등의 나노시트들은 센서, 촉매와 같은 에너지 영역에서 많이 응용되고 있다. 특히 최근에는 대면적 및 대량 생산을 위한 새로운 나노시트 합성법들이 개발되면서 다양한 전자 소자로서의 응용 가능성이 한층 더 높아졌다.Recently, nanosheets with a two-dimensional structure have attracted a lot of attention due to their unique properties. Nanosheets such as graphene, MoS 2 , and WS 2 are widely used in energy fields such as sensors and catalysts. In particular, with the recent development of new nanosheet synthesis methods for large-area and mass production, the possibility of application to various electronic devices has further increased.
탄소 질화물은 탄소와 질소로 형성된 이원화합물로서, 그래핀과 유사한 구조를 가지고 있다. 상기 탄소 질화물은 구조를 형성하기 쉽고, 기계적, 열적, 화학적 안정성이 뛰어난 유기 반도체 특성을 가진다. 또한, 탄소 질화물은 이러한 광학적 성질을 이용한 광촉매로서 널리 사용되고 있다. 이러한 특징으로 인하여 탄소질화물의 합성/제조 및 응용 관련 연구가 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 하지만, 탄소 질화물 단일층 나노시트의 제조 방법은 아직 연구가 많이 되어있지 않은 상태이다. 최근 주로 연구되고 있는 방법으로는 벌크 탄소 질화물을 물리적, 화학적으로 박리화하여 탄소질화물 나노시트를 제조하는 것이다. 예를 들어, 물리적, 화학적 박리 방법은 초음파 분쇄, 열 산화 방법 등이 있는데 이러한 방법으로 제조한 탄소질화물 나노시트의 두께는 약 2nm로서, 단일층이 아닌 다층의 탄소질화물 나노시트이다. 따라서, 용이한 방법으로 탄소질화물 단일층 나노시트를 제조하는 방법의 개발이 요구된다. Carbon nitride is a binary compound formed of carbon and nitrogen and has a structure similar to that of graphene. The carbon nitride is easy to form a structure and has excellent mechanical, thermal, and chemical stability as an organic semiconductor. In addition, carbon nitride is widely used as a photocatalyst using such optical properties. Due to these characteristics, researches related to the synthesis/production and application of carbon nitrides are being actively conducted worldwide. However, a method for preparing carbon nitride single-layer nanosheets has not been studied much yet. A method that has been mainly studied recently is to physically and chemically exfoliate bulk carbon nitride to prepare carbon nitride nanosheets. For example, physical and chemical exfoliation methods include ultrasonic grinding and thermal oxidation. The carbon nitride nanosheets prepared by these methods have a thickness of about 2 nm, and are multi-layered carbon nitride nanosheets. Therefore, it is required to develop a method for preparing a carbon nitride single-layer nanosheet in an easy way.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 가시광선 하에서 광촉매 활성이우수한 유기 광촉매 및 이의 제조방법을 제공함에 있다. 본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide an organic photocatalyst with excellent photocatalytic activity under visible light and a method for preparing the same. The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being “on” another element, it may be directly on the other element or intervening elements may exist. .
본 출원에서 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, 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.Terms used in this application 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 dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
본 명세서에서, "가시광선(visible light)"이란 적외선보다 파장이 짧고 자외선보다 파장이 긴 광으로서 약 300 내지 800 ㎚, 일 예로 330 내지 440 nm의 파장 범위에 속하는 광을 의미하며 태양광에 속한 광(예컨대, 자외선, 가시광선, 적외선 등) 중 가장 높은 비율을 차지한다.In the present specification, "visible light" refers to light having a wavelength shorter than infrared and longer than ultraviolet, and refers to light belonging to a wavelength range of about 300 to 800 nm, for example, 330 to 440 nm, and belongs to sunlight It occupies the highest proportion of light (eg, ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, etc.).
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
<유기 광촉매><Organic Photocatalyst>
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 실시예는 유기 광촉매를 제공한다. 유기 광촉매는 나노 시트형의 탄소질화물을 복수 개 포함하되, 복수 개의 탄소질화물 중 적어도 둘 이상의 탄소질화물이 불규칙적으로 연결되어 있으며, 복수 개의 탄소질화물 중 적어도 하나의 탄소질화물은 미세 기공을 포함할 수 있다. In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides an organic photocatalyst. The organic photocatalyst includes a plurality of nanosheet-shaped carbon nitrides, wherein at least two or more carbon nitrides among the plurality of carbon nitrides are irregularly connected, and at least one carbon nitride among the plurality of carbon nitrides may include micropores.
여기서, 나노 시트형이라 함은 두께 또는/및 크기가 나노미터 단위를 갖는 것을 의미하는 것으로, 본 발명에 따른 유기 광촉매는 판상형의 규칙적인 결정구조를 갖는 것이 아니라, 비정질(amorphous) 일 수 있다. 즉, 본 발명에서의 나노 시트형은 2차원 판상형을 의미하는 것이 아닐 수 있고, 그 크기 또는/및 두께가 나노미터 단위이기만 하면 평면형이거나 곡면형일 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 또한, 일 예로서, 이에 제한되는 것은 아니나, 나노 시트형의 탄소질화물은 육각 로제트(rosette)형일 수 있고, 구체적으로, 분리된 육각 로제트형이거나, 로제트형의 육각형 조합, 나선 조합, 또는 이들의 조합의 형태를 가질 수 있다.Here, the nanosheet type means that the thickness or/and size has a nanometer unit, and the organic photocatalyst according to the present invention may not have a plate-like regular crystal structure, but may be amorphous. That is, the nanosheet shape in the present invention may not mean a two-dimensional plate shape, and may be a flat or curved shape as long as the size or/and thickness is in nanometer units, but is not limited thereto. In addition, as an example, but not limited thereto, the nanosheet-like carbon nitride may be in the form of a hexagonal rosette, specifically, a separate hexagonal rosette, or a hexagonal combination of rosettes, a spiral combination, or a combination thereof. can have the form of
일 예로서, 시트형의 분리된 단일층의 탄소질화물 또는 이들이 적층된 다중층의 탄소질화물 중 적어도 둘 이상의 탄소질화물은 불규칙적으로 연결될 수 있다. 또한, 본 명세서에서, 탄소질화물들이 불규칙적으로(disordered) 연결되어 있다고 함은 각각의 시트형의 탄소질화물들이 방향성을 갖고 하나의 층씩 차례로 적층되는 것이 아니라, 무질서하게 탄소질화물들이 붙어 있되, 연결된 탄소질화물들 중 적어도 하나의 탄소질화물(들)이 두께 또는/및 크기가 나노미터 단위의 나노 시트 형태를 나타내는 것일 수 수 있다. For example, at least two or more carbon nitrides of sheet-like separated single-layer carbon nitrides or multi-layer carbon nitrides stacked thereon may be irregularly connected. In addition, in the present specification, when carbon nitrides are connected in a disordered manner, it is not that each sheet-like carbon nitride is sequentially stacked layer by layer with an orientation, but carbon nitrides are attached in a disorderly manner, and the carbon nitrides that are connected are connected. At least one of the carbon nitride(s) may be in the form of a nanosheet having a thickness or/and a size of nanometers.
이에 제한되는 것은 아니나, 일 예로서, 탄소질화물은 그래피틱 탄소 질화물(g-C3N4, graphitic carbon nitride)로, 육각형의 로제트형일 수 있고, 평면 삼각형의 3가 아민에 의하여 연결된 헵타진(트리-s-트리아진) 단위로 이루어진 물질일 수 있다. Although not limited thereto, as an example, the carbon nitride is graphitic carbon nitride (gC 3 N 4 , graphitic carbon nitride), which may be in the form of a hexagonal rosette, and heptazine (tri- s-triazine) unit.
하나의 예시에서, 유기 광촉매의 표면적이 250 m2/g 내지 1000 m2/g일 수 있고, 일 예로서, 270 m2/g 이상, 300 m2/g 이상, 330 m2/g 이상, 350 m2/g 이상, 370 m2/g 이상, 또는 400 m2/g 이상일 수 있고, 900 m2/g 이하, 800 m2/g 이하, 700 m2/g 이하, 600 m2/g 이하, 또는 500 m2/g 이하일 수 있다. 본 발명에 따른 유기 광촉매의 표면적은 아래 비교예에서 제시하고 있는 벌크 형태의 탄소질화물을 포함하는 유기광촉매에서 얻을 수 없는 수치에 해당하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 광촉매는 다공성 나노 시트를 포함하여, 광분해 반응을 위한 더 높은 활성 표면 사이트를 제공하고 전하 분리를 용이하게 하는 광 생성 전하 캐리어에 대해 더 짧은 확산 길이를 제공할 수 있고, 높은 표면적을 가짐으로써 표면 반응을 위한 충분한 활성 부위를 제공할 수 있다. In one example, the surface area of the organic photocatalyst may be 250 m 2 /g to 1000 m 2 /g, for example, 270 m 2 /g or more, 300 m 2 /g or more, 330 m 2 /g or more, 350 m 2 /g or more, 370 m 2 /g or more, or 400 m 2 /g or more, 900 m 2 /g or less, 800
하나의 예시에서, 적어도 하나의 나노 시트형의 탄소질화물은 1 내지 20 nm 두께를 가질 수 있다. 일 예로서, 2 nm 이상, 3 nm 이상, 5 nm 이상일 수 있고, 15 nm 이하, 10 nm 이하, 8 nm 이하, 5 nm 이하일 수 있다. 즉, 본 발명의 유기 광촉매는 벌크 상태가 아닌 나노 크기의 시트형 탄소질화물을 포함하여, 캐리어에 대해 더 짧은 확산 길이를 제공하여, 광촉매 효율이 기존 대비 개선될 수 있다. In one example, at least one nanosheet-like carbonitride may have a thickness of 1 to 20 nm. For example, it may be 2 nm or more, 3 nm or more, or 5 nm or more, and may be 15 nm or less, 10 nm or less, 8 nm or less, or 5 nm or less. That is, the organic photocatalyst of the present invention includes nano-sized sheet carbonitride, which is not in a bulk state, and provides a shorter diffusion length for carriers, so that the photocatalyst efficiency can be improved compared to conventional photocatalysts.
하나의 예시에서, 질소 원자수에 대한 탄소 원자수의 비율% (C/N)가 76.1 % 이상, 76.2 % 이상, 76.3 % 이상, 76.4 % 이상, 76.5 % 이상, 76.6 % 이상, 76.7 % 이상, 76.8 % 이상일 수 있고, 그 하한은 90 % 이하 또는 80 % 이하일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 광촉매는 시아누르산과 멜라민으로부터 형성되는 거대분자 조합체로부터 얻어진 것으로, 상기 전구체 형성시 시아누르산이나 멜라민 외에 추가의 탄소원이나 질소원을 포함하지 않을 수 있다. 즉, 상기 전구체로부터 얻어진 본원발명의 유기 광촉매는 탄소 원자수와 질소 원자수의 비율이 상기 범위를 만족함으로써, 광학, 전자 및 표면 특성이 개선될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 유기 광촉매는 금속을 포함하지 않는 금속 프리 광촉매일 수 있고, 별도의 금속을 포함하지 않으면서도 전하 분리가 개선될 수 있다.In one example, the ratio of the number of carbon atoms to the number of nitrogen atoms (C / N) is 76.1% or more, 76.2% or more, 76.3% or more, 76.4% or more, 76.5% or more, 76.6% or more, 76.7% or more, 76.8% or more, and the lower limit thereof may be 90% or less or 80% or less. As will be described later, the organic photocatalyst according to the present invention is obtained from a macromolecular combination formed from cyanuric acid and melamine, and may not include an additional carbon source or nitrogen source other than cyanuric acid or melamine during formation of the precursor. That is, when the ratio of the number of carbon atoms to the number of nitrogen atoms of the organic photocatalyst of the present invention obtained from the precursor satisfies the above range, optical, electronic and surface properties can be improved. Moreover, the organic photocatalyst of the present invention may be a metal-free photocatalyst that does not contain a metal, and charge separation may be improved without including a separate metal.
하나의 예시에서, 유기 광촉매는 다공성 물질로서, 복수 개의 탄소질화물 중적어도 하나의 탄소질화물은 미세 기공을 포함하는 것으로, 기공의 총 부피는 0.09 cm3/g 이상, 1 cm3/g 이상, 1.1 cm3/g 이상, 1.2 cm3/g 이상, 1.3 cm3/g 이상, 1.4 cm3/g 이상, 1.5 cm3/g 이상, 1.6 cm3/g 이상, 1.7 cm3/g 이상, 1.8 cm3/g 이상, 또는 1.85 cm3/g 이상일 수 있고, 그 상한은 크게 제한되지 않으나 5 cm3/g 이하일 수 있다. 또한, 하나의 예시에서, 유기 광촉매 내 형성되는 기공은 슬릿 모양이 아니라 균일한 원통 모양을 가질 수 있다. In one example, the organic photocatalyst is a porous material, and at least one carbon nitride among the plurality of carbon nitrides includes micropores, and the total volume of the pores is 0.09 cm 3 /g or more, 1 cm 3 /g or more, 1.1 cm 3 /g or more, 1.2 cm 3 /g or more, 1.3 cm 3 /g or more, 1.4 cm 3 /g or more, 1.5 cm 3 /g or more, 1.6 cm 3 /g or more, 1.7 cm 3 / g or more, 1.8 cm 3 /g or more, or 1.85 cm 3 /g or more, and the upper limit is not particularly limited, but may be 5 cm 3 /g or less. Also, in one example, pores formed in the organic photocatalyst may have a uniform cylindrical shape rather than a slit shape.
하나의 예시에서, X-선 회절(XRD) 분석시, 2θ가 13±0.5에서 (100) 피크 및 27±0.5에서 (002) 피크를 나타낼 수 있다. 13±0.5에서 나타나는 (100) 피크의 인텐시티를 I100, 27±0.5에서 나타나는 (002) 피크의 인텐시티를 I002라 할 때, 본 발명에 따른 유기 광촉매는 0.01 < I002/I100 < 7 을 만족할 수 있고, I002/I100 의 하한은 0.1 이상, 0.5 이상, 0.7 이상, 또는 1 이상일 수 있고, I002/I100 의 상한은 6 이하, 5 이하, 3 이하, 2 이하, 또는 1.5 이하일 수 있다본 발명에 따른 광촉매는 육각형 로제트형 나노 시트의 탄소질화물이 우수하게 박리되어, 벌크가 아닌 나노 구조일 수 있고, 이는 (002) 피크의 낮은 인텐시티를 나타내는 것을 통해 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광촉매는 나노 시트 크기가 작으며 질소 기공 거리 기존 구조 대비 짧을 수 있고, 이는 (100) 피크의 낮은 인텐시티를 나타내는 것을 통해 확인할수 있다. 일 예에서, XRD 분석은 3 kW 구리 밀봉 X-선 관(Cu-Closed X-ray tube)을 이용하여 0.1 도 단위로 2θ = 10 내지 80의 범위에서 Bruker社의 D8 Advance 모델을 이용하여 측정될 수 있다. In one example, upon X-ray diffraction (XRD) analysis, 2θ may exhibit a (100) peak at 13±0.5 and a (002) peak at 27±0.5. When the intensity of the (100) peak appearing at 13±0.5 is I 100 and the intensity of the (002) peak appearing at 27±0.5 is I 002 , the organic photocatalyst according to the present invention has 0.01 < I 002 /I 100 < 7 may be satisfied, the lower limit of I 002 /I 100 may be 0.1 or more, 0.5 or more, 0.7 or more, or 1 or more, and the upper limit of I 002 /I 100 may be 6 or less, 5 or less, 3 or less, 2 or less, or 1.5 or less. In the photocatalyst according to the present invention, the carbon nitride of the hexagonal rosette-type nanosheet is excellently exfoliated, and thus may be a non-bulk nanostructure, which can be confirmed by showing low intensity of the (002) peak. In addition, the photocatalyst according to the present invention has a small nanosheet size and a shorter nitrogen pore distance compared to the existing structure, which can be confirmed by showing low intensity of the (100) peak. In one example, XRD analysis can be measured using Bruker's D8 Advance model in the range of 2θ = 10 to 80 in 0.1 degree increments using a 3 kW copper sealed X-ray tube. can
하나의 예시에서, C 1s X선 광전자 분광(XPS) 분석시, N=C-N 결합에너지를 갖는 피크가 288.9±1 eV에서 나타나고, N-C-NH2 결합에너지를 갖는 피크가 287.9±1 eV에서 나타날 수 있다. 288.9±1 eV에서 나타나는 피크의 면적 A1, 288.9±1 eV에서 나타나는 피크의 면적을 A2라 할 때, 본 발명에 따른 유기 광촉매는 3 < A1/A2 < 45 를 나타낼 수 있고, 상기 피크 면적 비의 상한은 5 이상, 7 이상, 10 이상, 13 이상, 15 이상, 17 이상, 19 이상, 20 이상, 21 이상, 22 이상일 수 있고, 그 하한은 43 이하, 40 이하, 37 이하, 35 이하, 33 이하, 30 이하, 27 이하, 25 이하, 또는 23 이하일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 유기 광촉매는 잘 응축되어 있을 수 있다. In one example, during C 1s X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, a peak having N=CN binding energy appears at 288.9±1 eV, and a peak having NC-NH 2 binding energy may appear at 287.9±1 eV. there is. When the area A 1 of the peak appearing at 288.9±1 eV and the area of the peak appearing at 288.9±1 eV A 2 , the organic photocatalyst according to the present invention may represent 3 < A 1 /A 2 < 45, The upper limit of the peak area ratio may be 5 or more, 7 or more, 10 or more, 13 or more, 15 or more, 17 or more, 19 or more, 20 or more, 21 or more, 22 or more, and the lower limit is 43 or less, 40 or less, 37 or less, 35 or less, 33 or less, 30 or less, 27 or less, 25 or less, or 23 or less. That is, the organic photocatalyst according to the present invention may be well condensed.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 광촉매는 2.7 초과 3 eV이하, 2.8 이상 2.95 eV 이하의 밴드갭 에너지를 가질 수 있다. 이에 따라, 가시광성 조사 하에서 광 흡수 효율이 우수하여 촉매 활성을 나타낼 수 있다. In one example, the photocatalyst according to the present invention may have a bandgap energy of greater than 2.7 and less than 3 eV or greater than 2.8 and less than 2.95 eV. Accordingly, the light absorption efficiency is excellent under visible light irradiation, so that catalytic activity may be exhibited.
<유기 광촉매의 제조방법><Method for producing organic photocatalyst>
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 실시예는 유기 광촉매의제조방법을 제공한다. 유기 광촉매의 제조방법은 실온에서 수계 용매에 시아누르산과 멜라민을 혼합하여 전구체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 실온은 20 내지 28 °C, 일 예로서, 23 내지 25°C일 수 있고, 수계 용매는 물을 의미하는 것으로, 그 종류는 증류수나 탈이온수 등에 제한되지 않는다. In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a method for preparing an organic photocatalyst. The method for preparing the organic photocatalyst may include preparing a precursor by mixing cyanuric acid and melamine in an aqueous solvent at room temperature. In the present specification, room temperature may be 20 to 28 °C, for example, 23 to 25 °C, and the aqueous solvent means water, and the type is not limited to distilled water or deionized water.
일 예로서, 본 출원은 수계 용매에 시아누르산과 멜라민을 혼합하여 현탁액을 얻을 수 있고, 얻어진 현탁액을 실온에서 충분히 교반하여 형성된 결정을 원심분리시킨 뒤, 고온에서 건조시켜 백색 분말의 고도로 응축된 시아누르산-멜라민 거대분자 조합체를 얻을 수 있다. 시아누르산-멜라민 거대분자 조합체는 수소 결합을 통해 형성되는 자기조립체로, 비정형(amorphous)일 수 있다. 또한, 시아누르산-멜라민 거대분자 조합체는 매우 높은 안정성을 갖기 때문에, 시아누르산과 멜라민을 혼합하여 거대분자 조합체를 형성하는 과정에서 별도로 고온 조건이 필요하지 않고 실온에서 수행될 수 있다. As an example, the present application provides a suspension by mixing cyanuric acid and melamine in an aqueous solvent, sufficiently stirring the obtained suspension at room temperature, centrifuging the formed crystals, and drying at a high temperature to obtain highly condensed cyanuric acid as a white powder. A nuric acid-melamine macromolecular combination can be obtained. The cyanuric acid-melamine macromolecular assembly is a self-assembly formed through hydrogen bonding and may be amorphous. In addition, since the cyanuric acid-melamine macromolecular assembly has very high stability, the process of forming the macromolecular assembly by mixing cyanuric acid and melamine does not require a separate high-temperature condition and can be performed at room temperature.
본 출원은 유기 용매가 아닌 수계 용매를 이용하여 친환경적일 수 있으며, DMSO, 에탄올 등 유기 용매를 실질적으로 포함하지 않거나 유기 용매가 5 중량% 미만, 1 중량% 미만, 또는 0.05 중량% 미만으로 포함될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광촉매 전구체는 용매 이외에 시아누르산이나 멜라민 이외에 별도의 탄소원이나 질소원을 포함하지 않을 수 있다. 광촉매 전구체인 거대분자 조합체는 시아누르산과 멜라민의 수소 결합, 반데르발스 결합 등에 의하여 형성되는 안정성이 매우 우수한 구조로, 수소 결합 등의 민감성 때문에 별도의 탄소원이나 질소원을 포함하지 않는 것이 바람직할 수 있다. The present application may be environmentally friendly by using a water-based solvent rather than an organic solvent, and may not substantially contain organic solvents such as DMSO and ethanol, or may contain less than 5% by weight, less than 1% by weight, or less than 0.05% by weight of organic solvents. there is. In addition, the photocatalyst precursor according to the present invention may not include a separate carbon source or nitrogen source other than cyanuric acid or melamine in addition to the solvent. The macromolecular combination, which is a precursor of a photocatalyst, is a highly stable structure formed by hydrogen bonding, van der Waals bonding, etc. between cyanuric acid and melamine. .
다음으로, 광촉매의 제조 방법은 제조된 전구체를 열 축합중합하는 단계를 포함할 수 있다. 열 축합중합은 대기 분위기에서 수행될 수 있고, 실온에서 400 내지 700 °C, 450 내지 600 °C, 470 내지 550 °C, 또는 490 내지 520 °C 온도까지 5 내지 30°C/min 또는 10 내지 20°C/min로 승온시키는 것일 수 있다. Next, the method for preparing the photocatalyst may include thermal condensation polymerization of the prepared precursor. The thermal condensation polymerization can be carried out in an air atmosphere, from room temperature to 400 to 700 °C, 450 to 600 °C, 470 to 550 °C, or 490 to 520 °C at a rate of 5 to 30 °C/min or 10 to 520 °C. It may be to increase the temperature at 20°C/min.
또한, 광촉매의 제조 방법은 대기 분위기 하에서 400 내지 700 °C에서 하소하여 광촉매를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 하소가 수행되는 온도는 열 축합중합에서 승온시킨 온도와 동일할 수 있다. In addition, the method for preparing a photocatalyst may include preparing a photocatalyst by calcining at 400 to 700 °C in an air atmosphere. The temperature at which calcination is performed may be the same as the temperature raised in thermal condensation polymerization.
본 발명의 광촉매는 Ar 등 불활성 가스 분위기가 아닌 대기 분위기 하에서 120분 내지 240분 또는 150분 내지 210분 동안 하소단계를 수행함으로써, 표면적을 더욱 개선시킬 수 있다.The surface area of the photocatalyst of the present invention can be further improved by performing the calcination step for 120 to 240 minutes or 150 to 210 minutes under an air atmosphere other than an inert gas atmosphere such as Ar.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 신규한 초분자 자기조립체를 이용함으로써, 가시광선 하에서 광촉매 활성이 우수한 광촉매를 제공할 수 있다. 그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.As described above, by using the novel supramolecular self-assembly according to embodiments of the present invention, a photocatalyst having excellent photocatalytic activity under visible light can be provided. However, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 실시예 및 비교예에 따른 광촉매의 XRD 분석에 따른 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 및 비교예에 따른 광촉매의 FT-IR 분석에 따른 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 및 비교예에 따른 광촉매의 전계방출주사전자현미경(FESEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예에 따른 광촉매의 투과전자현미경(HRTEM) 이미지 및 제한시야 전자회절(selected area electron diffraction, SAED) 패턴을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 및 비교예에 따른 광촉매의 질소 흡착-탈착 분석을 통한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 N1s 및 C1s XPS 코어 수준 스펙트럼을 사용하여 실시예 및 비교예의 광촉매에 대한 XPS 조사 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 및 비교예의 광촉매에 따른 광전기 화학 분석에 따른 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 및 비교예의 광촉매의 전기 화학적 임피던스 분광법 (EIS) 분석에 따른 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 및 비교예의 광촉매 성능에 대한 결과를 나타낸 것이다.1 shows the results of XRD analysis of photocatalysts according to Examples and Comparative Examples.
2 shows the results of FT-IR analysis of photocatalysts according to Examples and Comparative Examples.
3 shows field emission scanning electron microscope (FESEM) images of photocatalysts according to Examples and Comparative Examples.
4 shows a transmission electron microscope (HRTEM) image and a selected area electron diffraction (SAED) pattern of a photocatalyst according to an embodiment.
5 shows the results of nitrogen adsorption-desorption analysis of photocatalysts according to Examples and Comparative Examples.
FIG. 6 shows XPS investigation results for the photocatalysts of Examples and Comparative Examples using N1s and C1s XPS core level spectra.
7 shows the results of photoelectrochemical analysis according to the photocatalysts of Examples and Comparative Examples.
8 shows the results of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis of photocatalysts of Examples and Comparative Examples.
9 shows the results of photocatalytic performance of Examples and Comparative Examples.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred experimental examples are presented to aid understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.
실시예Example
25°C에서 100 mL 증류수에 1:1의 몰 비로 시아누르산과 멜라민 총 5 g을 혼합하여 현탁액(suspension)의 수용액을 얻었다. 현탁액을 6 시간 동안 충분히 교반하여 헝성된 결정을 원심분리시킨 뒤, 70 °C 오븐에서 밤새 건조시켜 백색 분말의 거대분자 복합체를 얻었다. 얻어진 거대분자 복합체를 25°C에서 15°C/min의 가열속도로 500°C까지 가열하고, 500°C에서 3 시간동안 하소하여 광촉매를 얻었다. An aqueous solution of suspension was obtained by mixing a total of 5 g of cyanuric acid and melamine in 100 mL distilled water at 25 °C in a molar ratio of 1:1. The suspension was thoroughly stirred for 6 hours, and the formed crystals were centrifuged, and then dried in an oven at 70 °C overnight to obtain a white powdery macromolecular complex. The obtained macromolecular composite was heated from 25 °C to 500 °C at a heating rate of 15 °C/min, and calcined at 500 °C for 3 hours to obtain a photocatalyst.
비교예comparative example
멜라민 분말 5 g을 25°C에서 500°C까지 30분간 가열하고, 500°C에서 3 시간동안 하소하여 광촉매를 얻었다. 5 g of melamine powder was heated from 25 °C to 500 °C for 30 minutes and calcined at 500 °C for 3 hours to obtain a photocatalyst.
도 1은 실시예 및 비교예에 따른 광촉매의 XRD 분석에 따른 결과를 나타낸 것이다. 1 shows the results of XRD analysis of photocatalysts according to Examples and Comparative Examples.
XRD 분석은 0.1 도 단위로 2θ = 10 내지 80의 범위에서 Bruker社의 D8 Advance 모델을 이용하여 3 kW 구리 밀봉 X-선 관(Cu-Closed X-ray tube) 조건에서 측정한 것이다.XRD analysis was measured under the condition of a 3 kW Cu-Closed X-ray tube using Bruker's D8 Advance model in the range of 2θ = 10 to 80 in units of 0.1 degrees.
도 2는 실시예 및 비교예에 따른 광촉매의 FT-IR 분석에 따른 결과를 나타낸 것이다.2 shows the results of FT-IR analysis of photocatalysts according to Examples and Comparative Examples.
도 2를 통해, 실시예 및 비교예의 광촉매에 s-트리아진 단위의 존재를 809 cm-1의 피크를 통해 확인할 수 있다. 1200 - 1600 cm-1의 넓은 피크는 C-N 헤테로 사이클의 스트레칭 모드의 신호이고, 3000 - 3500 cm-1의 피크는 잔류 N-H 그룹과 표면에 흡착된 물에 해당하는 N-H 및 O-H 기의 스트레칭 진동을 나타내는 것이다.Through FIG. 2 , the presence of s-triazine units in the photocatalysts of Examples and Comparative Examples can be confirmed through a peak at 809 cm −1 . The broad peak at 1200 - 1600 cm -1 is a signal of the stretching mode of the CN heterocycle, and the peak at 3000 - 3500 cm -1 represents stretching vibrations of NH and OH groups corresponding to residual NH groups and adsorbed water on the surface. will be.
즉, 본 발명에 따른 광촉매는 시아누르산-멜라민 거대분자 조합체를 전구체로 이용함에 따라 광촉매 성능에 필수적인 π-컨쥬게이션 구조가 완전히 구축되고, 그래피틱 탄소 질화물(g-C3N4)의 주 골격이 변하지 않았음을 시사합니다.That is, as the photocatalyst according to the present invention uses the cyanuric acid-melamine macromolecular combination as a precursor, the π-conjugated structure essential for photocatalytic performance is completely established, and the main skeleton of graphitic carbon nitride (gC 3 N 4 ) is It shows that it hasn't changed.
도 3은 실시예 및 비교예에 따른 광촉매의 전계방출주사전자현미경(FESEM) 및 원자현미경(AFM) 이미지를 나타낸 것이다. 3 shows field emission scanning electron microscope (FESEM) and atomic force microscope (AFM) images of photocatalysts according to Examples and Comparative Examples.
도 3a 및 3b는 비교예에 따른 광촉매로서, 적층도가 높은 구조이나, 도 3c, 3d, 및 3e는 실시예에 따른 광촉매로서, 로제트형의 나노 시트들이 연결된 구조임을 확인할 수 있다. 나노시트의 두께는, SEM 및 3f 및 3g의 원자현미경(AFM; Atomic Force Microscopy) 이미지 및 그 결과 데이터를 참조하면, 최대 9 nm에 해당한다.3a and 3b are photocatalysts according to comparative examples, which have a high stacking degree, but FIGS. 3c, 3d, and 3e are photocatalysts according to embodiments, in which rosette-shaped nanosheets are connected. The thickness of the nanosheet corresponds to a maximum of 9 nm, referring to SEM and Atomic Force Microscopy (AFM) images of 3f and 3g and the resulting data.
도 4는 실시예에 따른 광촉매의 투과전자현미경(SRTEM) 이미지 및 제한시야 전자회절(selected area electron diffraction, SAED) 패턴을 나타낸 것이다.4 shows a transmission electron microscope (SRTEM) image and a selected area electron diffraction (SAED) pattern of a photocatalyst according to an embodiment.
도 4a~ 4d는 투과전자현미경 이미지로, 도 4a에서는 장미형(rosettes)의 육각 조합 구조, 도 4b에서는 고립(분리)된 장미형(rosettes), 도 4c에서는 로제트형의 나선 조합, 도 4d 및 4e에서는 육각 조합의 짜여진(interwoven) 또는 느슨한 구조일 수 있다 4a to 4d are transmission electron microscope images, in FIG. 4a, a hexagonal combination structure of rosettes, in FIG. 4b, isolated (separated) rosettes, in FIG. 4c, a rosette-shaped spiral combination, and in FIGS. 4d and 4e May be interwoven or loose structures of hexagonal combinations
또한, 4f는 제한시야전자회절 패턴을 나타낸 것으로, 반점이 없는 명확한 링 패턴은 본 발명에 따른 광촉매 나노 구조가 비정질 특성을 의미하는 것이다. In addition, 4f shows a limited-field electron diffraction pattern, and a clear ring pattern without spots indicates that the photocatalyst nanostructure according to the present invention is amorphous.
도 5는 실시예 및 비교예에 따른 광촉매의 질소 흡착-탈착 분석을 통한 결과를 나타낸 것으로, 실시예 및 비교예의 광촉매 모두 메조 포러스 구조를 갖는 것이나, 히스테리시스 루프의 유형을 살펴보면, 비교예의 광촉매은 H3형에 해당하나 실시예의 광촉매는 H1형에 해당하는 것임을 알 수 있다. 즉, 비교예의 광촉매는 슬릿 모양의 기공을 갖는 것이나, 실시예의 광촉매는 균일한 원통형의 원통형의 기공을 갖는 것임을 확인할 수 있다. 5 shows the results of nitrogen adsorption-desorption analysis of photocatalysts according to Examples and Comparative Examples. Both photocatalysts of Examples and Comparative Examples have mesoporous structures, but looking at the type of hysteresis loop, the photocatalysts of Comparative Examples are H3 type. However, it can be seen that the photocatalyst of the embodiment corresponds to the H1 type. That is, it can be confirmed that the photocatalysts of the comparative examples have slit-shaped pores, but the photocatalysts of the examples have uniform cylindrical pores.
아래 표 1은 실시예와 비교예의 광촉매에 대한 표면적과 기공 부피를 나타낸 것이다. 표면적과 기공크기 분포는 N2 흡착-탈착 등온선을 기반으로 한 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 방법으로 측정되었으며, 자동 물리흡착 분석기(Micrometrics社, ASAP 2020 모델)로 분석하였다.Table 1 below shows the surface area and pore volume of the photocatalysts of Examples and Comparative Examples. The surface area and pore size distribution were measured by the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method based on the N 2 adsorption-desorption isotherm and analyzed by an automatic physical adsorption analyzer (Micrometrics, ASAP 2020 model).
도 6은 N1s 및 C1s XPS 코어 수준 스펙트럼을 사용하여 실시예 및 비교예의 광촉매에 대한 XPS 조사 결과를 나타낸 것이다. FIG. 6 shows XPS investigation results for the photocatalysts of Examples and Comparative Examples using N1s and C1s XPS core level spectra.
도 6(a)에 나타난 XPS 결과는 N 1s, C 1s XPS 코어 수준 스펙트럼을 사용하여 실시예 및 비교예의 광촉매는 트리고날 질소를 통해 연결된 트라이진 단위의 존재를 확인하였다. 도 6(b)에서 볼 수 있듯이, N 1s 코어 수준 스펙트럼은 2개 (CN=C, 398.2 eV에서), 3개(N-C3, 399.1 eV에서) 및 1개의 배위 질소(C-NH2, 401.2 eV에서)에 해당하는 3 개의 피크를 나타내었다. 또한, 도 6(c)의 C 1s XPS 결과를 통해, C 1s 피크는 N=C-N 배위를 나타내는 287.9 eV와 N-C-NH2 배위를 나타내느 288.9 eV의 두 개의 분리된 피크로 디컨볼루트(deconvolute)되었다. C 1s 피크의 표면적을 비교하면, 실시예에서 N=C-N 배위와 C-NH2 배위의 비율이 비교예 대비 높은 것을 알 수 있다. 즉, 비교예 대비 본원 발명의 광촉매는 더 잘 응축되었음을 알 수 있다. The XPS results shown in FIG. 6 (a) confirmed the presence of trizine units linked through trigonal nitrogen in the photocatalysts of Examples and Comparative Examples using N 1s and C 1s XPS core level spectra. As shown in Fig. 6(b), the N 1s core level spectrum shows two (CN=C, at 398.2 eV), three (N-C3, at 399.1 eV) and one coordinating nitrogen (C-NH 2 , at 401.2 eV). In addition, through the C 1s XPS results in FIG. 6(c), the C 1s peak is deconvoluted into two separate peaks at 287.9 eV representing the N=CN coordination and 288.9 eV representing the NC-NH 2 coordination. ) became Comparing the surface area of the C 1s peak, it can be seen that the ratio of N=CN coordination and C-NH2 coordination in Examples is higher than that of Comparative Examples. That is, it can be seen that the photocatalyst of the present invention is better condensed than the comparative example.
아래 표 2는 XPS 분석에 따른 실시예 및 비교예 광촉매에 대한 원소 조성으로, 원자 비율(%) 및 C/N 원자 비율(%)을 나타낸 것이다. Table 2 below shows the elemental composition of the photocatalysts of Examples and Comparative Examples according to XPS analysis, showing atomic ratio (%) and C/N atomic ratio (%).
도 7은 실시예 및 비교예의 광촉매에 따른 광전기 화학 분석에 따른 결과를 나타낸 것이다. 광전기 화학 분석은 Versa STAT 3, Princeton Applied Research 장치를 사용하여 수행되었으며, 작업 전극, Pt 와이어 상대 전극 및 Ag / AgCl 기준 전극을 0.3 M KCl에 포함하는 표준 광전기 화학 셀과 함께 UV 차단 필터와 열 효과를 제거하기위한 물 필터가 장착 된 300W Xe 램프 ( 400 < λ <800 nm)를 모든 광전기 화학 (PEC) 측정에 사용하였다.7 shows the results of photoelectrochemical analysis according to the photocatalysts of Examples and Comparative Examples. Photoelectrochemical analysis was performed using a Versa STAT 3, Princeton Applied Research device, with a standard photoelectrochemical cell containing the working electrode, Pt wire counter electrode, and Ag/AgCl reference electrode in 0.3 M KCl, along with a UV cut-off filter and thermal effect. A 300 W Xe lamp (400 < λ < 800 nm) equipped with a water filter to remove PEC was used for all photoelectrochemical (PEC) measurements.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 광촉매는 가시광선하에서 비교예 보다 훨씬 높은 광전류를 생성하는 것임을 알 수 있다. 이는 광전류가 더 높은 실시예의 광촉매는 더 작고 넓은 나노 시트에서 수평 및 수직 방향으로 전하 확산 길이가 감소하여 벌크 구조 대비 더 높은 전하 이동성을 나타냄에 따른 것으로 추측된다. Referring to FIG. 7 , it can be seen that the photocatalyst according to the embodiment generates a photocurrent much higher than that of the comparative example under visible light. This is presumably because the photocatalyst of the embodiment having a higher photocurrent exhibits higher charge mobility than the bulk structure because the charge diffusion length decreases in the horizontal and vertical directions in the smaller and wider nanosheet.
도 8은 실시예 및 비교예의 광촉매의 전기 화학적 임피던스 분광법 (EIS) 분석에 따른 결과를 나타낸 것이다. 전기 화학적 임피던스 분광법 (EIS)은 빛 조명 하에서 Na2S 및 Na2SO4 용액에서 0.7 V (vs. Ag / AgCl)에서 0.05 내지 100 kHz의 주파수 범위에서 수행되었다.8 shows the results of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis of photocatalysts of Examples and Comparative Examples. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was performed in the frequency range from 0.05 to 100 kHz at 0.7 V (vs. Ag/AgCl) in Na 2 S and Na 2 SO 4 solutions under light illumination.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 Nyquist 플롯의 억제된(suppressed) 아크 직경은 전하 캐리어가 표면에서 전해질로 이동할 때 촉매의 계면에서 전하 이동이 감소했음을 알 수 있다. Referring to FIG. 8 , the suppressed arc diameter of the Nyquist plot according to the example shows that the charge transfer at the interface of the catalyst is reduced when charge carriers move from the surface to the electrolyte.
도 9는 실시예 및 비교예의 광촉매 성능에 대한 결과를 나타낸 것이다.9 shows the results of photocatalytic performance of Examples and Comparative Examples.
20 mg의 실시예 및 비교예에 따른 촉매를 각각 20 mg/L의 농도를 갖는 로다민 B 수용액 20 mL 에 각각 첨가하여 로다민 B 수용액을 준비하였다. 또한, 20 mg의 실시예 및 비교예에 따른 촉매를 각각 20 mg/L의 농도를 갖는 테트라사이클린(Tetracycline, TC) 수용액 20 mL 에 각각 첨가하여 테트라사이클린 수용액을 준비하였다. 각각의 현탁액을 15분 동안 충분히 교반한 뒤, UV 차단 필터와 IR 워터 필터 (400 < λ < 800 nm)가 장착 된 300 W Xe 램프의 조명 하에서 표적 오염 물질 인 로다민 B 및 테트라사이클린의 광분해를 수행하였다. 도 9(a)는 로다민 B 수용액에 대한 결과이고, 9(b)는 테트라사이클린 수용액에 대한 결과를 나타낸 것이다.An aqueous solution of rhodamine B was prepared by adding 20 mg of the catalysts according to Examples and Comparative Examples to 20 mL of an aqueous solution of rhodamine B having a concentration of 20 mg/L, respectively. In addition, 20 mg of the catalyst according to Examples and Comparative Examples was added to 20 mL of an aqueous solution of tetracycline (TC) having a concentration of 20 mg/L, respectively, to prepare an aqueous solution of tetracycline. After each suspension was thoroughly stirred for 15 minutes, photolysis of rhodamine B and tetracycline, which were target contaminants, was observed under the illumination of a 300 W Xe lamp equipped with a UV cut-off filter and an IR water filter (400 < λ < 800 nm). performed. Figure 9 (a) shows the results of the rhodamine B aqueous solution, and 9 (b) shows the results of the tetracycline aqueous solution.
로다민 B의 광분해는 광촉매없이 거의 수행할 수 없었으나, 비교예의 경우, 90 분의 가시광선 조사로 광분해가 달성되었다. 실시예의 경우, 15분 만에 오염물을 온전히 분해시킬 수 있었다.Photolysis of rhodamine B could hardly be performed without a photocatalyst, but in the case of the comparative example, photolysis was achieved with visible light irradiation for 90 minutes. In the case of the embodiment, contaminants could be completely decomposed in 15 minutes.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the above embodiments, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will be able to.
Claims (15)
복수 개의 탄소질화물 중 적어도 하나의 탄소질화물은 미세 기공을 포함하고,
표면적이 350 m2/g 내지 1000 m2/g 이며,
기공의 총 부피는 1.4 cm3/g 내지 5 cm3/g인 유기 광촉매.
A plurality of carbon nitrides in the form of nanosheets are included, but at least two or more carbon nitrides among the plurality of carbon nitrides are irregularly connected,
At least one carbon nitride among the plurality of carbon nitrides includes micropores,
a surface area of 350 m 2 /g to 1000 m 2 /g;
An organic photocatalyst having a total pore volume of 1.4 cm 3 /g to 5 cm 3 /g.
질소 원자수에 대한 탄소 원자수의 비율% (C/N)가 76.1 % 이상인 유기 광촉매.
According to claim 1,
An organic photocatalyst having a ratio of the number of carbon atoms to the number of nitrogen atoms (C/N) of 76.1% or more.
금속을 포함하지 않는 유기 광촉매.
According to claim 1,
Metal-free organic photocatalyst.
적어도 하나의 미세기공은 원통 모양을 갖는 유기 광촉매.
According to claim 1,
An organic photocatalyst wherein at least one micropore has a cylindrical shape.
적어도 하나의 나노 시트 형상의 분리된 탄소질화물은 1 내지 20 nm 두께를 갖는 유기 광촉매.
According to claim 1,
An organic photocatalyst wherein at least one nanosheet-shaped separated carbonitride has a thickness of 1 to 20 nm.
시아누르산과 멜라민으로부터 형성되는 거대분자 조합체를 전구체로 이용하는 유기 광촉매.
According to claim 1,
An organic photocatalyst using a macromolecular combination formed from cyanuric acid and melamine as a precursor.
X-선 회절(XRD) 분석시, 13±0.5에서 나타나는 (100) 피크의 인텐시티를 I100, 27±0.5에서 나타나는 (002) 피크의 인텐시티를 I002라 할 때, 0.01 < I002/I100 < 7 를 만족하는 유기 광촉매.
According to claim 1,
In X-ray diffraction (XRD) analysis, when the intensity of the (100) peak appearing at 13±0.5 is I 100 and the intensity of the (002) peak appearing at 27±0.5 is I 002 , 0.01 < I 002 /I 100 An organic photocatalyst that satisfies <7.
C 1s X선 광전자 분광(XPS) 분석시, 288.9±1 eV에서 나타나는 피크의 면적 A1, 288.9±1 eV에서 나타나는 피크의 면적을 A2라 할 때, 3 < A1/A2 < 45 를 나타내는 유기 광촉매.
According to claim 1,
In C 1s X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, when A 1 is the area of the peak appearing at 288.9±1 eV and A 2 is the area of the peak appearing at 288.9±1 eV, 3 < A 1 /A 2 < 45 represents an organic photocatalyst.
가시광선 조사 하에서 촉매 활성을 나타내는 유기 광촉매.
According to claim 1,
An organic photocatalyst exhibiting catalytic activity under visible light irradiation.
전구체를 열 축합중합하는 단계; 및
400 내지 700°C에서 하소하여 유기 광촉매를 제조하는 단계를 포함하는, 제1항의 유기 광촉매 제조방법.
Preparing a precursor by mixing cyanuric acid and melamine in an aqueous solvent;
thermal condensation polymerization of the precursor; and
A method for preparing an organic photocatalyst according to claim 1, comprising the step of preparing an organic photocatalyst by calcining at 400 to 700 °C.
열 축합중합은 단계는 실온에서 400 내지 700 °C까지 승온시키는 것인 유기 광촉매 제조방법.
According to claim 11,
The thermal condensation polymerization step is an organic photocatalyst production method in which the temperature is raised from room temperature to 400 to 700 °C.
수계 용매는 물, 증류수, 또는 탈이온수를 포함하는 유기 광촉매 제조방법.
According to claim 11,
An organic photocatalyst manufacturing method in which the aqueous solvent includes water, distilled water, or deionized water.
하소 단계는 대기 분위기 하에서 수행되는 광촉매 제조방법.
According to claim 11,
A photocatalyst manufacturing method in which the calcination step is performed under an atmospheric atmosphere.
하소 단계는 120 내지 240분 동안 수행되는 광촉매 제조방법.
According to claim 11,
A photocatalyst manufacturing method in which the calcination step is performed for 120 to 240 minutes.
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| KR1020210105938A KR102549079B1 (en) | 2021-08-11 | 2021-08-11 | Organic photocatalyst and Method for preparing same |
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| Title |
|---|
| Hossein Fattahimoghaddam 외, ACS Sustainable Chem. Eng., 2021, 9, 4520~4530 (2021.03.16.) |
| Nhu-Nang Vu 외, ChemSusChem, 2019, 12, 291~302 (2018.12.09.) |
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|---|---|
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