KR20110050213A - Fabrication of uniform silica/nitrogen-doped titania core/shell nanoparticles by interfacial sol-gel method and application to visible light photocatalyst - Google Patents

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KR20110050213A KR1020090107093A KR20090107093A KR20110050213A KR 20110050213 A KR20110050213 A KR 20110050213A KR 1020090107093 A KR1020090107093 A KR 1020090107093A KR 20090107093 A KR20090107093 A KR 20090107093A KR 20110050213 A KR20110050213 A KR 20110050213A
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Abstract

PURPOSE: A method for fabricating uniform titania core/shell nano particles doped with silica/nitrogen and the application of the nano particles are provided to obtain the nano particles without the additional introduction of dopant. CONSTITUTION: A method for fabricating uniform titania core/shell nano particles doped with silica/nitrogen includes the following: Silica nano particles are dispersed in the mixed solution of ethanol, acetonitrile, and ammonia solution. Titanium dioxide precursor and nitrogen dopant are added to the dispersed solution. An interfacial sol-gel reaction is occurred on the surface of the silica nano particles on which ammonium ions are introduced. The dispersed solution is dried and is thermally processed. The nitrogen is efficiently doped with titanium dioxide crystalline.

Description

계면 졸-겔 반응을 이용한 균일하며 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자의 제조방법과 가시광에 반응하는 광촉매로서의 응용 {Fabrication of uniform silica/nitrogen-doped titania core/shell nanoparticles by interfacial sol-gel method and application to visible light photocatalyst}Fabrication method of uniform silica / nitrogen doped titanium dioxide core / cell nanoparticles using interfacial sol-gel reaction and application as photocatalyst reacting to visible light {Fabrication of uniform silica / nitrogen-doped titania core / shell nanoparticles by interfacial sol -gel method and application to visible light photocatalyst}

본 발명은 계면 졸-겔 반응 (interfacial sol-gel method) 을 이용하여 균일한 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자를 제조하는 방법과 가시광에 반응하는 광촉매로의 응용에 관한 것으로서, 실리카 콜로이드 나노입자 (silica colloidal nanoparticle) 에 추가로 도입된 표면 전하를 통한 실리카 나노입자 표면에서만 제한적으로 일어나는 계면 졸-겔 반응을 이용하여 질소가 도핑된 이산화티타늄을 실리카 나노입자에 코팅함으로써, 균일한 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자를 제조하는 방법을 제시하여 가시광선 하에서 높은 효율을 가지는 광촉매를 제공한다.The present invention relates to a method for producing uniform silica / nitrogen-doped titanium dioxide core / cell nanoparticles using an interfacial sol-gel method and its application to photocatalysts reacting with visible light. By coating nitrogen-doped titanium dioxide on silica nanoparticles using an interfacial sol-gel reaction that occurs only on the surface of silica nanoparticles via surface charges introduced in addition to silica colloidal nanoparticles, A method of preparing silica / nitrogen doped titanium dioxide core / cell nanoparticles is provided to provide a photocatalyst having high efficiency under visible light.

나노 물질이란 일반적으로 1에서 100 나노미터 사이의 크기를 가지는 물질을 가리키며, 넓은 표면적으로 인하여 기존의 벌크 물질에 비해서 우수한 물성을 가지게 된다. 그중 이산화티타늄 나노입자는 높은 효율의 광활성, 낮은 가격, 무독성, 화학적 안정성 등으로 인하여 광촉매로서 응용분야에 적용되고 있다. 특히 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자는 자외선 또는 가시광선에 노출될 경우 수산기 라디칼 (OH radical) 과 수퍼옥사이드 이온 (superoxide ion) 이 만들어지며, 이들은 강한 산화력으로 유기물을 이산화탄소와 물로 분해함으로써 유기 오염 물질이나 미생물을 제거할 수 있다.Nanomaterial generally refers to a material having a size between 1 and 100 nanometers, and has a superior physical properties compared to conventional bulk materials due to the large surface area. Among them, titanium dioxide nanoparticles have been applied to application fields as photocatalysts due to high efficiency of photoactivity, low cost, non-toxicity, and chemical stability. In particular, nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles produce OH radicals and superoxide ions when exposed to UV or visible light, which are organic pollutants by decomposing organic matter into carbon dioxide and water with strong oxidizing power. You can also get rid of microorganisms.

이러한 특성이 있는 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자의 제조에 있어서 기존의 순수한 이산화티타늄에 마그네트론 스퍼터링 (magnetron sputtering), 이온주입법 (ion implantaion), 암모니아와 산소 챔버에서의 열처리공정의 도핑과정을 통해서 만드는 방법과, 질소를 포함한 이산화티타늄 전구체나 질소 도펀트와 이산화티타늄 전구체의 졸-겔 반응 후 열처리를 통하여 도핑과정 없이 만드는 방법이 있다. 일반적으로 질소 도펀트와 이산화티타늄 전구체의 졸-겔 반응 후 열처리를 통하여 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자를 만드는 것이 가장 널리 사용되고 있는 제조 방법이라 할 수 있다.In the preparation of nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles having these characteristics, it is made through the doping process of magnetron sputtering, ion implantation, and heat treatment process in ammonia and oxygen chamber. There is a method, and a method of making without doping process through a heat treatment after the sol-gel reaction of a titanium dioxide precursor containing nitrogen or a nitrogen dopant and a titanium dioxide precursor. In general, the most widely used method is to make nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles by heat treatment after a sol-gel reaction between a nitrogen dopant and a titanium dioxide precursor.

그러나 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자의 제조에 있어서, 이산화티타늄 전구체의 높은 반응성으로 인하여 나노입자의 제조가 용이하지 않으며, 제조된 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자는 균일한 크기를 갖지 못하고, 개별적인 나노입자의 형태를 지니기보다는 나노입자들 간의 엉김 현상이 일어나 집합체를 이루며, 마지막으로 거치는 500 ℃ 이상의 높은 열처리로 인해서 나노입자들 간의 엉김 현상이 촉진되어 더 큰 집합체를 이루게 된다. 균일하지 못한 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자가 코팅제로 도입되어 박막을 이루거나 고분자에 충진제로 도입 되어 고분자 박막이나 고분자 복합체를 이룰 때 박막 표면과 고분자 복합체의 균일성을 저해하는 요소로 작용하게 된다. 또한 개별적인 나노입자로 존재하지 못하고 집합체를 이루고 있는 질소가 도핑된 이산화티타늄의 경우, 실제 나노입자가 가질 수 있는 표면적보다 적은 표면적을 가지기 때문에, 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자가 본래 가질 수 있는 큰 표면적으로부터의 우수한 광촉매 효율보다 낮은 효율을 나타나게 되므로 균일하며 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자를 제조하는 것이 중요하다. 이를 개선하기 위한 방법으로써, 고분자 주형을 이용한 졸-겔 반응을 이용하여 균일하며 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자를 제조하는 방법들이 많이 연구되어 왔다. 고분자 주형 (polymer template) 을 이용하여 질소가 도핑된 이산화티타늄을 제조하는 방법의 경우, 일반적으로 고분자 주형의 크기가 100 나노미터 이상의 크기를 가지기 때문에 100 나노미터 이하의 나노입자를 제조하는 데 있어서는 큰 어려움을 가지게 된다. 질소가 도핑된 이산화티타늄을 이용한 유기 오염 물질 제거, 미생물 제거, 자가 정화의 광촉매 특징이 있는 고분자 박막이나 복합체의 제조에 있어서는 균일하며 100 나노미터 이하의 작은 크기를 가지는 나노입자가 적당하다. 그러므로 고분자 주형을 이용하여 제조한 100 나노미터 이상의 크기를 가지는 질소가 도핑된 이산화티타늄 입자의 경우, 오염 물질 제거, 미생물 제거, 자가 정화 광촉매 특징이 있는 고분자 박막이나 복합체 제조에 관해서는 광촉매 효율성 부분에서 큰 문제를 나타나게 된다.However, in the production of nitrogen doped titanium dioxide nanoparticles, the high reactivity of the titanium dioxide precursor is not easy to prepare nanoparticles, the prepared nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles do not have a uniform size, individual Rather than having the shape of nanoparticles, entanglement occurs between the nanoparticles to form an aggregate, and finally due to high heat treatment of more than 500 ℃ to promote the entanglement between nanoparticles to form a larger aggregate. Non-uniform nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles are introduced as a coating to form a thin film or as a filler into the polymer to form a thin film or polymer composite, which acts as a factor that inhibits the uniformity of the thin film surface and the polymer composite . In addition, the nitrogen-doped titanium dioxide, which is not present as individual nanoparticles and forms an aggregate, has a surface area smaller than the surface area that nanoparticles can actually have, so that the nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles may inherently have. It is important to produce uniform, nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles because they will exhibit lower efficiency than good photocatalytic efficiency from surface area. As a method for improving this, many methods for producing uniform nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles using a sol-gel reaction using a polymer template have been studied. In the case of producing nitrogen-doped titanium dioxide using a polymer template, since the size of the polymer template is generally 100 nanometers or more, a large amount of nanoparticles of 100 nanometers or less is required. You will have difficulty. In the preparation of polymer thin films or composites having nitrogen-doped titanium dioxide, photocatalytic characteristics of organic contaminant removal, microbial removal, and self-purification, nanoparticles having a uniform size and smaller than 100 nanometers are suitable. Therefore, in the case of nitrogen-doped titanium dioxide particles having a size of 100 nanometers or more manufactured using a polymer template, the photocatalytic efficiency is related to the preparation of polymer thin films or composites characterized by contaminant removal, microbial removal, and self-purifying photocatalyst. It is a big problem.

따라서, 고효율의 광촉매 특징이 있는 고분자 박막이나 복합체의 충진제로 사용하기 위한 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자를 제조하기 위해서 균일하면 서 100 나노미터 이하의 크기를 가지며, 간단하며 경제적인 방법을 가지는 새로운 제조 방법이 강력히 요구되고 있다.Therefore, in order to prepare nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles for use as a filler of polymer thin films or composites having high efficiency photocatalyst characteristics, they have a uniform size of less than 100 nanometers and have a simple and economical method. There is a strong demand for production methods.

본 발명의 목적은 이러한 종래기술의 문제점을 일거에 해결하고자 추가로 암모늄 이온을 도입하여 실리카 나노입자의 표면에서만 제한적으로 일어나는 계면 졸-겔 반응을 이용하여 질소가 도핑된 이산화티타늄을 실리카 나노입자에 코팅하여, 균일한 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to solve the problems of the prior art by adding ammonium ions to nitrogen nanoparticles doped with nitrogen doped titanium dioxide using an interfacial sol-gel reaction that occurs only on the surface of the silica nanoparticles. By coating to provide a method for producing uniform silica / nitrogen doped titanium dioxide core / cell nanoparticles.

또한 본 발명의 또 다른 기술적 과제는 상기 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자가 종래의 기술에 따른 광촉매 입자에 비해 높은 공정성을 가지며 가시광선 하에서 우수한 광촉매 효율을 가지는 질소가 도핑된 코어-셀 구조의 실리카/이산화티타늄 복합체를 제공하는 데 있다.In addition, another technical problem of the present invention is that the silica-nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles have a higher processability than the photocatalyst particles according to the prior art and have a nitrogen-doped core-cell structure having excellent photocatalytic efficiency under visible light. To provide a silica / titanium dioxide composite.

본 발명자들은 수많은 실험과 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 이제껏 알려진 방법과는 다르게 암모늄 이온을 표면에 도입한 실리카 나노입자에 계면 졸-겔 반응을 이용하여 실리카 나노입자 표면에서만 제한적으로 질소 도펀트와 이산화티타늄 전구체가 반응하게 한 후 비교적 낮은 온도의 열처리 과정을 거쳐 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자의 제조가 가능함을 확인하고, 제조된 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 기존에 사용되는 광촉매 입자에 비하여 가시광선 하에서 광촉매 효율이 현저히 향상된 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.After numerous experiments and in-depth studies, the inventors have limited nitrogen dopant and dioxide only on the surface of silica nanoparticles by using an interfacial sol-gel reaction on the silica nanoparticles in which ammonium ions have been introduced to the surface, unlike conventional methods. After allowing the titanium precursor to react, it was confirmed that silica / nitrogen-doped titanium dioxide core / cell nanoparticles can be prepared through a relatively low temperature heat treatment process, and the prepared silica / nitrogen-doped titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced. It has been found that the particles have significantly improved photocatalytic efficiency under visible light as compared to the photocatalytic particles used in the prior art, and have led to the present invention.

본 발명은 1 나노미터에서 수 마이크로미터 사이의 크기를 가지는 실리카 나노입자의 표면에서만 제한적으로 진행되는 계면 졸-겔 반응을 이용하여 트리에틸아민 (triethylamine), 염화암모늄 (ammonium chloride), 암모니아 용액 (ammonium solution), 유레아 (urea), 싸이오유레아 (thiourea), 하이드라진 하이드레이트 (hydrazine hydrate) 의 질소 도펀트와 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드 (titanium tetraisopropoxide), 타이타늄 부톡사이드 (titanium butoxide), 타이타늄 에톡사이드 (titanium ethoxide), 타이타늄 옥시설페이트 (titanium sulfate), 타이타늄 클로라이드 (titanium chloride) 의 이산화티타늄 전구체의 졸-겔 반응을 통해서 실리카 입자를 질소가 도핑된 이산화티타늄으로 코팅하는 것을 내용으로 한다.The present invention utilizes triethylamine, ammonium chloride, ammonia solution using an interfacial sol-gel reaction that is limited to the surface of silica nanoparticles having a size of 1 nanometer to several micrometers. Nitrogen dopants of ammonium solution, urea, thiourea, hydrazine hydrate, titanium tetraisopropoxide, titanium butoxide, titanium ethoxide Silica particles are coated with nitrogen-doped titanium dioxide through the sol-gel reaction of titanium dioxide precursors of ethoxide), titanium oxysulfate, and titanium chloride.

본 발명에 따른 실리카 나노입자에 코팅된 질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자의 제조방법은Nitrogen-doped titanium dioxide nanoparticles coated on the silica nanoparticles according to the present invention

(A) 실리카 나노입자를 에탄올, 아세토나이트릴, 암모니아 용액 혼합용액에 분산하는 단계;(A) dispersing the silica nanoparticles in ethanol, acetonitrile, ammonia solution mixed solution;

(B) 상기 분산 용액에 질소 도펀트와 이산화티타늄 전구체를 첨가하여 암모늄 이온이 도입된 실리카 나노입자의 표면에서만 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하는 단계;(B) adding a nitrogen dopant and a titanium dioxide precursor to the dispersion solution so that the interfacial sol-gel reaction occurs only on the surface of the silica nanoparticles into which ammonium ions are introduced;

(C) 상기 분산 용액을 건조 후, 열처리를 하여 질소가 이산화티타늄 결정에 효율적으로 도핑되도록 하는 단계로 구성되어 있다.(C) drying the dispersion solution, followed by heat treatment, so that nitrogen is efficiently doped into the titanium dioxide crystals.

본 발명에 따른 추가적인 이온을 도입하여 실리카 나노입자의 표면에서 제한적으로 반응하는 계면 졸-겔 방법을 이용하여 균일한 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자의 제조방법은 이제껏 보고된 바가 없는 전혀 새로운 방법으로서, 종래의 방법에서 야기되던 불균일한 입자의 문제를 현저하게 줄이며, 실리카 입자의 크기를 용이하게 바꿈으로써 수 나노미터 범위 내에서 입자의 크기 조절이 가능하며, 이산화티타늄에 도핑되는 질소의 양을 질소 도펀트의 양과 열처리 온도의 변화에 따라서 용이하게 조절할 수 있다. 또한 간편한 제조 방법을 통해서 균일한 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자를 대량 생산할 수 있다는 장점이 있다. 이렇게 제조된 균일한 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자는 가시광선 하의 광촉매 작용에서도 상업화된 이산화티타늄 입자보다 우수한 성능을 보였으며, 제조된 균일한 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자는 향후 산업계에 있어서 사용되는 고효율의 차세대 광촉매로 이용될 수 있다.A method for preparing uniform silica / nitrogen-doped titanium dioxide core / cell nanoparticles using the interfacial sol-gel method which introduces additional ions according to the present invention and reacts restrictively on the surface of silica nanoparticles has been reported. It is a completely new method, which significantly reduces the problem of non-uniform particles caused by the conventional method, and by easily changing the size of the silica particles, it is possible to control the size of the particles in the range of several nanometers, and doped with titanium dioxide The amount of nitrogen can be easily adjusted according to the amount of nitrogen dopant and the change of the heat treatment temperature. In addition, a simple manufacturing method has the advantage of mass production of uniform silica / nitrogen doped titanium dioxide core / cell nanoparticles. The uniform silica / nitrogen-doped titanium dioxide core / cell nanoparticles produced better performance than commercially available titanium dioxide particles in the photocatalytic action under visible light, and the uniform silica / nitrogen-doped titanium dioxide core / Cell nanoparticles can be used as a next-generation high-efficiency photocatalyst used in the future industry.

단계 (A) 에서 사용되는 에탄올과 아세토나이트릴의 혼합용액은 아세토나이트릴 부가량이 에탄올 100 부피부에 대하여 10 내지 100 인 것이 바람직하다. 아세토나이트릴 부가량이 10 이하이면 이산화티타늄 전구체가 실리카 나노입자 표면 외에서도 졸-겔 반응이 진행될 수 있으며, 100 부피부 이상이면, 실리카 나노입자의 분산에 문제가 발생한다.In the mixed solution of ethanol and acetonitrile used in step (A), the amount of acetonitrile added is preferably 10 to 100 based on 100 parts by volume of ethanol. If the amount of acetonitrile added is 10 or less, the sol-gel reaction may proceed in the titanium dioxide precursor outside the surface of the silica nanoparticles, and if it is 100 parts by volume or more, a problem occurs in the dispersion of the silica nanoparticles.

용액 상에 실리카 나노입자를 분산시킬 때, 에탄올 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부인 것이 바람직하다. 실리카 입자의 사용량이 1 중량부 이하이면, 용액의 과다 사용으로 인해 제조 비용이 상승하는 문제가 발생하며, 15 중량부 이상이면, 에탄올 용액 상에서 분산이 완전히 이루어지지 않아 최종적으로 제조되는 코어/셀 나노입자가 서로 엉기는 문제가 발생하게 된다.When dispersing the silica nanoparticles on the solution, it is preferably 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of ethanol. If the amount of the silica particles used is 1 part by weight or less, a problem arises in that the manufacturing cost increases due to excessive use of the solution, and when the amount of the silica particles is 15 parts by weight or more, the core / cell nano that is finally manufactured is not completely dispersed in the ethanol solution. Particles get stuck together.

암모늄 이온을 실리카 나노입자 표면에 도입하기 위해 암모니아 용액을 추가하며, 암모니아 용액의 부가량은 실리카 입자 100 중량부에 대하여 1 내지 100 중량부까지 첨가 가능하며, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다.An ammonia solution is added to introduce ammonium ions onto the surface of the silica nanoparticles, and the amount of the ammonia solution may be added in an amount of 1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the silica particles, and is not limited to these ranges. Or less.

실리카 나노입자의 직경은 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 5 에서 300 나노미터이고, 마이크로미터 크기의 입자에도 적용이 가능하다. 형상은 특정한 형상에 국한되지 않으나 구형입자가 바람직하다. 실리카 나노입자의 경우, 상용화된 콜로이드 형태의 실리카를 사용할 수 있으며, 일반적으로 알려진 스토버 방법 (Stober method) 을 이용하여 제조한 다양한 크기와 형태의 실리카 입자를 사용할 수도 있다.The diameter of the silica nanoparticles is not particularly limited, and is preferably 5 to 300 nanometers, and is applicable to particles of micrometer size. The shape is not limited to a specific shape, but spherical particles are preferred. In the case of silica nanoparticles, commercially available colloidal silica may be used, and silica particles of various sizes and shapes manufactured using a commonly known Stober method may be used.

용액 상에 실리카 나노입자를 분산시킬 때의 온도는 특별히 제한적이지 않으나 1 내지 30 ℃의 온도에서 진행하며, 분산 시간은 10 내지 60 분인 것이 바람직하다.The temperature at the time of dispersing the silica nanoparticles on the solution is not particularly limited, but proceeds at a temperature of 1 to 30 ° C., and the dispersion time is preferably 10 to 60 minutes.

단계 (B) 에서 질소 도펀트의 종류는 특정 종류에 한정된 것이 아니며, 트리에틸아민 (triethylamine), 염화암모늄 (ammonium chloride), 암모니아 용액 (ammonium solution), 유레아 (urea), 싸이오유레아 (thiourea), 하이드라진 하이 드레이트 (hydrazine hydrate) 가 도펀트로 사용될 수 있으며, 이산화티타늄 전구체의 종류 역시 특정 전구체에 한정된 것이 아니며, 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드 (titanium tetraisopropoxide), 타이타늄 부톡사이드 (titanium butoxide), 타이타늄 에톡사이드 (titanium ethoxide), 타이타늄 옥시설페이트 (titanium sulfate), 타이타늄 클로라이드 (titanium chloride) 가 전구체로 사용될 수 있다.The type of nitrogen dopant in step (B) is not limited to a specific type, triethylamine, ammonium chloride, ammonium solution, urea, thiourea, Hydrazine hydrate may be used as the dopant, and the types of titanium dioxide precursors are not limited to specific precursors, but also include titanium tetraisopropoxide, titanium butoxide, and titanium ethoxide ( Titanium ethoxide, titanium sulphate and titanium chloride may be used as precursors.

이산화티타늄 전구체의 부가량은 실리카 입자 대비 5분의 1에서 5배의 무게비가 바람직하지만, 이들 범위에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다. 질소 도펀트의 부가량은 이산화티타늄 전구체 대비 10분의 1에서 5배의 부피비로 첨가될 수 있지만, 이들 범위에 한정되지 않으며 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다.The addition amount of the titanium dioxide precursor is preferably a weight ratio of one fifth to five times that of the silica particles, but is not limited to these ranges and may be more or less than the above ranges. The addition amount of the nitrogen dopant may be added in a volume ratio of 1/10 to 5 times the titanium dioxide precursor, but is not limited to these ranges and may be more or less than the above range.

질소 도펀트와 이산화티타늄 전구체의 계면 졸-겔 반응에 필요한 반응시간은 일반적인 졸-겔 반응과 마찬가지로 3 내지 24 시간이 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 도펀트와 전구체의 종류에 따라 상기 범위보다 길거나 짧아질 수 있다. 상기 계면 졸-겔 반응에 필요한 온도는 3 내지 50 ℃ 가 바람직하나 도펀트나 전구체의 종류에 따라 상기 범위보다 높거나 낮을 수 있다.The reaction time required for the interfacial sol-gel reaction between the nitrogen dopant and the titanium dioxide precursor is preferably 3 to 24 hours, like the general sol-gel reaction, but is not limited thereto, and may be longer or shorter than the above range depending on the type of the dopant and the precursor. Can lose. The temperature required for the interfacial sol-gel reaction is preferably 3 to 50 ° C., but may be higher or lower than the above range depending on the type of dopant or precursor.

단계 (C) 에서 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자의 건조 온도는 50 내지 100 ℃ 가 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 나노입자의 직경이나 형태에 따라서 상기 범위보다 높거나 낮아질 수 있다. 건조시간은 특별히 제한적이지 않으나 24 내지 48 시간 동안 진행한다.The drying temperature of the silica / nitrogen doped titanium dioxide core / cell nanoparticles in step (C) is preferably 50 to 100 ° C., but is not limited thereto, and may be higher or lower than the above range depending on the diameter or shape of the nanoparticles. Can be. The drying time is not particularly limited but is carried out for 24 to 48 hours.

실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자를 열처리하여 아나타 제 형의 나노결정을 생성하여 광활성을 갖게 하며, 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자의 열처리 온도는 150 내지 650 ℃ 가 바람직하나, 이들 범위에 한정되는 않고, 상기 범위보다 높거나 낮아 질 수 있다. 열처리 시간은 특별히 제한적이지 않으나 2 내지 4 시간 정도 진행한다.Heat treatment of silica / nitrogen doped titanium dioxide core / cell nanoparticles to produce anatase-type nanocrystals to provide photoactivity, and the heat treatment temperature of the silica / nitrogen doped titanium dioxide core / cell nanoparticles is 150 to 650 ° C. is preferred, but is not limited to these ranges, and may be higher or lower than this range. The heat treatment time is not particularly limited but proceeds for 2 to 4 hours.

[실시예][Example]

이하 실시예를 참조하여 본 발명의 구체적인 예를 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

에탄올 100 ml 와 아세토나이트릴 30 ml 에 17 나노미터의 직경을 가지는 실리카 나노입자 1.0 g 과 암모니아 용액 5 ml 를 넣고 1 시간 교반하면서 실리카 나노입자를 분산시키고 암모늄 이온이 실리카 나노입자 표면에 흡착되도록 한다. 상기 용액에 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드 (titanium tetraisoproxide) 1 ml , 트리에틸아민 (triethylamine) 2 ml , 에탄올 20 ml 혼합용액을 넣어준 후, 상온에서 12 시간 교반함으로써, 실리카 나노입자의 표면에서만 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 한다. 상기 용액을 100 ℃ 에서 48 시간 동안 건조한 후, 250 ℃ 에서 2시간 동안 열처리 과정을 거친다. 제조된 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자를 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 1.5 나노미터의 두께를 갖는 이산화티타늄 층이 실리카 나노입자의 표면에 생성되 입자의 크기가 20 나노미터로 증가한 것을 확인할 수 있었다. (도 1) 또한 엑스레이 광전자 분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 통해서 이산화티타늄 층에 질 소가 도핑되었다는 결과를 얻을 수 있었다. (도 2) 투과전자현미경 분석 결과, 도 1에서 볼 수 있듯이, 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 균일한 크기를 갖는 것을 확인하였다.Into 100 ml of ethanol and 30 ml of acetonitrile, 1.0 g of silica nanoparticles having a diameter of 17 nanometers and 5 ml of ammonia solution are added and dispersed for 1 hour while dispersing the silica nanoparticles and allowing the ammonium ions to adsorb onto the surface of the silica nanoparticles. . 1 ml of titanium tetraisoproxide, 2 ml of triethylamine, and 20 ml of ethanol were added to the solution, followed by stirring at room temperature for 12 hours, thereby limiting only the surface of the silica nanoparticles. Allow the interfacial sol-gel reaction to occur. The solution is dried at 100 ° C. for 48 hours and then subjected to a heat treatment at 250 ° C. for 2 hours. As a result of analyzing the prepared silica / nitrogen-doped titanium dioxide core / cell nanoparticles using a transmission electron microscope, a layer of titanium dioxide having a thickness of about 1.5 nanometers was formed on the surface of the silica nanoparticles, It was confirmed that the increase to 20 nanometers. (FIG. 1) X-ray photoelectron spectroscopy analysis also showed that the titanium dioxide layer was doped with nitrogen. As shown in FIG. 1, it was confirmed that the silica / nitrogen-doped titanium dioxide core / cell nanoparticles had a uniform size.

[실시예 2][Example 2]

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 4 ml 의 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드와 8 ml 의 트리에틸아민을 도입하여 실리카 나노입자 표면에서만 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어, 입자의 크기가 28 나노미터로 증가한 것을 확인하였으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석을 사용하여, 이산화티타늄 층에 질소가 도핑된 것을 확인하였다.Using the same method as in Example 1, 4 ml of titanium tetraisopropoxide and 8 ml of triethylamine were introduced to restrict the interfacial sol-gel reaction only on the surface of the silica nanoparticles. As a result of the analysis, a titanium dioxide layer of about 5 nanometers was formed, and the size of the particles was increased to 28 nanometers, and the X-ray photoelectron spectroscopy analysis confirmed that the titanium dioxide layer was doped with nitrogen. .

실리카 나노입자의 표면에 형성되는 질소가 도핑된 이산화티타늄 층의 두께는 이산화티타늄 전구체의 부가량과 관계 있음을 알 수 있고, 이산화티타늄 전구체의 양이 증가함에 따라 이산화티타늄 층의 두께가 두꺼워지는 것을 알 수 있다.It can be seen that the thickness of the titanium-doped titanium dioxide layer formed on the surface of the silica nanoparticles is related to the addition amount of the titanium dioxide precursor, and that the thickness of the titanium dioxide layer becomes thicker as the amount of the titanium dioxide precursor increases. Able to know.

[실시예 3]Example 3

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 30 나노미터의 실리카 나노입자 1.0 g 을 이용하고 4 ml 의 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드와 8 ml 의 트리에틸아민을 도입하여 실리카 나노입자 표면에서만 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 10 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어, 50 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산 화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.Using the same method as in Example 1, using 1.0 g of 30 nanometer silica nanoparticles and introducing 4 ml of titanium tetraisopropoxide and 8 ml of triethylamine, the interface sol was limited only on the surface of the silica nanoparticles. The gel reaction occurred, and the analysis using a transmission electron microscope revealed that about 10 nanometers of titanium dioxide layer was formed, resulting in the production of 50 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles. X-ray photoelectron spectroscopy analysis showed that the titanium dioxide doped with nitrogen.

[실시예 4]Example 4

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 75 나노미터의 실리카 나노입자 1.0 g 을 이용하고 4 ml 의 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드와 8 ml 의 트리에틸아민을 도입하여 실리카 나노입자 표면에서만 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 12.5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어, 100 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.Using the same method as in Example 1, using 1.0 g of 75 nanometer silica nanoparticles and introducing 4 ml of titanium tetraisopropoxide and 8 ml of triethylamine, the interface sol was limited only on the surface of the silica nanoparticles. The gel reaction occurred, and the analysis using a transmission electron microscope revealed that a 12.5 nanometer titanium dioxide layer was formed, resulting in the production of 100 nanometer silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles. Photoelectron spectroscopy analysis confirmed that the nitrogen doped with titanium dioxide.

[실시예 5]Example 5

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 트리에틸아민을 1 ml 도입하고 실리카 나노입자 표면에서 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 1.5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어, 20 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 상기 실시예 1의 결과물에 비해 이산화티타늄에 질소가 적게 도핑된 것을 확인할 수 있었다.Using the same method as in Example 1, 1 ml of triethylamine was introduced, and the interfacial sol-gel reaction occurred on the surface of the silica nanoparticles, and analyzed using a transmission electron microscope. Titanium dioxide layer was formed, it was confirmed that 20 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced, and the nitrogen dioxide doped less nitrogen than the product of Example 1 through the X-ray photoelectron spectroscopy analysis I could confirm that.

이산화티타늄에 도핑되는 질소의 양은 질소 도펀트의 부가량과 관계 있음을 알 수 있고, 질소 도펀트의 부가량이 증가함에 따라 이산화티타늄에 도핑되는 질소의 양이 늘어남을 알 수 있다.It can be seen that the amount of nitrogen doped in titanium dioxide is related to the addition amount of nitrogen dopant, and as the amount of nitrogen dopant increases, the amount of nitrogen doped in titanium dioxide increases.

[실시예 6]Example 6

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 제조된 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자를 550 ℃ 에서 열처리하였으며, 투과전사현미경을 사용하여 분석한 결과 1.5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어, 20 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.The silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles prepared by the same method as in Example 1 were heat-treated at 550 ° C., and analyzed using a transmission electron microscope to form a 1.5 nanometer titanium dioxide layer. It could be confirmed that the silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles of the meter were generated, and nitrogen was doped into the titanium dioxide through the X-ray photoelectron spectroscopy analysis.

[실시예 7]Example 7

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 염화암모늄을 2 ml 도입하고 실리카 나노입자 표면에서 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 1.5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어, 20 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.In the same manner as in Example 1, 2 ml of ammonium chloride was introduced and a limited interfacial sol-gel reaction occurred on the surface of the silica nanoparticles. As a result of analysis using a transmission electron microscope, about 1.5 nanometers of dioxide was obtained. Titanium layer was formed, it was confirmed that 20 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced, the nitrogen doped to the titanium dioxide through the X-ray photoelectron spectroscopy analysis.

[실시예 8]Example 8

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 암모니아 용액을 2 ml 도입하고 실리카 나노입자 표면에서 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 1.5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어, 20 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.Using the same method as in Example 1, 2 ml of ammonia solution was introduced and the interfacial sol-gel reaction occurred on the surface of the silica nanoparticles, and analyzed using a transmission electron microscope. Titanium layer was formed, it was confirmed that 20 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced, the nitrogen doped to the titanium dioxide through the X-ray photoelectron spectroscopy analysis.

[실시예 9]Example 9

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 유레아를 2 ml 도입하고 실리카 나노입자 표면에서 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 1.5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어, 20 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.Using the same method as in Example 1, 2 ml of urea was introduced and limited interfacial sol-gel reaction occurred on the surface of silica nanoparticles. As a result of analysis using a transmission electron microscope, about 1.5 nanometers of titanium dioxide A layer was formed to confirm that 20 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced, and it was confirmed that nitrogen was doped with titanium dioxide through X-ray photoelectron spectroscopy analysis.

[실시예 10]Example 10

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 싸이오유레아를 2 ml 도입하고 실리카 나노입자 표면에서 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 1.5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어, 20 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.Using the same method as in Example 1, 2 ml of thiourea was introduced and a limited interface sol-gel reaction occurred on the surface of the silica nanoparticles, and analyzed using a transmission electron microscope. Titanium dioxide layer was formed, it was confirmed that 20 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced, and the nitrogen doped to the titanium dioxide through the X-ray photoelectron spectroscopy analysis.

[실시예 11]Example 11

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 하이드라진 하이드레이트를 2 ml 도입하고 실리카 나노입자 표면에서 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 1.5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어, 20 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.Using the same method as in Example 1, 2 ml of hydrazine hydrate was introduced and a limited interfacial sol-gel reaction occurred on the surface of the silica nanoparticles, and analyzed using a transmission electron microscope. Titanium layer was formed, it was confirmed that 20 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced, the nitrogen doped to the titanium dioxide through the X-ray photoelectron spectroscopy analysis.

[실시예 12]Example 12

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 타이타늄 부톡사이드를 1 ml 도입하고 실리카 나노입자 표면에서 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 2.5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어 22 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.Using the same method as in Example 1, 1 ml of titanium butoxide was introduced, and a limited interfacial sol-gel reaction occurred on the surface of silica nanoparticles, and analyzed using a transmission electron microscope. Titanium dioxide layer was formed, it was confirmed that the 22 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced, and the nitrogen doped to the titanium dioxide through the X-ray photoelectron spectroscopy analysis.

[실시예 13]Example 13

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 타이타늄 옥시설페이트를 1 ml 도입하고 실리카 나노입자 표면에서 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어 27 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.Using the same method as in Example 1, 1 ml of titanium oxysulfate was introduced and a limited interfacial sol-gel reaction occurred on the surface of the silica nanoparticles, and analyzed using a transmission electron microscope. The titanium dioxide layer was formed to confirm that 27 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced, and it was confirmed that nitrogen was doped with titanium dioxide through X-ray photoelectron spectroscopy analysis.

[실시예 14]Example 14

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 타이타늄 에톡사이트를 1 ml 도입하고 실리카 나노입자 표면에서 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 6.5 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어 30 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소 가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.1 ml of titanium ethoxysite was introduced using the same method as in Example 1, and the interfacial sol-gel reaction occurred on the surface of the silica nanoparticles, and analyzed using a transmission electron microscope. The titanium dioxide layer was formed to confirm that 30 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced, and it was confirmed that nitrogen was doped with titanium dioxide through X-ray photoelectron spectroscopy analysis.

[실시예 15]Example 15

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 타이타늄 클로라이드를 1 ml 도입하고 실리카 나노입자 표면에서 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하였으며, 투과전자현미경을 사용하여 분석한 결과, 약 4 나노미터의 이산화티타늄 층이 형성되어 25 나노미터의 실리카/이산화티타늄 코어/셀 나노입자가 생성되었음을 확인할 수 있었으며, 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과를 통해서 이산화티타늄에 질소가 도핑된 것을 확인할 수 있었다.1 ml of titanium chloride was introduced using the same method as in Example 1, and the interfacial sol-gel reaction occurred on the surface of the silica nanoparticles, and analyzed using a transmission electron microscope. Titanium layer was formed to confirm that the 25 nanometers of silica / titanium dioxide core / cell nanoparticles were produced, and through the X-ray photoelectron spectroscopy analysis it was confirmed that the nitrogen doped with titanium dioxide.

[실시예 16]Example 16

상기 실시예 1에서 제조된 균일한 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자를 0.5 g/L 의 농도로 이용하여 15 ppm 의 메틸렌블루 (methylene blue) 용액 20 ml 를 가시광선 하에서 분해하였을 때, 7시간 후 메틸렌블루 용액의 농도가 1 ppm 인 것을 확인할 수 있었다. (도 3)When 20 ml of 15 ppm methylene blue solution was decomposed under visible light using the uniform silica / nitrogen doped titanium dioxide nanoparticles prepared in Example 1 at a concentration of 0.5 g / L, 7 After hours, the concentration of methylene blue solution was confirmed to be 1 ppm. (Fig. 3)

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 균일한 실리카/질소가 도핑된 산화티타늄 코어/셀 나노입자의 투과전자현미경 사진이며;1 is a transmission electron micrograph of the uniform silica / nitrogen doped titanium oxide core / cell nanoparticles prepared in Example 1 of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 균일한 실리카/질소가 도핑된 산화티타늄 코어/셀 나노입자의 엑스레이 광전자 분광법 분석 결과이며;FIG. 2 is an X-ray photoelectron spectroscopy analysis of the uniform silica / nitrogen doped titanium oxide core / cell nanoparticles prepared in Example 2 of the present invention; FIG.

도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 균일한 실리카/질소가 도핑된 산화티타늄 코어/셀 나노입자의 가시광선 하에서 시간에 따른 메틸렌블루 분해 결과이다.Figure 3 is the methylene blue decomposition results with time under visible light of the uniform silica / nitrogen doped titanium oxide core / cell nanoparticles prepared in Example 1 of the present invention.

Claims (9)

(A) 실리카 나노입자를 에탄올, 아세토나이트릴, 암모니아 용액 혼합용액에 분산하는 단계;(A) dispersing the silica nanoparticles in ethanol, acetonitrile, ammonia solution mixed solution; (B) 상기 분산 용액에 질소 도펀트와 이산화티타늄 전구체를 첨가하여 암모늄 이온이 도입된 실리카 나노입자의 표면에서만 제한적으로 계면 졸-겔 반응이 일어나도록 하는 단계;(B) adding a nitrogen dopant and a titanium dioxide precursor to the dispersion solution so that the interfacial sol-gel reaction occurs only on the surface of the silica nanoparticles into which ammonium ions are introduced; (C) 상기 분산 용액을 건조 후, 열처리를 하여 질소가 이산화티타늄 결정에 효율적으로 도핑되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 실리카/질소가 도핑된 이산화티타늄 코어/셀 나노입자의 제조방법.(C) a method for producing uniform silica / nitrogen-doped titanium dioxide core / cell nanoparticles, comprising: drying the dispersion solution and subjecting it to heat so that nitrogen is efficiently doped into titanium dioxide crystals. . 제 1항에 있어서, 실리카 나노입자의 크기가 수 나노미터에서 수 마이크로미터의 크기인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the size of the silica nanoparticles are several nanometers to several micrometers in size. 제 1항에 있어서, 이산화티타늄 전구체가 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드, 타이타늄 부톡사이드, 타이타늄 에톡사이드, 타이타늄 옥시설페이트, 타이타늄 클로라이드인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method according to claim 1, wherein the titanium dioxide precursor is titanium tetraisopropoxide, titanium butoxide, titanium ethoxide, titanium oxysulfate, titanium chloride. 제 1항에 있어서, 질소 도펀트가 트리에틸아민, 염화암모늄, 암모니아 용액, 유레아, 싸이오유레아, 하이드라진 하이드레이트인 것을 특징으로 하는 제조방법.The process according to claim 1, wherein the nitrogen dopant is triethylamine, ammonium chloride, ammonia solution, urea, thiourea, hydrazine hydrate. 제 1항에 있어서, 이산화티타늄 전구체의 부가량으로는 실리카 나노입자 대비 5 분의 1에서 5배의 무게비인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method according to claim 1, wherein the added amount of the titanium dioxide precursor is a weight ratio of one fifth to five times the silica nanoparticles. 제 1항에 있어서, 질소 도펀트의 부가량으로는 이산화티타늄 전구체 대비 10 분의 1에서 5배의 무게비인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method according to claim 1, wherein the addition amount of the nitrogen dopant is 1 to 5 times the weight ratio of the titanium dioxide precursor. 제 1항에 있어서, 계면 졸-겔 반응 온도가 3 ℃ 에서 60 ℃ 인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method according to claim 1, wherein the interfacial sol-gel reaction temperature is from 3 ° C to 60 ° C. 제 1항에 있어서, 계면 졸-겔 반응 시간이 1 시간에서 24 시간인 것을 특징으로 하는 제조방법.The process according to claim 1, wherein the interfacial sol-gel reaction time is from 1 hour to 24 hours. 제 1항에 있어서, 열처리 온도가 150 ℃ 에서 650 ℃ 인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method according to claim 1, wherein the heat treatment temperature is 150 ° C to 650 ° C.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101465612B1 (en) * 2013-03-08 2014-11-27 국방과학연구소 Complex containing Metal Nanoparticle formed on hydrophilic support particle and Manufacturing Method thereof
EP2942064A4 (en) * 2013-01-04 2016-01-20 Univ Yonsei Iacf Mri contrast agent including t1 contrast material coated on surface of nanoparticle support
CN109158122A (en) * 2018-08-24 2019-01-08 南京大学 A kind of preparation method and application of nitrogen-doped nanometer silica photocatalysts
KR20190105305A (en) 2018-03-05 2019-09-17 인하대학교 산학협력단 N doped titanium dioxide nanoparticles for pemfc having high durability and preparing method for the same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2942064A4 (en) * 2013-01-04 2016-01-20 Univ Yonsei Iacf Mri contrast agent including t1 contrast material coated on surface of nanoparticle support
JP2016504380A (en) * 2013-01-04 2016-02-12 インダストリー−アカデミック コーポレーション ファウンデーション,ヨンセイ ユニバーシティ MRI contrast agent comprising T1 contrast material coated on nanoparticle support surface
KR20180008933A (en) * 2013-01-04 2018-01-24 연세대학교 산학협력단 Mri contrast agent including t1 contrast material coated on surface of nanoparticle support
EP4088743A1 (en) * 2013-01-04 2022-11-16 Inventera Pharmaceuticals Inc. Mri contrast agent including t1 contrast material coated on surface of nanoparticle support
KR101465612B1 (en) * 2013-03-08 2014-11-27 국방과학연구소 Complex containing Metal Nanoparticle formed on hydrophilic support particle and Manufacturing Method thereof
KR20190105305A (en) 2018-03-05 2019-09-17 인하대학교 산학협력단 N doped titanium dioxide nanoparticles for pemfc having high durability and preparing method for the same
CN109158122A (en) * 2018-08-24 2019-01-08 南京大学 A kind of preparation method and application of nitrogen-doped nanometer silica photocatalysts
CN109158122B (en) * 2018-08-24 2021-05-18 南京大学 Preparation method and application of nitrogen-doped nano-silica photocatalyst

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