KR20090080776A - 이산화티탄 나노튜브의 제조방법, 이산화티탄 나노튜브,이를 이용한 광전기화학전지, 및 상기 광전기화학전지를이용한 수소 생산방법 - Google Patents
이산화티탄 나노튜브의 제조방법, 이산화티탄 나노튜브,이를 이용한 광전기화학전지, 및 상기 광전기화학전지를이용한 수소 생산방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 이산화티탄 나노튜브의 제조방법, 이산화티탄 나노튜브, 이를 이용한 광전기화학전지, 및 상기 광전기화학전지를 이용한 수소 생산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 티타늄 호일을 전처리하는 제1단계; 전처리된 티타늄 호일을 양극산화법으로 산화하는 제2단계; 산화된 티타늄 호일을 세척, 건조하는 제3단계; 및 건조된 티타늄 호일을 나노튜브로 제조하는 제4단계를 포함하여 이루어진 이산화티탄 나노튜브의 제조방법, 및 기공의 직경과 깊이가 조절된 이산화티탄 나노튜브에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이산화티탄 나노튜브를 이용한 물분해용 광전기화학전지, 및 이를 이용하여 수소 생산량을 증가시키는 수소 생산방법에 관한 것이다.
이산화티탄, 광촉매, 나노튜브, 수소, 물분해
Description
본 발명은 양극산화 시간과 전압을 조절하는 이산화티탄 나노튜브의 제조방법, 상기 제조방법으로 제조되어 기공의 직경과 깊이가 조절된 이산화티탄 나노튜브, 이산화티탄 나노튜브로 형성된 광전기화학전지 및 상기 광전기화학전지를 이용한 수소 생산방법에 관한 것이다.
수소는 화학제품의 원료 및 화학공장의 공정가스로 널리 사용되고 있으며, 최근에는 미래의 에너지기술인 연료전지의 원료로서 그 수요가 증대되고 있다. 또한 현재 인류가 당면하고 있는 환경문제 및 화석연료의 가격상승이나 고갈의 문제점을 해결할 수 있는 가장 유력하고 유일한 대안으로 평가되고 있으며, 특히 21세기에는 지구온난화와 대기오염의 대비 및 에너지 안보와 자급 차원에서 수소의 제조, 저장 및 이용에 관한 연구가 전세계적으로 활발하게 진행되고 있다.
수소를 제조하는 기술 중 하나로서, 물을 광분해하여 수소를 얻고자 하는 기술은 절대 에너지원인 태양과 무한정한 자원인 물을 직접 이용할 수 있다는 측면에서 장래 인류의 가장 이상적인 기술이라고 할 수 있다. 특히, 이산화티탄(TiO2) 나노 입자의 광촉매 작용에 의한 물분해 기술은 미래의 수소 경제를 위해 저가의 친환경적인 태양-수소 생산 기술의 잠재성을 지니고 있다.
그러나 현재 태양-수소 에너지 전환율은 너무 낮아 경제적이지 못하며, 광생성된 전자/홀 쌍이 빠르게 재조합되고 역반응이 쉽게 일어나며 가시광에 의한 TiO2의 활성화가 낮다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 TiO2 나노튜브를 제조하여 물분해에 사용하고 있다. 나노튜브 형태는 빛의 산란을 증가시켜 빛의 흡수율을 높을 수 있을 뿐만 아니라, 전자들이 자유로운 상태로더 오래 있을 수 있기 때문에 기존의 박막형의 TiO2 보다 효율이 약 5배 정도 높다.
한편, 물분해 기술은 크게 입자 형태의 광촉매(photocatalyst)를 이용하는 방법과 광전극(photoelectrode) 형태를 이용하는 광전기화학적인 방법으로 구분할 수 있다. 광전기화학적인 방법은 광전극으로 빛이 조사되면 밴드갭(bandgap) 이상의 광자는 흡수되어 전자-정공 쌍을 생성하는데, 정공은 n형 반도체 표면에서 물을 직접 산화시켜 산소를 발생하고 전자는 외부회로를 통해 흘러 상대전극에서 수소를 발생하게 되는 방법이다. 따라서 광전기화학적인 방법에서는 수소와 산소의 분리 생성이 가능하고, 또한 효율을 높이기 위해 광전극에 인위적인 바이어스 전압(bias voltage)을 걸어줄 수도 있다.
본 발명에서는 공정 조건을 조절함으로써 TiO2 나노튜브의 기공의 직경 및 깊이를 조절하고, 이를 물분해용 광전극으로 적용하는 경우 수소의 생산량을 증가시킬 수 있는 TiO2 나노튜브를 제조하고자 한다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 양극산화 시간과 전압과 같은 공정조건을 조절함으로써 이산화티탄 나노튜브의 기공의 직경과 깊이를 조절할 수 있는 이산화티탄 나노튜브의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 이산화티탄 나노튜브를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 이산화티탄 나노튜브로 형성된 광전극을 포함하는 물분해용 광전기화학전지를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 물분해용 광전기화학전지를 이용하여 수소 생산량을 증가시키는 수소 생산방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기의 목적을 달성하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 이산화티탄 나노튜브를 제조시 양극산화 공정의 조건을 조절하는 경우 이산화티탄 나 노튜브의 기공의 직경 및 깊이가 조절되며, 이를 물분해용 광전극으로 적용시 수소의 생산량이 증가하는 것을 확인하고, 이를 통하여 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명은 티타늄 호일을 전처리하는 제1단계; 전처리된 티타늄 호일을 양극산화법으로 산화하는 제2단계; 산화된 티타늄 호일을 세척, 건조하는 제3단계; 및 건조된 티타늄 호일을 나노튜브로 제조하는 제4단계를 포함하여 이루어진 이산화티탄 나노튜브의 제조방법을 제공한다.
상기 제2단계의 양극산화에 사용되는 전해질은 0.5 중량%의 플루오르화 수소산(HF)과 아세트산이 7:1의 비율로 혼합된 것일 수 있다.
상기 제2단계는 전해질의 온도를 10 내지 15 ℃로 유지하여 교반하며, 일정전압 3 내지 20 V에서 5 내지 120분 동안 수행되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조되어, 기공의 평균직경이 20 내지 70 ㎚이며, 깊이가 약 100 내지 1000 ㎚인 이산화티탄 나노튜브를 제공한다.
상기 이산화티탄 나노튜브는 물분해용 광촉매 또는 광전극으로 사용될 수 있다.
또한 본 발명은 물의 광분해용 광전기화학전지로서, 이산화티탄 나노튜브로 형성된 광전극, 및 백금 망으로 형성된 보조전극을 포함하며, 상기 광전극과 보조전극이 구리선으로 연결되어 있는 물의 광분해용 광전기화학전지를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 광전기화학전지를 이용하여 물을 광분해하여 수소를 생산하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 양극산화 시간과 전압을 조절함으로써 기공의 직경과 깊이가 조절된 이산화티탄 나노튜브를 제조할 수 있다. 제조된 이산화티탄 나노튜브를 물분해용 광전극으로 적용시 전해용액과의 접촉 면적이 증가하게 되어 수소의 생산량을 증가시킨다.
본 발명은 이산화티탄 나노튜브의 제조방법, 상기 제조방법으로 제조되어 기공의 직경과 깊이가 조절된 이산화티탄 나노튜브, 상기 이산화티탄 나노튜브를 이용한 광전기화학전지, 및 상기 광전기화학전지를 이용한 수소 생산방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 이산화티탄 나노튜브의 제조방법은 티타늄 호일을 전처리하는 제1단계; 전처리된 티타늄 호일을 양극산화법으로 산화하는 제2단계; 산화된 티타늄 호일을 세척, 건조하는 제3단계; 및 건조된 티타늄 호일을 나노튜브로 제조하는 제4단계를 포함하여 이루어진다.
제1단계는 이산화티탄 나노튜브로 제조하기 위한 양극산화를 수행하기 전에, 유기물 오염 방지를 위하여 티타늄 호일을 전처리하기 위한 단계이다.
구체적으로, 제1단계는 티타늄 호일을 증류수에서 5 내지 10분 동안 초음파분해(sonication) 처리하는 1-1단계; 처리된 티타늄 호일을 아세톤에서 10 내지 20분 동안 초음파분해 처리하는 1-2단계; 처리된 티타늄 호일을 증류수에서 10 내지 20분 동안 초음파분해 처리하는 1-3단계; 및 처리된 티타늄 호일을 질소 가스로 건조하는 1-4단계를 포함하여 이루어진다.
상기 티타늄 호일은 두께가 0.25 ㎜이며, 가로 45 내지 55 ㎜이고, 세로 45 내지 55 ㎜ 크기인 것을 사용할 수 있다.
제2단계는 제1단계에서 전처리된 티타늄 호일을 양극산화법으로 산화하는 단계이다.
상기 양극산화에 사용되는 전해질은 0.5 중량%의 플루오르화 수소산(HF)과 아세트산이 7:1의 부피 비율로 혼합된 것이 바람직하다. 플루오르화 수소산과 아세트산을 상기와 같은 비율로 혼합하여 사용하는 경우에는, 플루오르화 수소산(HF)을 단독으로 사용하는 경우와 비교하여 이산화티탄 나노튜브의 형상과 크기에는 변화가 없으면서도 기계적으로 단단한 성질을 갖는 이산화티탄 나노튜브의 생성이 가능하다.
상기 양극산화에 사용되는 귀금속은 백금, 금, 및 은으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 제2단계는 전해질에 제1단계에서 전처리된 티타늄 호일과 귀금속을 각각 (+)극과 (-)극에 연결하여 직류 전압 공급장치(direct current power supply)로 일정전압 3 내지 20 V, 바람직하게는 5 내지 20 V에서 5 내지 120분, 바람직하게는 20 내지 120분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 양극산화 전압이 3 V 미만인 경우에는 튜브가 제대로 형성되지 못하는 문제점이 있으며, 20 V를 초과하는 경우에는 오히려 이산화티탄 나노튜브가 녹아내리는 경향이 있다. 또한, 양극산화 시간이 5분 미만인 경우에는 튜브가 제대로 형성되지 못하는 문제점이 있다.
또한, 상기 제2단계는 전해질의 온도를 10 내지 15 ℃로 유지하여, 마그네틱 바를 이용하여 계속 교반하면서 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 금속과 전해질의 계면 사이에서 이중층(double layer)의 두께를 감소시키고 티타늄 전극 표면상의 국부적인 전류 밀도(local current density)와 온도를 균일하게 유지할 수 있게 된다.
제3단계는 제2단계에서 산화된 티타늄 호일을 세척, 건조하는 단계로서, 증류수로 세척한 후 질소 가스로 건조할 수 있다.
제4단계는 제3단계에서 건조된 티타늄 호일을 나노튜브로 제조하는 단계이다.
구체적으로, 제4단계는 건조된 티타늄 호일을 가열로에 넣고 산소 분위기 하에서 열처리 온도로 승온하는 4-1단계; 열처리 온도에서 열처리하는 4-2단계; 및 열처리된 티타늄 호일을 냉각하는 4-3단계를 포함하여 이루어진다.
4-1단계는 10 내지 20 ℃/min의 승온속도로 열처리 온도인 350 내지 450 ℃까지 승온하는 것이 바람직하다.
4-2단계는 열처리 온도에서 4 내지 8 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
4-3단계는 열처리가 완료된 후 4-1단계의 승온속도와 동일한 냉각속도로 냉 각하여 수행할 수 있다.
상기와 같은 제1단계 내지 제4단계를 포함하여 이루어진 이산화티탄 나노튜브의 제조방법은 양극산화의 시간과 전압을 조절함으로써, 물분해용 광전극으로 적용시 수소 생산의 효율을 높일 수 있는 이산화티탄 나노튜브를 제조할 수 있게 한다.
본 발명의 이산화티탄 나노튜브는 상기 제조방법으로 제조되어, 기공의 직경과 깊이(depth)가 조절된 나노튜브이다.
상기 이산화티탄 나노튜브의 기공의 평균직경은 20 내지 70 ㎚, 바람직하게는 60 내지 70 ㎚이며, 깊이는 100 내지 1000 ㎚, 바람직하게는 600 내지 1000 ㎚이다. 이산화티탄 나노튜브의 평균직경이 크고, 깊이가 깊은 경우에는 물분해용 광전극에 적용시 전해질과의 접촉 면적이 증가하게 되어 수소 생산 효율을 증가시킨다.
상기 이산화티탄 나노튜브는 물분해용 광촉매 또는 광전극으로 사용할 수 있다.
본 발명의 광전기화학전지(photoelectrochemical(PEC) cell)는 물의 광분해에 이용되는 것으로서, 상기 이산화티탄 나노튜브로 형성된 광전극(photoelectrode)과 백금 망(Pt mesh)으로 형성된 보조전극(counter electrode)을 포함하며, 상기 광전극과 보조전극이 구리선(Cu wire)으로 연결된 것을 특징으 로 한다.
즉, 상기 광전기화학전지는 양극인 광전극과 음극인 보조 전극을 각각 제조하고, 이들을 전선으로 연결하여 제조한 것이다. 이때, 전도성 에폭시계 접착제와 금속용 비전도성 에폭시계 접착제를 사용하여 전선을 연결할 수 있다. 도 1에 광전기화학전지의 정면사진(a)과 상부사진(b)을 나타내었다.
본 발명의 수소 생산방법은 상기 광전기화학전지를 이용하여 물을 광분해하여 수소를 생산하는 방법이다.
보다 상세하게, 물의 광분해 반응은 도 1에 나타낸 바와 같은 광전기화학전지를 반응기에 넣은 장치에서 수행될 수 있다. 이때, 반응기는 부피가 83 ㎖인 서스(SUS) 재질의 반응기로서 정면의 창이 석영유리(quartz glass)로 구성되어 있는 것을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2에 물분해 장치의 사진을 나타내었다.
전해질로는 0.01 N KOH와 1.0 mM KI 혼합용액 45 ㎖를 끓여서 탈기한 후 아르곤 가스로 충진하여 냉각시킨 용액을 사용할 수 있다.
광원으로는 400 W의 고전압 수은 램프를 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 전해질을 반응기에 인입한 후, 반응기를 아르곤 가스로 30분 동안 재충진하고, 셉텀(septum)을 이용하여 반응기를 단단히 밀폐시킨다. 이후, 가스크로마토그래피(gas chromatography, GC)를 이용하여 완전히 충진된 것을 확인한 후에 광원을 사용하여 광반응을 수행함으로써 물분해 반응을 할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
<실시예 1 내지 8. 양극산화 시간에 따른 TiO2 나노튜브의 형성>
실시예 1
두께가 0.25 ㎜이며, 가로 50 ㎜이고, 세로 50 ㎜ 크기인 티타늄 호일(99.5%, Alpa Aesar사 제조)을 준비하였다. 티타늄 호일을 증류수와 아세톤에서 각각 10분 동안 초음파분해 처리하여 세척한 후, 질소 가스를 이용하여 건조하였다.
건조된 티타늄 호일을 양극산화하기 위하여 0.5 중량%의 HF(50%, J.T.Baker사 제조)과 아세톤을 7:1로 혼합하여 전해질을 제조하였다.
건조된 티타늄 호일과 귀금속인 백금을 각각 (+)극과 (-)극에 연결하여 직류 전압 공급장치(direct current power supply)로 20 V로 일정하게 유지되게 하면서, 5분 동안 양극산화하였다. 이때, 전해질의 온도는 15 ℃로 일정하게 유지하면서 마그네틱바를 이용하여 계속 혼합하여 주었다.
양극산화가 완료되어 산화된 티타늄 호일을 증류수로 세척하고 질소 가스로 건조시켰다.
건조된 티타늄 호일을 가열로에 넣고 산소 분위기 하에서 10 ℃/min의 승온속도로 열처리 온도인 400 ℃까지 승온한 후, 400 ℃에서 6시간 동안 반응시켰다. 이후, 다시 10 ℃/min의 냉각속도로 냉각하여 이산화티탄 나노튜브를 수득하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 양극산화를 10분 동안 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 양극산화를 20분 동안 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 양극산화를 40분 동안 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서 양극산화를 60분 동안 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 6
상기 실시예 1에서 양극산화를 80분 동안 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 7
상기 실시예 1에서 양극산화를 100분 동안 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 8
상기 실시예 1에서 양극산화를 120분 동안 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
상기 실시예 1 내지 8에서 제조된 이산화티탄 나노튜브의 기공의 평균직경과 깊이를 측정하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 양극산화 시간이 길어질수록 제조되는 이산화티탄 나노튜브의 깊이는 길어지는 반면, 기공의 평균직경은 약 40분 이후부터는 거의 일정하였다. 이를 통하여, 일정시간 이후에는 양극산화가 깊이에 주로 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 물분해 반응에 사용되는 광촉매는 전해질과의 접촉 면적이 넓어야 하기 때문에 깊이의 길이가 길어질수록 유리하다. 그러나, 양극산화 시간이 길어짐에 따라 기공의 평균직경은 일정하게 유지되므로, 공정의 효율성을 고려하여 양극산화 시간은 약 120분인 것이 바람직하다.
또한, 실시예 8에서 제조된 이산화티탄 나노튜브를 전자주사현미경(SEM)으로 분석하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, (a)와 (b)의 상부사진, (c)의 측면사진을 통하여 균일한 크기의 나노튜브가 성장된 것을 알 수 있었다.
<실시예 9 내지 12. 양극산화 전압에 따른 TiO2 나노튜브의 형성>
실시예 9
직류 전압 공급장치(direct current power supply)로 양극산화 전압을 3 V로 일정하게 유지되게 하면서, 60분 동안 양극산화를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 10
직류 전압 공급장치(direct current power supply)로 양극산화 전압을 5 V로 일정하게 유지되게 하면서, 60분 동안 양극산화를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 11
직류 전압 공급장치(direct current power supply)로 양극산화 전압을 10 V로 일정하게 유지되게 하면서, 60분 동안 양극산화를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 12
직류 전압 공급장치(direct current power supply)로 양극산화 전압을 15 V로 일정하게 유지되게 하면서, 60분 동안 양극산화를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 13
직류 전압 공급장치(direct current power supply)로 양극산화 전압을 23 V로 일정하게 유지되게 하면서, 60분 동안 양극산화를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
상기 실시예 5, 9 내지 13에서 제조된 이산화티탄 나노튜브의 기공의 평균직경과 깊이를 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 양극산화 전압에 따른 영향은 양극산화 시간에 따른 영향에서와 유사한 결과를 나타내었다. 구체적으로, 양극산화 전압이 증가할수록 제조되는 이산화티탄 나노튜브의 깊이는 길어지는 반면, 기공의 평균직경은 증가율은 점차 작아지는 것을 알 수 있었다. 그러나, 양극산화 전압이 20 V를 초과하는 경우(23 V)에는 오히려 나노튜브가 녹아내리는 경향을 나타내었다. 따라서, 공정상의 효율과 나노튜브의 형성을 고려하여 양극산화 전압은 약 20 V인 것이 바람직하다.
<실시예 14 및 15. TiO2 나노튜브를 이용한 물분해 반응>
실시예 14
실시예 5에서 제조된 이산화티탄 나노튜브를 광전극으로, 백금 망을 보조전극으로 이용하고, 이들을 전도성 에폭시계 접착제와 금속용 비전도성 에폭시계 접착제를 사용하여 구리선과 연결하여 광전기화학전지를 제조하였다.
제조된 광전기화학전지를 부피가 83 ㎖인 서스(SUS) 재질이며, 정면창이 석영유리로 구성되어 있는 반응기에 넣어 물분해 장치를 구비하였다.
0.01 N KOH와 1.0 mM KI 혼합용액 45 ㎖를 끓여서 탈기한 후 아르곤 가스로 충진하여 냉각시켜 제조한 전해질을 반응기에 인입한 후, 반응기를 아르곤 가스로 30분 동안 재충진하고, 셉텀(septum)을 이용하여 반응기를 단단히 밀폐시켰다. 이어서, 가스크로마토그래피(GC)를 이용하여 반응기가 완전히 충진된 것을 확인한 후에 광원으로 400 W의 고전압 수은 램프를 이용하여 광반응을 수행하였다.
실시예 15
상기 실시예 14에서 광전극으로 실시예 8에서 제조된 이산화티탄 나노튜브를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 14와 동일한 방법으로 실시하였다.
상기 실시예 14 및 실시예 15의 물분해 반응에 따른 수소 생성량을 측정하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 양극산화 시간을 길게 하여 제조한 이산화티탄 나노튜브를 이용하는 경우, 물분해 반응에서 수소 생성량이 증가되는 것을 확인하였다. 즉, 양극산화 시간이 길어질수록 이산화티탄 나노튜브의 깊이가 길어지며, 이에 따라 전해질과 접촉하는 표면적이 넓어지게 되어 수소의 생성량 또한 증가하게 되는 것을 알 수 있었다.
도 1a는 본 발명에 따른 이산화티탄 나노튜브로 형성된 광전극이 구비된 광전기화학전지의 정면사진이고,
도 1b는 본 발명에 따른 이산화티탄 나노튜브로 형성된 광전극이 구비된 광전기화학전지의 상부사진이며,
도 2는 본 발명에 따른 광전기화학전지가 구비된 물분해 장치의 사진이고,
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 8의 양극산화 시간에 따른 이산화티탄 나노튜브의 기공의 평균직경과 깊이를 도시한 그래프이며,
도 4는 본 발명의 실시예 8에 따른 이산화티탄 나노튜브의 (a) 상부(ㅧ 10,000배율), (b) 상부(ㅧ 100,000배율), (c) 측면(ㅧ 100,000배율)의 주사현미경사진이고,
도 5는 본 발명의 실시예 5, 9 내지 13의 양극산화 전압에 따른 이산화티탄 나노튜브의 기공의 평균직경과 깊이를 도시한 그래프이며,
도 6은 본 발명의 실시예 14 및 15의 물분해 반응에 따른 수소 생성량을 도시한 그래프이다.
Claims (14)
- 티타늄 호일을 전처리하는 제1단계;전처리된 티타늄 호일을 양극산화법으로 산화하는 제2단계;산화된 티타늄 호일을 세척, 건조하는 제3단계; 및건조된 티타늄 호일을 나노튜브로 제조하는 제4단계를 포함하여 이루어진 이산화티탄 나노튜브의 제조방법.
- 제1항에 있어서,티타늄 호일을 전처리하는 제1단계는,티타늄 호일을 증류수에서 5 내지 10 분 동안 초음파분해 처리하는 1-1단계;처리된 티타늄 호일을 아세톤에서 10 내지 20 분 동안 초음파분해 처리하는 1-2단계;처리된 티타늄 호일을 증류수에서 10 내지 20분 동안 초음파분해 처리하는 1-3단계; 및처리된 티타늄 호일을 질소 가스로 건조하는 1-4단계를 포함하여 이루어진 이산화티탄 나노튜브의 제조방법.
- 제1항 또는 2항에 있어서,상기 티타늄 호일은 두께가 0.25 ㎜이며, 가로 45 내지 55 ㎜이고, 세로 45 내지 55 ㎜인 이산화티탄 나노튜브의 제조방법.
- 제1항에 있어서,제2단계의 양극산화에 사용되는 전해질은 0.5 중량%의 플루오르화 수소산과 아세트산이 7:1의 부피 비율로 혼합된 전해질인 이산화티탄 나노튜브의 제조방법.
- 제1항에 있어서,제2단계의 양극산화에 사용되는 귀금속은 백금, 금, 및 은으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 이산화티탄 나노튜브의 제조방법.
- 제1항에 있어서,제2단계는 전해질의 온도를 10 내지 15 ℃로 유지하며, 교반하여 수행되는 이산화티탄 나노튜브의 제조방법.
- 제1항에 있어서,제2단계는 일정전압 3 내지 20 V에서 5 내지 120분 동안 수행되는 이산화티탄 나노튜브의 제조방법.
- 제1항에 있어서,나노튜브로 제조하는 제4단계는,건조된 티타늄 호일을 가열로에 넣고 산소 분위기 하에서 10 내지 20 ℃/min의 승온속도로 열처리 온도인 350 내지 450 ℃까지 승온하는 4-1단계;열처리 온도에서 4 내지 8 시간 동안 열처리하는 4-2단계; 및4-1단계의 승온속도와 같은 속도로 냉각하는 4-3단계를 포함하여 이루어진 이산화티탄 나노튜브의 제조방법.
- 티타늄 호일을 전처리하는 제1단계;전처리된 티타늄 호일을 양극산화법으로 산화하는 제2단계;산화된 티타늄 호일을 세척, 건조하는 제3단계; 및건조된 티타늄 호일을 나노튜브로 제조하는 제4단계를 포함하여 이루어진 제조방법으로 제조되며,기공의 평균직경이 20 내지 70 ㎚이며, 깊이가 100 내지 1000 ㎚인 이산화티탄 나노튜브.
- 제9항에 있어서,물분해용 광촉매 또는 광전극으로 사용되는 이산화티탄 나노튜브.
- 물의 광분해용 광전기화학전지로서,이산화티탄 나노튜브로 형성된 광전극, 및 백금 망으로 형성된 보조전극을 포함하며, 상기 광전극과 보조전극이 구리선으로 연결되어 있는 물의 광분해용 광 전기화학전지.
- 제11항에 있어서,상기 이산화티탄 나노튜브는,티타늄 호일을 전처리하는 제1단계;전처리된 티타늄 호일을 양극산화법으로 산화하는 제2단계;산화된 티타늄 호일을 세척, 건조하는 제3단계; 및건조된 티타늄 호일을 나노튜브로 제조하는 제4단계를 포함하여 이루어진 제조방법으로 제조되며,기공의 평균직경이 20 내지 70 ㎚이며, 깊이가 100 내지 1000 ㎚인 물의 광분해용 광전기화학전지.
- 물을 광분해하여 수소를 생산하는 방법으로서,이산화티탄 나노튜브로 형성된 광전극, 및 백금 망으로 형성된 보조전극을 포함하며, 상기 광전극과 보조전극이 구리선으로 연결되어 있는 광전기화학전지를 사용하는 수소 생산방법.
- 제13항에 있어서,상기 이산화티탄 나노튜브는,티타늄 호일을 전처리하는 제1단계;전처리된 티타늄 호일을 양극산화법으로 산화하는 제2단계;산화된 티타늄 호일을 세척, 건조하는 제3단계; 및건조된 티타늄 호일을 나노튜브로 제조하는 제4단계를 포함하여 이루어진 제조방법으로 제조되며,기공의 평균직경이 20 내지 70 ㎚이며, 깊이가 100 내지 1000 ㎚인 수소 생산방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080006735A KR20090080776A (ko) | 2008-01-22 | 2008-01-22 | 이산화티탄 나노튜브의 제조방법, 이산화티탄 나노튜브,이를 이용한 광전기화학전지, 및 상기 광전기화학전지를이용한 수소 생산방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020080006735A KR20090080776A (ko) | 2008-01-22 | 2008-01-22 | 이산화티탄 나노튜브의 제조방법, 이산화티탄 나노튜브,이를 이용한 광전기화학전지, 및 상기 광전기화학전지를이용한 수소 생산방법 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN102691087A (zh) * | 2011-03-24 | 2012-09-26 | 威高集团有限公司 | 一种提高医用β型钛合金表面生物活性的表面处理方法 |
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-
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- 2008-01-22 KR KR1020080006735A patent/KR20090080776A/ko not_active Application Discontinuation
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| CN103060879A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 武汉理工大学 | 一种圆锥形TiO2纳米管阵列材料及其可控制备方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |