KR20150033338A - Carbon-doped metal oxide-containing porous structure, preparing method of the same, and photocatalyst including the same - Google Patents

Carbon-doped metal oxide-containing porous structure, preparing method of the same, and photocatalyst including the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a carbon-doped metal oxide-containing porous structure, which improves absorbance and photocatalyst activity by doping carbon on a metal oxide-containing porous structure, a manufacturing method thereof and a photocatalyst including the carbon-doped metal oxide-containing porous structure.

Description

탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체, 상기의 제조방법, 및 상기를 포함하는 광촉매{CARBON-DOPED METAL OXIDE-CONTAINING POROUS STRUCTURE, PREPARING METHOD OF THE SAME, AND PHOTOCATALYST INCLUDING THE SAME} TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon-doped metal oxide-containing porous structure, a method of manufacturing the same, and a photocatalyst including the above-described metal-oxide-containing porous structure,

본원은, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체, 상기 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법, 및 상기 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 포함하는 광촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon-doped metal oxide-containing porous structure, a method for producing the carbon-doped metal oxide-containing porous structure, and a photocatalyst comprising the carbon-doped metal oxide-containing porous structure.

일반적으로, 광촉매란 '빛을 받아들여 화학반응을 촉진시키는 물질', 즉, 반도체적인 물성을 지니고, 그 물질의 밴드갭 에너지보다 큰 에너지를 갖는 빛이 조사되면 여기 상태가 되어, 전자/정공쌍을 생성하는 물질인데, 이러한 반응을 광화학반응이라고 한다. 광촉매 종류에는 TiO2, ZnO, Nb2O5, WO3, SnO2, ZrO2, Ru2 +, CdS, ZnS 등이 알려져 있다. 이러한 광촉매에 자외선을 조사하면 악취성분 등의 유기화합물에 대하여 산소분자의 흡착 또는 탈착을 일으켜 분해를 촉진하는 기능을 발휘한다. 따라서, 광촉매를 이용한 기술은 환경오염을 유발하지 않는 태양 에너지를 사용하고 슬러리가 발생하지 않으며, 생물학적으로 난분해성 물질인 유기화합물에 대한 광분해가 높아 기존의 환경 처리 기술의 난점을 보완할 수 있다. 그 결과 환경 기술 에너지 분야의 신 물질 개발 영역에서 광촉매의 성능을 극대화할 수 있는 물질의 제조 및 그 응용 연구가 절실히 요구되고 있는 실정이다.Generally, a photocatalyst is an excited state when light having energy greater than the bandgap energy of a material having a semiconductor property, that is, a substance that accepts light and promotes a chemical reaction, This reaction is called photochemical reaction. Examples of the photocatalyst include TiO 2 , ZnO, Nb 2 O 5 , WO 3 , SnO 2 , ZrO 2 , Ru 2 + , CdS and ZnS. When such a photocatalyst is irradiated with ultraviolet rays, oxygen molecules are adsorbed to or desorbed from organic compounds such as malodorous components, thereby exhibiting a function of promoting decomposition. Therefore, the photocatalytic technology can use the solar energy that does not cause environmental pollution, does not cause slurry, and has a high photodegradation rate with respect to the organic compound, which is a biodegradable material, and thus can overcome the difficulties of the conventional environmental treatment technology. As a result, there is a desperate need to manufacture materials for maximizing the performance of photocatalyst in the field of new material development in environmental technology and energy, and to study its application.

현재 가장 많이 사용되고 있는 광촉매로서 TiO2가 있는데, 그 이유 중 첫째는 CO의 산화 제거반응, 고농도 염색 폐수의 색도 처리상 오염 물질의 처리 등 다양한 분야에서 광촉매 활성이 높고, 둘째는 물리적, 화학적으로 대단히 안정하며, 셋째는 무해, 무독하고, 넷째는 가격이 싸기 때문이다. 또한, TiO2는 미생물 살균기능도 있어서 환경정화용 촉매로 매우 적합한 특성을 갖고 있다. 그러나 TiO2를 이용하는 광촉매는 가시광선 영역에서의 흡광도 및 광촉매 활성도가 매우 낮은 단점이 있다. 한편, 대한민국 등록특허 제 10-0825084 호에는 이산화티탄 광촉매 졸 제조 방법 및 이를 포함하는 이산화티탄 광촉매 제조 방법에 대하여 개시하고 있으나, 여전히 상기 단점을 지니고 있다.The most widely used photocatalyst is TiO 2. First of all, the photocatalytic activity is high in various fields such as the oxidation removal reaction of CO and the treatment of pollutants in the treatment of high density dyeing wastewater. In the second place, Stable, the third is harmless, non-toxic, and the fourth is cheap. In addition, TiO 2 has a microbiological sterilizing function and is very suitable as an environmental purification catalyst. However, the photocatalyst using TiO 2 has a disadvantage in that the absorbance and photocatalytic activity in the visible light region are very low. On the other hand, Korean Patent No. 10-0825084 discloses a method for producing a titanium dioxide photocatalyst sol and a method for producing a titanium dioxide photocatalyst containing the same, but still has the above disadvantages.

이에, 본원은 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체, 상기 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법, 및 상기 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 포함하는 광촉매를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention provides a photocatalyst comprising a carbon-doped metal oxide-containing porous structure, a method of preparing the carbon-doped metal oxide-containing porous structure, and a carbon-doped metal oxide-containing porous structure .

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체, 상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체 표면에 형성된 제 2 금속 산화물-함유 나노입자, 및 상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자 표면에 도핑된 탄소를 포함하는, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 제공한다.A first aspect of the present invention is a method for fabricating a metal oxide-containing nanoparticle, comprising the steps of: forming a first metal oxide-containing porous structure, a second metal oxide-containing nanoparticle formed on the surface of the first metal oxide- Doped metal oxide-containing porous structure, which comprises the carbon that has been doped.

본원의 제 2 측면은, 기재 상에 고분자 콜로이드 입자를 함유하는 희생층을 형성하고; 상기 희생층에 제 1 금속 산화물의 전구체를 주입하고; 상기 희생층을 제거함으로써 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 형성하고; 상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체 표면에 제 2 금속 산화물-함유 나노입자를 형성하고; 및, 상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자 표면에 탄소를 도핑하는 것을 포함하는, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법을 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a sacrificial layer containing polymeric colloid particles on a substrate; Injecting a precursor of the first metal oxide into the sacrificial layer; Forming a first metal oxide-containing porous structure by removing the sacrificial layer; Forming a second metal oxide-containing nanoparticle on the surface of the first metal oxide-containing porous structure; Doped metal oxide-containing porous structure, and doping carbon on the surface of the second metal oxide-containing nanoparticle.

본원의 제 3 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 포함하는, 광촉매를 제공한다.A third aspect of the present invention provides a photocatalyst comprising a carbon-doped metal oxide-containing porous structure according to the first aspect of the present invention.

본원은 고분자 콜로이드 입자를 주형으로서 이용하여 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 형성하고, 상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체 표면에 제 2 금속 산화물-함유 나노입자를 형성함으로써, 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 용이하고 경제적인 공정에 의하여 단시간에 제조할 수 있다. 또한, 상기 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 다공성 구조에 의하여 비표면적이 매우 높아져 물질의 흡착량과 물질 전달력을 증가시킬 수 있다. 아울러, 상기 금속 산화물-함유 다공성 구조체에 탄소를 도핑함으로써 금속 산화물의 밴드갭을 낮추어 흡광도를 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 광촉매 활성도를 높일 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a method of forming a metal oxide-containing porous structure by forming a first metal oxide-containing porous structure by using polymer colloid particles as a template and forming second metal oxide-containing nanoparticles on the surface of the first metal oxide- The structure can be manufactured in a short time by an easy and economical process. Also, the specific surface area of the metal oxide-containing porous structure may be increased by the porous structure of the metal oxide-containing porous structure, thereby increasing the adsorption amount of the substance and the substance delivery force. In addition, by doping carbon with the metal oxide-containing porous structure, the band gap of the metal oxide can be lowered to improve the absorbance, thereby increasing the photocatalytic activity.

도 1은, 본원의 일 실시예에 따라 제조된 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 나타내는 FE-SEM 사진이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 따라 제조된 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 나타내는 FE-SEM 사진이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 따라 제조된 광촉매의 흡광도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 따라 제조된 광촉매의 활성도 특성을 나타내는 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a FE-SEM photograph of a first metal oxide-containing porous structure made according to one embodiment of the present invention.
2 is an FE-SEM photograph showing a carbon-doped metal oxide-containing porous structure produced according to one embodiment of the present invention.
3 is a graph showing absorbance characteristics of the photocatalyst prepared according to one embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the activity characteristics of a photocatalyst manufactured according to one embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is "on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".

이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
Hereinafter, embodiments of the present invention are described in detail, but the present invention is not limited thereto.

본원의 제 1 측면은, 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체, 상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체 표면에 형성된 제 2 금속 산화물-함유 나노입자, 및 상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자 표면에 도핑된 탄소를 포함하는, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 제공한다. 본원에 따른 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체는 높은 비표면적을 제공할 수 있으며, 이로 인해 물질의 흡착량과 물질 전달력을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 금속 산화물-함유 다공성 구조체에 탄소를 도핑시킴으로써 금속 산화물의 밴드갭을 낮출 수 있고, 이에 의해 광 활성도를 높일 수 있다.A first aspect of the present invention is a method for fabricating a metal oxide-containing nanoparticle, comprising the steps of: forming a first metal oxide-containing porous structure, a second metal oxide-containing nanoparticle formed on the surface of the first metal oxide- Doped metal oxide-containing porous structure, which comprises the carbon that has been doped. The carbon-doped metal oxide-containing porous structure according to the present invention can provide a high specific surface area, thereby increasing the adsorption amount of the substance and the substance transferring power. In addition, by doping carbon with the metal oxide-containing porous structure, the band gap of the metal oxide can be lowered, thereby increasing the optical activity.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 기공은 단순입방정계(simple cubic), 체심입방정계(body-centered cubic), 면심입방정계(face-centered cubic), 또는 역전오팔(inverse opal) 구조 형태로 배열된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체가 역전오팔(inverse opal) 구조인 경우, 이는 3차원의 다공성 구조로서, 입자들이 규칙적으로 배열된 오팔구조를 역전시켜 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 역전오팔 구조는 정렬된 벌크-공극(ordered bulk-pores)을 통하여 점성이 높은 고분자 또는 고체 전해질의 침투에 효율적인 통로를 제공할 수 있다.In one embodiment herein, the pores of the first metal oxide-containing porous structure are selected from the group consisting of simple cubic, body-centered cubic, face-centered cubic, And may be arranged in an inverse opal structure, but the present invention is not limited thereto. For example, when the first metal oxide-containing porous structure is an inverse opal structure, it is a three-dimensional porous structure, and the particles can be formed by reversing the regularly arranged opal structure, . The inverse opal structure can provide an efficient path for penetration of highly viscous polymers or solid electrolytes through ordered bulk-pores.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물 및 제 2 금속 산화물은 각각 독립적으로 Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the first metal oxide and the second metal oxide are each independently selected from the group consisting of Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Al, Y, Sc, Sm, Ga, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 하기를 포함하는, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법을 제공한다:A second aspect of the present invention provides a method of making a carbon-doped metal oxide-containing porous structure, comprising:

기재 상에 고분자 콜로이드 입자를 함유하는 희생층을 형성하고;Forming a sacrificial layer containing polymeric colloid particles on a substrate;

상기 희생층에 제 1 금속 산화물의 전구체를 주입하고;Injecting a precursor of the first metal oxide into the sacrificial layer;

상기 희생층을 제거함으로써 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 형성하고;Forming a first metal oxide-containing porous structure by removing the sacrificial layer;

상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체 표면에 제 2 금속 산화물-함유 나노입자를 형성하고; 및,Forming a second metal oxide-containing nanoparticle on the surface of the first metal oxide-containing porous structure; And

상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자 표면에 탄소를 도핑함.The surface of the second metal oxide-containing nanoparticles is doped with carbon.

본원에 따른, 상기 희생층은, 상기 고분자 콜로이드 입자를 함유하는 용액을 상기 기재 상에 스핀 코팅 또는 캐스팅함으로써 형성될 수 있으며, 상기 고분자 콜로이드 입자는 자기조립(self-assembly)법을 통하여 희생층을 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 이 후, 상기 희생층은 가열 소성 공정을 통하여 제거될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to the present invention, the sacrificial layer may be formed by spin coating or casting a solution containing the polymeric colloid particles on the substrate, and the polymeric colloid particles may be formed by self-assembly to form a sacrificial layer But may not be limited thereto. Thereafter, the sacrificial layer may be removed through a heating and firing process, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물의 전구체는 솔-젤(sol-gel) 반응을 일으킬 수 있는 전구체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the precursor of the first metal oxide may include, but is not limited to, a precursor capable of causing a sol-gel reaction.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 희생층은 약 400℃ 내지 약 800℃의 온도범위에서 가열 소성하여 제거되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 희생층은 약 400℃ 내지 약 800℃, 약 450℃ 내지 약 800℃, 약 500℃ 내지 약 800℃, 약 550℃ 내지 약 800℃, 약 600℃ 내지 약 800℃, 약 650℃ 내지 약 800℃, 약 700℃ 내지 약 800℃, 약 750℃ 내지 약 800℃, 약 400℃ 내지 약 750℃, 약 450℃ 내지 약 750℃, 약 500℃ 내지 약 750℃, 약 550℃ 내지 약 750℃, 약 600℃ 내지 약 750℃, 약 650℃ 내지 약 750℃, 약 700℃ 내지 약 750℃, 약 400℃ 내지 약 700℃, 약 450℃ 내지 약 700℃, 약 500℃ 내지 약 700℃, 약 550℃ 내지 약 700℃, 약 600℃ 내지 약 700℃, 약 650℃ 내지 약 700℃, 약 400℃ 내지 약 650℃, 약 450℃ 내지 약 650℃, 약 500℃ 내지 약 650℃, 약 550℃ 내지 약 650℃, 약 600℃ 내지 약 650℃, 약 400℃ 내지 약 600℃, 약 450℃ 내지 약 600℃, 약 500℃ 내지 약 600℃, 약 550℃ 내지 약 600℃, 약 400℃ 내지 약 550℃, 약 450℃ 내지 약 550℃, 약 500℃ 내지 약 550℃, 약 400℃ 내지 약 500℃, 약 450℃ 내지 약 500℃, 또는 약 400℃ 내지 약 450℃의 온도범위에서 가열 소성하여 제거되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the sacrificial layer may include, but is not limited to, being removed by heating at a temperature ranging from about 400 ° C to about 800 ° C. For example, the sacrificial layer may have a thickness of from about 400 캜 to about 800 캜, from about 450 캜 to about 800 캜, from about 500 캜 to about 800 캜, from about 550 캜 to about 800 캜, About 750 ° C to about 750 ° C, about 500 ° C to about 750 ° C, about 550 ° C to about 800 ° C, about 700 ° C to about 800 ° C, about 750 ° C to about 800 ° C, From about 500 캜 to about 700 캜, from about 600 캜 to about 750 캜, from about 650 캜 to about 750 캜, from about 700 캜 to about 750 캜, from about 400 캜 to about 700 캜, About 650 ° C to about 700 ° C, about 650 ° C to about 700 ° C, about 400 ° C to about 650 ° C, about 450 ° C to about 650 ° C, about 500 ° C to about 650 ° C, From about 400 ° C to about 600 ° C, from about 450 ° C to about 600 ° C, from about 500 ° C to about 600 ° C, from about 550 ° C to about 600 ° C, from about 400 ° C to about 650 ° C, About 550 DEG C, about 450 DEG C to about 550 DEG C, about 5 DEG C At a temperature ranging from about 400 캜 to about 550 캜, from about 400 캜 to about 550 캜, from about 400 캜 to about 500 캜, from about 450 캜 to about 500 캜, or from about 400 캜 to about 450 캜 .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체 표면에 제 2 금속 산화물-함유 나노입자를 형성하는 것은, 상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 제 2 금속 산화물의 전구체-함유 용액에 담지하고 열처리하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the formation of the second metal oxide-containing nanoparticles on the surface of the first metal oxide-containing porous structure may be performed by mixing the first metal oxide-containing porous structure with the precursor- But it may be, but not limited to, carrying it in solution and heat-treating it.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열처리는 약 400℃ 내지 약 600℃의 온도범위에서 수행하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리는, 약 400℃ 내지 약 600℃, 약 450℃ 내지 약 600℃, 약 500℃ 내지 약 600℃, 약 550℃ 내지 약 600℃, 약 400℃ 내지 약 550℃, 약 450℃ 내지 약 550℃, 약 500℃ 내지 약 550℃, 약 400℃ 내지 약 500℃, 약 450℃ 내지 약 500℃, 또는 약 400℃ 내지 약 450℃의 온도범위에서 수행하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment herein, the heat treatment may be performed at a temperature ranging from about 400 [deg.] C to about 600 [deg.] C, but may not be limited thereto. For example, the heat treatment may be performed at a temperature of about 400 캜 to about 600 캜, about 450 캜 to about 600 캜, about 500 캜 to about 600 캜, about 550 캜 to about 600 캜, About 500 ° C to about 550 ° C, about 500 ° C to about 550 ° C, about 400 ° C to about 500 ° C, about 450 ° C to about 500 ° C, or about 400 ° C to about 450 ° C, .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자 표면에 탄소를 도핑하는 것은, 상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자가 형성된 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체에 탄소 전구체 레졸이 포함된 용액을 회전코팅하고, 불활성 기체 분위기에서 탄화시키는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of doping the surface of the second metal oxide-containing nanoparticles with carbon includes the step of forming a first metal oxide-containing porous structure having the second metal oxide- And then carbonizing the resulting solution in an inert gas atmosphere, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 전구체 레졸의 질량 백분율에 따라 상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자 표면의 탄소-도핑 정도를 조절할 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the degree of carbon-doping of the surface of the second metal oxide-containing nanoparticles may be controlled according to the mass percentage of the carbon precursor resol, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 전구체 레졸은, 페놀-포름알데히드, 하이드로퀴논-포름알데히드, 플로로글루시놀-포름알데히드, 페놀, 플로로글루시놀(phloroglucinol), 레조르시놀-포름알데히드(RF), 지방족 탄화수소계 또는 방향족 탄화수소계 알데히드류로서 탄소수 1 내지 20을 가지는 것, 수크로스, 글루코오스, 자일로오스, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체를 산촉매 또는 염기성 촉매를 사용하여 축합중합반응시켜 제조되는 것; 또는, 디비닐벤젠, 아크릴로니트릴, 염화비닐, 비닐아세테이트, 스티렌, 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 우레아(urea), 멜라민(melamin), CH2=CRR'(여기에서 R 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20을 가지는 알킬기 또는 아릴기를 나타냄), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체를 중합개시제를 사용하여 부가중합반응시켜 제조되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 중합개시제는 부가중합반응을 형성할 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용될 있으며, 그 예로서, 아조비스이소부티로니트릴(AIBN), t-부틸퍼아세테이트(t-butyl peracetate), 벤조일퍼옥시드(BPO), 아세틸퍼옥시드(acetyl peroxide), 라우릴퍼옥시드(lauryl peroxide), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 개시제를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment herein, the carbon precursor resol is selected from the group consisting of phenol-formaldehyde, hydroquinone-formaldehyde, fluoroglucinol-formaldehyde, phenol, phloroglucinol, resorcinol-formaldehyde RF), an aliphatic hydrocarbon-based or aromatic hydrocarbon-based aldehyde having a carbon number of 1 to 20, a monomer selected from the group consisting of sucrose, glucose, xylose, and a combination thereof is condensed with an acid catalyst or a basic catalyst Those prepared by polymerization; Or methacrylate, methyl methacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, urea, melamine, CH 2 = CRR '((meth) acrylate, Wherein R and R 'each independently represent an alkyl group or an aryl group having 1 to 20 carbon atoms, and a combination thereof, is subjected to addition polymerization reaction using a polymerization initiator But may not be limited thereto. For example, the polymerization initiator is not limited as long as it can form an addition polymerization reaction. Examples thereof include azobisisobutyronitrile (AIBN), t-butyl peracetate, But are not limited to, one or more initiators selected from the group consisting of peroxides (BPO), acetyl peroxide, lauryl peroxide, and combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 불활성 기체 분위기에서 탄화시키는 것은, 약 700℃ 이상의 온도범위에서 수행하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the carbonization in the inert gas atmosphere may be performed in a temperature range of about 700 DEG C or higher, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자의 크기는 약 200 ㎚ 초과 내지 약 2 ㎛ 이하인 것 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 콜로이드 입자의 크기는 약 200 ㎚ 초과 내지 약 2 ㎛ 이하, 약 200 ㎚ 초과 내지 약 1.8 ㎛ 이하, 약 200 ㎚ 초과 내지 약 1.6 ㎛ 이하, 약 200 ㎚ 초과 내지 약 1.4 ㎛ 이하, 약 200 ㎚ 초과 내지 약 1.2 ㎛ 이하, 약 200 ㎚ 초과 내지 약 1 ㎛ 이하, 약 200 ㎚ 초과 내지 약 800 ㎚ 이하, 약 200 ㎚ 초과 내지 약 600 ㎚ 이하, 약 200 ㎚ 초과 내지 약 400 ㎚ 이하, 약 400 ㎚ 이상 내지 약 2 ㎛ 이하, 약 400 ㎚ 이상 내지 약 1.8 ㎛ 이하, 약 400 ㎚ 이상 내지 약 1.6 ㎛ 이하, 약 400 ㎚ 이상 내지 약 1.4 ㎛ 이하, 약 400 ㎚ 이상 내지 약 1.2 ㎛ 이하, 약 400 ㎚ 이상 내지 약 1 ㎛ 이하, 약 400 ㎚ 이상 내지 약 800 ㎚ 이하, 약 400 ㎚ 이상 내지 약 600 ㎚ 이하, 약 600 ㎚ 이상 내지 약 2 ㎛ 이하, 약 600 ㎚ 이상 내지 약 1.8 ㎛ 이하, 약 600 ㎚ 이상 내지 약 1.6 ㎛ 이하, 약 600 ㎚ 이상 내지 약 1.4 ㎛ 이하, 약 600 ㎚ 이상 내지 약 1.2 ㎛ 이하, 약 600 ㎚ 이상 내지 약 1 ㎛ 이하, 약 600 ㎚ 이상 내지 약 800 ㎚ 이하, 약 800 ㎚ 이상 내지 약 2 ㎛ 이하, 약 800 ㎚ 이상 내지 약 1.8 ㎛ 이하, 약 800 ㎚ 이상 내지 약 1.6 ㎛ 이하, 약 800 ㎚ 이상 내지 약 1.4 ㎛ 이하, 약 800 ㎚ 이상 내지 약 1.2 ㎛ 이하, 약 800 ㎚ 이상 내지 약 1 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이상 내지 약 2 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이상 내지 약 1.8 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이상 내지 약 1.6 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이상 내지 약 1.4 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이상 내지 약 1.2 ㎛ 이하, 약 1.2 ㎛ 이상 내지 약 2 ㎛ 이하, 약 1.2 ㎛ 이상 내지 약 1.8 ㎛ 이하, 약 1.2 ㎛ 이상 내지 약 1.6 ㎛ 이하, 약 1.2 ㎛ 이상 내지 약 1.4 ㎛ 이하, 약 1.4 ㎛ 이상 내지 약 2 ㎛ 이하, 약 1.4 ㎛ 이상 내지 약 1.8 ㎛ 이하, 약 1.4 ㎛ 이상 내지 약 1.6 ㎛ 이하, 약 1.6 ㎛ 이상 내지 약 2 ㎛ 이하, 약 1.6 ㎛ 이상 내지 약 1.8 ㎛ 이하, 또는 약 1.8 ㎛ 이상 내지 약 2 ㎛ 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment herein, the size of the polymeric colloidal particles may be from about greater than about 200 nm to about 2 탆, but is not limited thereto. For example, the size of the polymeric colloid particles may be greater than about 200 nm to less than about 2 占 퐉, greater than about 200 nm to less than about 1.8 占 퐉, greater than about 200 nm to less than about 1.6 占 퐉, greater than about 200 nm to less than about 1.4 占 퐉 Greater than about 200 nm and up to about 600 nm, greater than about 200 nm and less than about 400 nm, and greater than or equal to about 200 nm and less than about 400 nm, About 400 nm or more to about 2 占 퐉 or less, about 400 nm or more to about 1.8 占 퐉 or less, about 400 nm or more to about 1.6 占 퐉 or less, about 400 nm or more to about 1.4 占 퐉 or less, about 400 nm or more to about 1.2 占 퐉 or less From about 400 nm or more to about 1 占 퐉 or less, from about 400 nm or more to about 800 nm or less, from about 400 nm or more to about 600 nm or less, from about 600 nm or more to about 2 占 퐉 or less, from about 600 nm or more to about 1.8 占 퐉 or less , About 600 nm or more and about 1.6 m or less, about 600 nm or more From about 600 nm or more to about 1 占 퐉 or less, from about 600 nm or more to about 800 nm or less, from about 800 nm or more to about 2 占 퐉 or less, from about 800 nm or more to about 400 nm or less, from about 600 nm or more to about 1.2 占 퐉 or less, From about 800 nm or more to about 1.6 占 퐉 or less, from about 800 nm or more to about 1.4 占 퐉 or less, from about 800 nm or more to about 1.2 占 퐉 or less, from about 800 nm or more to about 1 占 퐉 or less, About 1 탆 or more to about 1.8 탆 or less, about 1 탆 or more to about 1.6 탆 or less, about 1 탆 or more to about 1.4 탆 or less, about 1 탆 or more to about 1.2 탆 or less, From about 1.2 탆 or more to about 1.8 탆 or less, from about 1.2 탆 or more to about 1.6 탆 or less, from about 1.2 탆 or more to about 1.4 탆 or less, from about 1.4 탆 or more to about 2 탆 or less, About 1.8 탆 or less, about 1.4 탆 or more to about 1.6 탆 or less, about 1.6 탆 or more to about 2 탆 Or less, about 1.6 占 퐉 or more to about 1.8 占 퐉 or less, or about 1.8 占 퐉 or more to about 2 占 퐉 or less, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/디비닐벤젠(PS/DVB), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트)(PBMA), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
In one embodiment of the invention, the polymeric colloid particles are selected from the group consisting of polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene / divinyl benzene (PS / DVB), polyamide, poly (butyl methacrylate) ), And combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 제 3 측면은, 상기한 본원의 제 1 측면에 따른 상기 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 포함하는, 광촉매를 제공한다. 본원에 따른 상기 광촉매에 대하여 본원의 제 1 측면에 따른 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체에 대하여 기술된 내용을 모두 적용할 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 기재 상에 형성된 금속 산화물-함유 다공성 구조체에 탄소를 도핑시킴으로써 광촉매의 흡광도 및 광활성을 향상시키는 효과가 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
A third aspect of the present invention provides a photocatalyst comprising the carbon-doped metal oxide-containing porous structure according to the first aspect of the present invention. The present invention can be applied to the carbon-doped metal oxide-containing porous structure according to the first aspect of the present invention. In one embodiment of the present invention, there is an effect of improving the absorbance and optical activity of the photocatalyst by doping carbon on the metal oxide-containing porous structure formed on the substrate, but the present invention is not limited thereto.

이하, 본원에 대하여 실시예 및 도면을 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and drawings. However, the following examples are given for the purpose of helping understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

[[ 실시예Example ] ]

실시예Example 1 : 탄소가  1: carbon 도핑된Doped 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체를 포함하는 광촉매 제조 Photocatalyst manufacture comprising titanium dioxide-containing inverted opal structure

먼저, 박막을 형성하기 위해 실리콘 기재 상에 폴리스타이렌 입자를 코팅하여 오팔구조의 폴리스타이렌 주형을 제조하고, 상기 폴리스타이렌 주형에 이산화티타늄 전구체가 분산된 용액을 코팅하였다. 이 후, 상기 폴리스타이렌 주형을 열분해시켜 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체를 제조하였고, 상기 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체 표면에 솔-젤(sol-gel)법을 이용하여 이산화티타늄 나노입자를 형성하였다. 마지막으로 상기 이산화티타늄 나노입자 표면에 탄소 전구체를 이용하여 도핑하여 탄소가 도핑된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체로서 3차원 구조를 가진 광촉매를 제조하였다. First, to form a thin film, polystyrene particles were coated on a silicon substrate to prepare a polystyrene template having an opal structure, and a solution in which the titanium dioxide precursor was dispersed was coated on the polystyrene template. Thereafter, the polystyrene template was pyrolyzed to prepare a titanium dioxide-containing inverted opal structure, and titanium dioxide nanoparticles were formed on the surface of the titanium dioxide-containing inverted opal structure using a sol-gel method. Finally, the surface of the titanium dioxide nanoparticles was doped with a carbon precursor to prepare a carbon dioxide-doped titanium dioxide-containing reversed opal structure having a three-dimensional structure as a photocatalyst.

더 구체적으로, 실리콘 기재 상에 직경이 0.7 ㎛인 폴리스타이렌 고분자 입자를 자기조립(self-assembly)법을 통해 코팅하여 희생층을 형성한 후, 상기 희생층에 이산화티타늄 전구체를 주입 및 코팅하였다. 상기 전구체는 솔-젤 반응을 일으킬 수 있는 이산화티타늄 전구체로서, 본 실시예에서는 20% 아나타아제 용액(nanostructured & amorphous materials Inc.)을 사용하였다. 이 후, 500℃의 온도에서 가열 소성 공정을 2 시간 동안 수행하여 상기 희생층을 제거하였으며, 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체를 수득하였다. 이 후, 촉매의 비표면적을 넓히기 위하여 이산화티타늄 전구체 용액인 0.3 M TiCl4 수용액에 상기 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체를 담그고 70℃ 온도의 오븐에서 1 시간 동안 유지시켜, 상기 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체에 이산화티타늄 전구체 시드(seed)를 부착시켰다. 상기 이산화티타늄 전구체 시드가 부착된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체를 450℃의 온도에서 30 분 동안 추가 열처리하여 그 표면에 이산화티타늄 나노입자가 형성되도록 하였다. 이어서, 상기 이산화티타늄 나노입자가 형성된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체에 1 중량% 내지 3 중량%의 페놀/포름알데히드(P/F) 레졸이 포함된 용액을 이용하여 3,000 rpm에서 30 초 동안 회전코팅하고, 아르곤 분위기에서 900℃의 온도로 3 시간 동안 유지시켜 탄화작업을 수행함으로써, 상기 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체에 형성된 이산화티타늄 나노입자에 탄소가 도핑되어, 탄소가 도핑된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체를 포함하는 광촉매가 제조되었다.
More specifically, polystyrene polymer particles having a diameter of 0.7 占 퐉 were coated on a silicon substrate through a self-assembly method to form a sacrificial layer, and then the titanium dioxide precursor was injected and coated on the sacrificial layer. The precursor is a titanium dioxide precursor capable of causing a sol-gel reaction. In this embodiment, a 20% solution of nanostructured & amorphous materials Inc. was used. Thereafter, a heat firing step was performed at a temperature of 500 DEG C for 2 hours to remove the sacrificial layer to obtain a titanium dioxide-containing inverted opal structure. Thereafter, in order to increase the specific surface area of the catalyst, the titanium dioxide-containing inverted opal structure was immersed in an aqueous solution of 0.3 M TiCl 4 , which is a titanium dioxide precursor solution, and maintained in an oven at 70 ° C. for 1 hour, A titanium dioxide precursor seed was attached to the structure. The titanium dioxide-containing inverted opal structure with the titanium dioxide precursor seeds was further heat treated at 450 DEG C for 30 minutes to form titanium dioxide nanoparticles on the surface. Then, the titanium dioxide-containing reversed opal structure on which the titanium dioxide nanoparticles were formed was spin-coated at 3,000 rpm for 30 seconds using a solution containing 1 wt% to 3 wt% of phenol / formaldehyde (P / F) And carrying out a carbonization operation in an argon atmosphere at a temperature of 900 DEG C for 3 hours to perform carbonization so that the titanium dioxide nanoparticles formed on the titanium dioxide-containing inverted opal structure are doped with carbon to form a carbon-doped titanium dioxide- A photocatalyst comprising an opal structure was prepared.

실험예Experimental Example 1 : 전자현미경( 1: Electron microscope ( FEFE -- SEMSEM ) 분석) analysis

상기 실시예에서 수득된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체(도 1) 및 탄소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자가 형성된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체(도 2)를 FE-SEM(Hitachi)을 이용하여 10 kV 조건에서 확인하였으며, 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
The titanium dioxide-containing inverted opal structure (FIG. 1) obtained in the above example and the titanium dioxide-containing inverted opal structure (FIG. 2) in which the carbon-doped titanium dioxide nanoparticles were formed were analyzed by FE-SEM (Hitachi) kV. The results are shown in FIGS. 1 and 2. FIG.

실험예Experimental Example 2 : 흡광도 측정 2: Absorption measurement

상기 실시예에 따라 제조된 광촉매의 흡광도를 UV-Vis 스펙트로미터 (SHIMADZU UV-2550)를 이용하여 300 nm ~ 800 nm 범위의 파장영역에서 측정하였다. 구체적으로, 도 3에 나타난 바와 같이, 탄소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자가 형성된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체 (a)와 탄소가 도핑되지 않은 이산화티타늄 나노입자가 형성된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체 (b)를 포함하는 광촉매의 흡광도를 비교한 결과, 상기 실시예에 따른 탄소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자가 형성된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체 (a)를 포함하는 광촉매의 흡광도가 400 nm 파장 이상의 영역에서 2 배 이상인 것을 확인하였으며, 급격하게 흡광도가 변화하는 구간(absorption edge)이 380 nm(b)에서 400 nm(a)로 증가한 것을 확인할 수 있었다.
The absorbance of the photocatalyst prepared according to the above example was measured in a wavelength range of 300 nm to 800 nm using a UV-Vis spectrometer (SHIMADZU UV-2550). Specifically, as shown in FIG. 3, the titanium dioxide-containing reversed opal structure (a) in which titanium dioxide nanoparticles doped with carbon are formed and the titanium dioxide-containing inverted opal structure (a) in which titanium dioxide nanoparticles not doped with carbon are formed b), the absorbance of the photocatalyst including the titanium dioxide-containing inverted opal structure (a) formed with the carbon-doped titanium dioxide nanoparticles according to the above-mentioned example was higher than the wavelength (B) to 400 nm (a). It was confirmed that the absorption edge was changed rapidly from 380 nm (b) to 400 nm (a).

실험예Experimental Example 3 :  3: 광촉매Photocatalyst 활성도 측정 Activity measurement

상기 실시예에 따라 제조된 광촉매의 활성도를 AM 1.5 G 필터가 장착된 1,000 W 제논램프 및 UV-Vis 스펙트로미터 (SHIMADZU UV-2550)를 이용하여 측정하였으며, 이 때 메틸렌블루의 광원을 조사한 후 시간에 따른 메틸렌블루의 흡광도를 측정 및 분석하여 활성도(분해도)를 추정하는 방법을 이용하였다. 구체적으로, 도 4에 나타난 바와 같이, 가시광 영역에서 탄소가 도핑되지 않은 이산화티타늄 나노입자가 형성된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체인 (a)와 상기 실시예에 따라 제조된 탄소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자가 형성된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체인 (b) 및 (c)를 포함하는 광촉매의 활성도를 비교하였다. 특히, 상기 탄소가 도핑된 이산화티타늄 나노입자가 형성된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체를 포함하는 광촉매는, 탄소 도핑 시 페놀-포름알데히드(P/F) 레졸을 1 중량% 첨가한 용액을 사용하여 제조된 광촉매 (b)와 P/F 레졸을 3 중량% 첨가한 용액을 사용하여 제조된 광촉매 (c)를 이용하여 2 종류의 광촉매를 비교하면서 실험을 수행하였다. 활성도 측정 결과, (b) 및 (c) 광촉매의 경우, (a) 광촉매 보다 활성도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 탄소의 도핑 농도가 증가할수록, 즉, 광촉매 (b) 보다 광촉매 (c)의 활성도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
The activity of the photocatalyst prepared according to the above example was measured using a 1,000 W xenon lamp equipped with an AM 1.5 G filter and a UV-Vis spectrometer (SHIMADZU UV-2550) And the activity (decomposition degree) of the methylene blue was measured and analyzed. Specifically, as shown in FIG. 4, the titanium dioxide-containing inverse opal structure (a) in which titanium dioxide nanoparticles without carbon doping are formed in the visible light region and the carbon-doped titanium dioxide nano- The activity of photocatalysts including (b) and (c), which are titanium dioxide-containing inverted opal structures with particles formed, are compared. Particularly, the photocatalyst including the titanium dioxide-containing inverted opal structure in which the carbon-doped titanium dioxide nanoparticles are formed can be prepared by using a solution containing 1% by weight of phenol-formaldehyde (P / F) (B) and a photocatalyst (c) prepared by using a solution containing 3% by weight of P / F resole were used to conduct experiments while comparing two types of photocatalysts. As a result of the activity measurement, it was confirmed that the activity of the photocatalyst (b) and the photocatalyst (c) was higher than that of the photocatalyst. The activity of the photocatalyst (c) Of the total number of students.

상기 실험예의 결과를 종합하면, 본 실시예에 따른 탄소가 도핑된 이산화티타늄-함유 역전오팔 구조체를 포함하는 광촉매는 크게는 수 마이크로미터 정도까지의 기공이 형성되어있어 점성이 높은 고분자 또는 고체 전해질의 침투에 효과적일 수 있으며, 상기 광촉매는 고분자 입자의 자기조립법으로 제작된 패턴이 역전된 역전오팔 구조를 가짐으로써 높은 비표면적을 가지는 장점이 있다. 또한, 탄소를 도핑함으로써 광촉매의 흡광도 및 활성도를 증가시키며, 상기 광촉매 활성도는 탄소 전구체인 페놀/포름알데히드 레졸의 질량 퍼센트에 따라 탄소의 도핑 정도를 제어함으로써 조절할 수 있음을 확인할 수 있었다.
The photocatalyst containing the carbon-doped titanium dioxide-containing inverted opal structure according to the present invention has pores up to a few micrometers in size, and thus has a high viscosity or a high solid electrolyte And the photocatalyst has an advantage of having a high specific surface area by having a reversed opal structure in which a pattern produced by a self-assembling method of polymer particles is reversed. Also, it was confirmed that the photocatalytic activity can be controlled by controlling the doping degree of carbon according to the mass percentage of phenol / formaldehyde resole, which is a carbon precursor, by increasing the absorbance and activity of the photocatalyst by doping carbon.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .

Claims (15)

제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체;
상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체 표면에 형성된 제 2 금속 산화물-함유 나노입자; 및,
상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자 표면에 도핑된 탄소
를 포함하는, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체.
A first metal oxide-containing porous structure;
Second metal oxide-containing nanoparticles formed on the surface of the first metal oxide-containing porous structure; And
The surface of the second metal oxide-containing nanoparticles is doped with carbon
Doped metal oxide-containing porous structure.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 기공은 단순입방정계, 체심입방정계, 면심입방정계, 또는 역전오팔 구조 형태로 배열된 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the pores of the first metal oxide-containing porous structure are arranged in the form of a simple cubic system, a body-centered cubic system, a face-centered cubic system, or an inverted opal structure.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 금속 산화물 및 제 2 금속 산화물은 각각 독립적으로 Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Al, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물을 포함하는 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the first metal oxide and the second metal oxide are each independently selected from the group consisting of Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Yr, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Mg, Ga, and combinations thereof. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
기재 상에 고분자 콜로이드 입자를 함유하는 희생층을 형성하고;
상기 희생층에 제 1 금속 산화물의 전구체를 주입하고;
상기 희생층을 제거함으로써 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 형성하고;
상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체 표면에 제 2 금속 산화물-함유 나노입자를 형성하고; 및,
상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자 표면에 탄소를 도핑하는 것
을 포함하는, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
Forming a sacrificial layer containing polymeric colloid particles on a substrate;
Injecting a precursor of the first metal oxide into the sacrificial layer;
Forming a first metal oxide-containing porous structure by removing the sacrificial layer;
Forming a second metal oxide-containing nanoparticle on the surface of the first metal oxide-containing porous structure; And
Doping the surface of the second metal oxide-containing nanoparticles with carbon
Doped metal oxide-containing porous structure.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 금속 산화물의 전구체는 솔-젤(sol-gel) 반응을 일으킬 수 있는 전구체를 포함하는 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the precursor of the first metal oxide comprises a precursor capable of causing a sol-gel reaction. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 4 항에 있어서,
상기 희생층은 400℃ 내지 800℃의 온도범위에서 가열 소성하여 제거되는 것을 포함하는 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the sacrificial layer is removed by heating and firing at a temperature ranging from 400 ° C. to 800 ° C. 2. The method of manufacturing a carbon-doped metal oxide-containing porous structure according to claim 1,
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체 표면에 제 2 금속 산화물-함유 나노입자를 형성하는 것은, 상기 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 제 2 금속 산화물의 전구체-함유 용액에 담지하고 열처리하는 것을 포함하는 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The formation of the second metal oxide-containing nanoparticles on the surface of the first metal oxide-containing porous structure includes supporting the first metal oxide-containing porous structure on the precursor-containing solution of the second metal oxide and performing heat treatment Doped metal oxide-containing porous structure.
제 7 항에 있어서,
상기 열처리는 400℃ 내지 600℃의 온도범위에서 수행하는 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature ranging from 400 ° C to 600 ° C. The method of manufacturing a carbon-doped metal oxide-containing porous structure according to claim 1,
제 4 항에 있어서,
상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자 표면에 탄소를 도핑하는 것은,
상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자가 형성된 제 1 금속 산화물-함유 다공성 구조체에 탄소 전구체 레졸이 포함된 용액을 회전코팅하고;
불활성 기체 분위기에서 탄화시키는 것을 포함하는 것인,
탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The doping of carbon on the surface of the second metal oxide-
Spin coating a solution containing a carbon precursor resol on the first metal oxide-containing porous structure on which the second metal oxide-containing nanoparticles are formed;
And carbonizing in an inert gas atmosphere.
Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI > a carbon-doped metal oxide-containing porous structure.
제 9 항에 있어서,
상기 탄소 전구체 레졸의 질량 백분율에 따라 상기 제 2 금속 산화물-함유 나노입자 표면의 탄소-도핑 정도를 조절할 수 있는 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the degree of carbon-doping of the surface of the second metal oxide-containing nanoparticles can be controlled according to a mass percentage of the carbon precursor resol.
제 9 항에 있어서,
상기 탄소 전구체 레졸은 페놀-포름알데히드, 하이드로퀴논-포름알데히드, 플로로글루시놀-포름알데히드, 페놀, 플로로글루시놀, 레조르시놀-포름알데히드, 탄소수 1 내지 20을 가지는 지방족 탄화수소계 또는 방향족 탄화수소계 알데히드류, 수크로스, 글루코오스, 자일로오스, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체를 산 촉매 또는 염기성 촉매를 사용하여 축합중합반응시켜 제조되는 것을 포함하거나; 또는, 디비닐벤젠, 아크릴로니트릴, 염화비닐, 비닐아세테이트, 스티렌, 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 우레아, 멜라민, CH2=CRR' (여기에서, R 및 R'은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20을 가지는 알킬기 또는 아릴기를 나타냄), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체를 중합개시제를 사용하여 부가중합반응시켜 제조되는 것을 포함하는 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The carbon precursor resol may be selected from the group consisting of phenol-formaldehyde, hydroquinone-formaldehyde, fluoroglucinol-formaldehyde, phenol, fluoroglucinol, resorcinol-formaldehyde, aliphatic hydrocarbon or aromatic hydrocarbon having 1 to 20 carbon atoms Wherein the monomer is selected from the group consisting of aldehydes, sucrose, glucose, xylose, and combinations thereof, by condensation polymerization using an acid catalyst or a basic catalyst; Or methacrylate, methyl methacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, urea, melamine, CH 2 = CRR ', where R and R are as defined above, 'Represents an alkyl group or an aryl group having 1 to 20 carbon atoms independently), and a combination thereof, is subjected to addition polymerization reaction using a polymerization initiator. Containing porous structure.
제 9 항에 있어서,
상기 불활성 기체 분위기에서 탄화시키는 것은, 700℃ 이상의 온도범위에서 수행하는 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the carbonization in the inert gas atmosphere is performed in a temperature range of 700 ° C or higher.
제 4 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 입자의 크기는 200 ㎚ 초과 내지 2 ㎛ 이하인 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the size of the polymeric colloid particles is greater than 200 nm and less than or equal to 2 탆.
제 4 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 입자는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/디비닐벤젠(PS/DVB), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트)(PBMA), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the polymeric colloid particles are made of polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene / divinylbenzene (PS / DVB), polyamide, poly (butyl methacrylate) (PBMA) Doped metal oxide-containing porous structure.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 상기 탄소가 도핑된 금속 산화물-함유 다공성 구조체를 포함하는, 광촉매.A photocatalyst comprising the carbon-doped metal oxide-containing porous structure according to any one of claims 1 to 3.
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