KR20150046811A - 광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재 - Google Patents

광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재 Download PDF

Info

Publication number
KR20150046811A
KR20150046811A KR1020130126011A KR20130126011A KR20150046811A KR 20150046811 A KR20150046811 A KR 20150046811A KR 1020130126011 A KR1020130126011 A KR 1020130126011A KR 20130126011 A KR20130126011 A KR 20130126011A KR 20150046811 A KR20150046811 A KR 20150046811A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
metal oxide
oxide film
porous
photocatalyst material
Prior art date
Application number
KR1020130126011A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101804599B1 (ko
Inventor
서주환
이동일
이주형
정승문
Original Assignee
(주)엘지하우시스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)엘지하우시스 filed Critical (주)엘지하우시스
Priority to KR1020130126011A priority Critical patent/KR101804599B1/ko
Priority to EP14856781.1A priority patent/EP3061526A4/en
Priority to CN201480057896.5A priority patent/CN105682801A/zh
Priority to JP2016524573A priority patent/JP2016540628A/ja
Priority to PCT/KR2014/009542 priority patent/WO2015060568A1/ko
Priority to US15/030,586 priority patent/US20160263559A1/en
Priority to TW103136500A priority patent/TW201515706A/zh
Publication of KR20150046811A publication Critical patent/KR20150046811A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101804599B1 publication Critical patent/KR101804599B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42—Platinum
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/08—Radiation
    • A61L2/088—Radiation using a photocatalyst or photosensitiser
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/18—Radiation
    • A61L9/20—Ultra-violet radiation
    • A61L9/205—Ultra-violet radiation using a photocatalyst or photosensitiser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
    • B01J35/23—
    • B01J35/39—
    • B01J35/393—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024—Multiple impregnation or coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024—Multiple impregnation or coating
    • B01J37/0242—Coating followed by impregnation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/16—Reducing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/344—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy
    • B01J37/345—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy of ultraviolet wave energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C01G23/04—Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047—Titanium dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C01G23/04—Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047—Titanium dioxide
    • C01G23/053—Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/48—Silver or gold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/72—Copper
    • B01J35/647—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/03—Precipitation; Co-precipitation
    • B01J37/031—Precipitation
    • B01J37/033—Using Hydrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM

Abstract

졸겔법에 의해 제1 금속 산화물로 형성된 다공성 제1 금속 산화물막을 성막하는 단계; 상기 다공성 제1 금속 산화물막을 열처리하여 상기 제1 금속 산화물을 결정화하는 단계; 상기 다공성 제1 금속 산화물막을 제2 금속의 전구체 용액에 침지시킨 후 광조사하여, 상기 다공성 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 상기 제2 금속의 이온을 침투시키는 단계; 및 상기 제2 금속의 이온을 내부 공극에 함유한 상기 다공성의 제1 금속 산화물막을 알코올 용액에 침지시킨 후 광조사하여 상기 제2 금속의 이온이 환원되어 상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 상기 제2 금속의 입자가 형성되는 단계;를 포함하는 광촉매재의 제조 방법이 제공된다.

Description

광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재 {METHOD FOR PREPARING PHOTOCATALYST AND PHOTOCATALYST PREPARED THEREFROM}
광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재에 관한 것이다.
대표적인 광촉매 물질인 TiO2는 내구성, 내마모성이 우수하고, 안전하고 무독한 물질이며, 가격이 저렴하다는 장점을 갖는다. 반면, 밴드갭 에너지가 커서 자외선 이하의 빛만을 흡수할 수 있어 외장재가 아닌 실내에 적용하는 데에 한계가 있다.
이러한 측면에서 실내 적용을 목적으로 가시광선을 흡수할 수 있는 가시광선에 광활성을 갖는 촉매에 대한 연구가 많이 진행되어 왔다. 하지만, 수많은 연구 사례에서 일관된 경향을 찾기 어렵고, 특히 실제 거주 조건에서 성능이 검증된 결과를 찾기 어렵다.
본 발명의 일 구현예에서, 실내 광원에서도 효율이 우수한 가시광선 응답형 광촉매재의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 광촉매재를 제조하는 방법에 의해 제조된 광촉매재를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 졸겔법에 의해 제1 금속 산화물로 형성된 다공성 제1 금속 산화물막을 성막하는 단계; 상기 다공성 제1 금속 산화물막을 열처리하여 상기 제1 금속 산화물을 결정화하는 단계; 상기 다공성 제1 금속 산화물막을 제2 금속의 전구체 용액에 침지시킨 후 광조사하여, 상기 다공성 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 상기 제2 금속의 이온을 침투시키는 단계; 및 상기 제2 금속의 이온을 내부 공극에 함유한 상기 다공성의 제1 금속 산화물막을 알코올 용액에 침지시킨 후 광조사하여 상기 제2 금속의 이온이 환원되어 상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 상기 제2 금속의 입자가 형성되는 단계;를 포함하는 광촉매재의 제조 방법을 제공한다.
상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 형성된 제2 금속 입자의 평균 직경이 각각 약 1nm 내지 약 10nm일 수 있다.
상기 제1 금속 산화물막에 포함된 제1 금속 산화물은 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 금속은 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트로니튬, 바륨, 라듐 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
상기 광촉매재는 상기 제2 금속 입자 대 상기 다공성 제1 금속 산화물막이 약 0.1:99.9 내지 약 1:99의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 광촉매재는 약 380nm 내지 약 780nm 파장범위의 가시광선에 대하여 광활성을 가질 수 있다.
상기 다공성의 제1 금속 산화물막은 두께 약 30nm 내지 약 100nm로 성막될 수 있다.
상기 광조사는 UV 조사할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 광촉매재의 제조 방법에 의해 제조되고, 다공성의 제1 금속 산화물막; 및 상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 형성된 상기 제2 금속의 입자를 포함하는 광촉매재를 제공한다.
상기 광촉매재는 공기청정, 탈취 또는 항균 용도에 적용될 수 있다.
상기 광촉매재는 가시광선에 응답하며, 우수한 광촉매 효율을 갖는다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 광촉매재의 SEM 이미지이다.
도 2는 비교예 1에서 제조된 광촉매재의 SEM 이미지이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서,
졸겔법에 의해 제1 금속 산화물로 형성된 다공성 제1 금속 산화물막을 성막하는 단계; 상기 다공성 제1 금속 산화물막을 열처리하여 상기 제1 금속 산화물을 결정화하는 단계;
상기 다공성 제1 금속 산화물막을 제2 금속의 전구체 용액에 침지시킨 후 광조사하여, 상기 다공성 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 상기 제2 금속의 이온을 침투시키는 단계; 및
상기 제2 금속의 이온을 내부 공극에 함유한 상기 다공성의 제1 금속 산화물막을 알코올 용액에 침지시킨 후 광조사하여 상기 제2 금속의 이온이 환원되어 상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 상기 제2 금속의 입자가 형성되는 단계;
를 포함하는 광촉매재의 제조 방법을 제공한다.
상기 광촉매재의 제조 방법에 의해 제조된 광촉매재는 다공성의 제1 금속 산화물막; 및 상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 형성된 상기 제2 금속의 입자를 포함한다.
상기 다공성 제1 금속 산화물막을 형성하는 제1 금속 산화물은 광촉매로서 사용될 수 있는 금속 산화물로서 공지된 물질이 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 제2 금속 입자는 가시광선에 대한 광활성을 가지는 금속이 제한 없이 사용될 수 있고, 구체적으로 상기 제2 금속은 예를 들면, 전이 금속, 귀금속 등일 수 있다.
제1 금속 산화물에 상게 제2 금속 입자가 도핑되도록 상기 광촉매재의 제조 방법에 의해 형성된 상기 광촉매재는 가시광선에 대한 광활성을 가질 수 있다.
이와 같이 상기 광촉매재는 가시광선에 대해 광활성을 가지는 제2 금속 입자를 포함하기 때문에 자외선뿐만 아니라 가시광선에 대하여도 활성을 가질 수 있으며 가시광선 전영역에 걸쳐 빛을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 상기 광촉매재는 380nm 내지 780nm 파장범위의 가시광선에 대하여 광활성을 가질 수 있고, 구체적으로 약 400nm 파장의 가시광선에 대하여 약 20%의 흡광도를 나타낼 수 있고, 약 500nm 파장의 가시광선에 대하여 약 10%의 흡광도를 나타낼 수 있도록 제조될 수 있다.
상기 광촉매재는 광을 흡수하여 얻은 에너지로부터 생성된 전자와 정공이 수퍼옥사이드 음이온 또는 하이드록시 라디칼 등을 생성함으로써 공기청정, 탈취, 항균 작용을 할 수 있는 물질이다. 예를 들어, 상기 광촉매재로부터 생성된 수퍼옥사이드 음이온 또는 하이드록시 라디칼은 포름알데히드와 같은 유해 환경 물질을 분해할 수 있다. 한편, 상기 광촉매재는 가시 광선에 대하여 높은 흡수율을 가지어 실내 광원에서도 우수한 효율을 보일 수 있고 때문에, 별도의 자외선 공급 장치를 요하지 않을 수 있다.
상기 광촉매재의 제조 방법에 의하면, 상게 제2 금속 입자는 상기 다공성 제1 금속 산화물막의 공극 내부에 고르게 도핑될 수 있다.
상기 광촉매재의 제조 방법은 상기 제2 금속의 이온을 환원시키켜 입자로 형성하기 위하여 열처리하지 않기 때문에 보다 작은 입경의 입자 상태로 형성되면서 상기 다공성 제1 금속 산화물막의 공극 내부의 표면에 고르게 분산되어 분포될 수 있다.
상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자의 평균 직경이 약 1nm 내지 약 10nm, 구체적으로, 약 1nm 내지 약 5nm일 수 있다. 상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자는 상기 광촉매재의 제조 방법에 따라 입도 분포가 균일한 나노 사이즈로 형성될 수 있다. 상기 광촉매재가 상기 제1 금속 산화물막 전체에 상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자를 상기 범위로 고르게 포함하여 가시광선에 대한 활성 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 광촉매재의 제조 방법에 의하여 상기 다공성의 제1 금속 산화물막 전체 내부의 공극에 균일하게 분산되어 분포될 수 있다. 이와 같이 상기 광촉매재는 상기 다공성의 제1 금속 산화물막 전체 내부에 상기 제2 금속 입자 및 상기 제2 금속 산화물 입자를 균일하게 분산시켜 분포시킴으로써 상기 광촉매재의 가시광선에 대한 활성 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 광촉매재는 상기 제2 금속 입자과 제2 금속 산화물 입자의 중량의 총합 대 상기 다공성 제1 금속 산화물막 약 0.1:99.9 내지 약 1:99의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 두께는 약 30nm 내지 약 100nm일 수 있다.
상기 제2 금속은 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트로니튬, 바륨, 라듐 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 다공성의 제1 금속 산화물막을 성막하기 위하여 예를 들면 기판 상에 상기 다공성의 제1 금속 산화물막을 형성할 수 있고, 예를 들어, 상기 기판은 유리 기판을 사용할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 다공성의 제1 금속 산화물막은 제1 금속 산화물 전구체를 이용하는 졸겔법에 의해 기판 상에 성막될 수 있다. 구체적으로, 제1 금속 산화물 전구체를 포함하는 용액을 졸 형태로 코팅한 후, 건조하여 겔 상으로 성막한 후, 열처리 단계를 수행하여 결정성을 갖는 막으로 형성할 수 있다.
일 구현예에서, 금속 알콕사이드 등과 같은 상기 제1 금속 산화물 전구체, 알코올, 산 등을 포함하는 용액을 준비한 뒤 가수분해하고, 탈수 또는 탈알콜을 통하여 졸 상태를 얻은 뒤 평판형 기판에 코팅할 수 있다. 상기 졸겔법은 공지된 공정 조건에 따라 수행될 수 있고, 특정한 조건으로 제한되지 않는다.
상기 다공성 제1 금속 산화물막을 성막한 뒤, 열처리하여 상기 제1 금속 산화물을 결정화하여 광활성을 부여할 수 있다.
상기 열처리는 예를 들어 약 500 내지 약 700℃에서 수행할 수 있고, 약 5분 내지 약 15분간 수행될 수 있다. 상기 범위로 열처리를 수행하여 제1 금속 산화물막의 제1 금속 산화물이 광촉매 반응성을 가지도록 결정화되도록 하면서 뭉침이 일어나지 않게 하여 표면적이 작아지지 않게 조절할 수 있다.
상기와 같이 성막하여 형성된 다공성의 제1 금속 산화물막을 제2 금속의 전구체 용액에 침지시켜, 상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 공극 내부로 상기 제2 금속의 전구체 용액이 고루 침투되게 한다.
상기 제2 금속의 전구체 용액은 제2 금속의 이온을 포함하는 용액으로 상기 다공성의 제1 금속 산화물막을 상기 제2 금속의 전구체 용액에 침지시켜 상기 제2 금속의 이온이 상기 다공성 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 침투시킬 수 있고, 다시 광조사하여 상기 제2 금속의 이온이 상기 다공성 제1 금속 산화물막의 내부 공극 표면에 결합시킬 수 있다. 상기 광조사는, 예를 들어, UV 조사에 의해 수행될 수 있다.
상기 결합된 제2 금속의 이온은 이후의 단계에서 다시 환원되어 제2 금속 입자로서 상기 다공성 제1 금속 산화물막의 내부 공극 표면에 형성될 수 있다.
상기 결합된 제2 금속의 이온을 환원시키기 위해, 상기 제2 금속의 이온을 내부 공극에 함유한 상기 다공성의 제1 금속 산화물막을 알코올 용액에 침지시킨 후, 광조사한다. 상기 광조사는, 예를 들어, UV 조사에 의해 수행될 수 있다.
상기 알코올 용액은, 예를 들어, 메탄올, 에탄올 등이 사용될 수 있다.
상기 제2 금속의 이온을 내부 공극에 함유한 상기 다공성의 제1 금속 산화물막을 상기 알코올 용액에 침지시키고 다시 UV와 같은 광조사를 수행하면 광조사에 의해 여기된 전자에 의해 제2 금속의 이온이 환원되어 입자를 형성할 수 있다. 이와 같은 방법으로 환원되어 형성된 제2 금속의 입자는 평균 직경이 매우 작은 수나노 수준으로 작고, 또한 균일하게 형성될 수 있다.
상기 광촉매재의 제조 방법은 상기 제2 금속 입자가 먼저 제2 금속의 전구체 용액으로써 막으로 형성된 제1 금속 산화물에 도핑되어 형성되기 때문에 상기 제1 금속 산화물막 내부 전체에 쉽게 고루 침투될 수 있고, 또한 고르게 분산되어 분포될 수 있다. 이러한 고르게 분산된 제2 금속의 이온을 열처리가 아닌 알코올을 이용하여 침지시킨 후 광조사하여 환원시킴으로써 형성된 제2 금속 입자 역시 상기 제1 금속 산화물막 내부 전체에 고르게 분산되어 분포하게 된다. 또한, 상기 방법에 의할 때, 형성되는 제2 금속 입자의 크기는 나노 사이즈로 입도 분포가 균일하게 형성 가능하다. 상기 방법으로 제2 금속 입자를 형성함으로써, 전술한 바와 같이 상기 광촉매재는 가시광선에 대한 활성 효율이 보다 우수할 수 있다.
상기 제2 금속의 전구체 용액에 사용될 수 있는 제2 금속의 전구체 화합물은 광 조사에 의해 여기된 전자에 의해 제2 금속으로 환원될 수 있는 물질로서, 수용액에 용해되는 염 화합물이 제한 없이 사용될 수 있고, 구체적으로, 제2 금속의 질산염, 황산염, 염화물, 브롬화물 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, Cu 전구체로서 Cu(NO3)2, CuSO4, CuCl2, CuCl 등이 있고, Pt 전구체로서 PtCl2, PtCl4, PtBr2, H2PtCl6, K2(PtCl4), Pt(NH3)4Cl2 등이 있고, Au의 전구체로서 AuCl, AuBr, Aul, Au(OH)2, HAuCl4, KAuCl4, KAuBr4 등이 있고, Pd의 전구체로서 (CH3COO)2Pd, PdCl2, PdBr2, Pdl2, Pd(OH)2, Pd(NO3)2, PdSO4 등이 있다.
상기 광조사는 구체적으로 UV를 조사하여 수행할 수 있다. 상기 광조사시 광 조사량, 광 조사 시간 등의 공정 조건을 조절하여 상기 광촉매재 내의 상기 제2 금속의 도핑량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 금속의 도핑량을 증가하기 위해서 광 조사량을 증가시키고, 광 조사 시간을 늘릴 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 광촉매재의 제조 방법에 의해 제조된, 다공성의 제1 금속 산화물막; 및 상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 형성된 상기 제2 금속의 입자를 포함하는 광촉매재를 제공한다.
상기 광촉매는, 예를 들어, 공기청정, 탈취, 항균 용도에 적용될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 )
실시예 1: Pt / TiO 2 의 제조
이소프로필알콜을 용매로 하여 티타늄 테트라이소프로폭사이드 10wt% 용액을 만든다. 이를 30분간 교반한 후 진한 질산을 소량 첨가하여 가수분해시켰다. 이 후 30분간 교반을 통해 탈수, 탈알콜시켜 TiO2 졸을 만들었다.
이를 스핀코터를 이용하여 보로실리케이트 글래스(borosilicate glass) 위에 코팅하고 TiO2의 결정화를 위해 600℃에서 10분간 소성하여 165mm*165mm 크기 및 50nm 두께의 TiO2 막을 제조하였다. 상기 TiO2 막을 H2PtCl6 0.01wt% 수용액에 30분 동안 침지시킨 후 20W UV 램프를 사용하여 UV를 30분 정도 조사하여 Pt를 상기 TiO2 막 내에 도핑하였다. 이어서, 상기 Pt 도핑된 TiO2 막을 메탄올 용액에 30분 동안 침지시킨 후, 20W UV 램프를 사용하여 UV를 30분 정도 조사하여 광촉매재를 제작하였다.
비교예 1
이소프로필알콜을 용매로 하여 티타늄 테트라이소프로폭사이드 10wt% 용액을 만든다. 이를 30분간 교반한 후 진한 질산을 소량 첨가하여 가수분해시켰다. 이 후 30분간 교반을 통해 탈수, 탈알콜시켜 TiO2 졸을 만들었다.
이를 스핀코터를 이용하여 보로실리케이트 글래스(borosilicate glass) 위에 코팅하고 TiO2의 결정화를 위해 600℃에서 10분간 소성하여 165mm*165mm 크기 및 50nm 두께의 TiO2 막을 제조하였다. 상기 TiO2 막을 H2PtCl6 0.01wt% 수용액에 침지시킨 후 20W UV 램프를 사용하여 UV를 30분 정도 조사하여 Pt를 상기 TiO2 막 내에 도핑하였다. 이어서, 상기 Pt 도핑된 TiO2 막을 600℃에서 30분 동안 열처리하여 광촉매재를 제작하였다.
실험예 1
실시예 1 및 비교예 1의 광촉매재에 대하여 얻은 SEM 이미지으로부터 Pt 입자의 크기를 평가하여, 하기 표 1에 기재하였다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 광촉매재의 SEM 이미지이고, 도 2는 비교예 1에서 제조된 광촉매재의 SEM 이미지이다. 도 2에서보다 도 1에서 Pt 입자가 작고 균일하게 형성됨을 확인할 수 있다.
실험예 2
실시예 1 및 비교예 1의 광촉매재에 대하여 포름알데히드 제거 성능을 평가하였다. 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제작된 광촉매재를 20L 소형 챔버 (ADTEC사 제품) 내에 설치한 후, 0.08ppm의 포름알데히드 농도를 갖는 청정 공기를 167cc/min의 유량으로 지속적으로 흘려 환기 횟수가 0.5회/hr가 되도록 하였다. 광원으로는 10W 백색형광등을 사용하였으며, 조도가 1000lux가 되도록 설정하였다. 포름알데히드 제거율은 챔버에 들어가기 전의 농도와 챔버를 통과한 후의 농도를 측정하여 계산한 뒤 하기 표 1에 기재하였다. 농도는 DNPH (2,4-dinitrophenylhydrazine) 카트리지를 이용해 10L에 대한 양을 농축하여 고성능 액체크로마토그래피 (HPLC, Agilent사 제품)로 분석하였다.
구분 형성된 Pt 입자 크기 포름알데히드 제거율
실시예 1 1~2nm 50%
비교예 1 5~7nm 75%
표 1로부터, 실시예 1의 광촉매재는 보다 작고 균일한 Pt 입자를 형성하여 광촉매 효율이 우수하므로, 포름알데히드 제거율이 높음을 확인할 수 있었다.

Claims (16)

  1. 졸겔법에 의해 제1 금속 산화물로 형성된 다공성 제1 금속 산화물막을 성막하는 단계;
    상기 다공성 제1 금속 산화물막을 열처리하여 상기 제1 금속 산화물을 결정화하는 단계;
    상기 다공성 제1 금속 산화물막을 제2 금속의 전구체 용액에 침지시킨 후 광조사하여, 상기 다공성 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 상기 제2 금속의 이온을 침투시키는 단계; 및
    상기 제2 금속의 이온을 내부 공극에 함유한 상기 다공성의 제1 금속 산화물막을 알코올 용액에 침지시킨 후 광조사하여 상기 제2 금속의 이온이 환원되어 상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 상기 제2 금속의 입자가 형성되는 단계;
    를 포함하는 광촉매재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 형성된 제2 금속 입자의 평균 직경이 각각 1nm 내지 10nm인
    광촉매재의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속 산화물막에 포함된 제1 금속 산화물은 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
    광촉매재의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 금속은 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트로니튬, 바륨, 라듐 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는
    광촉매재의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광촉매재는 상기 제2 금속 입자 대 상기 다공성 제1 금속 산화물막이 0.1:99.9 내지 1:99의 중량비로 포함하는
    광촉매재의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광촉매재는 380nm 내지 780nm 파장범위의 가시광선에 대하여 광활성을 갖는
    광촉매재의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다공성의 제1 금속 산화물막은 두께 30nm 내지 100nm로 성막되는
    광촉매재의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광조사는 UV 조사하는
    광촉매재의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 광촉매재의 제조 방법에 의해 제조되고, 다공성의 제1 금속 산화물막; 및 상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 형성된 상기 제2 금속의 입자를 포함하는 광촉매재.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 형성된 제2 금속 입자의 평균 직경이 각각 1nm 내지 10nm인
    광촉매재.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 금속 산화물막에 포함된 제1 금속 산화물은 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
    광촉매재.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 금속은 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트로니튬, 바륨, 라듐 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는
    광촉매재.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 광촉매재는 상기 제2 금속 입자 대 상기 다공성 제1 금속 산화물막이 0.1:99.9 내지 1:99의 중량비로 포함하는
    광촉매재.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 광촉매재는 380nm 내지 780nm 파장범위의 가시광선에 대하여 광활성을 갖는
    광촉매재.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 다공성의 제1 금속 산화물막의 두께는 30nm 내지 100nm인
    광촉매재.
  16. 제9항에 있어서,
    공기청정, 탈취 또는 항균 용도에 적용되는
    광촉매재.
KR1020130126011A 2013-10-22 2013-10-22 광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재 KR101804599B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130126011A KR101804599B1 (ko) 2013-10-22 2013-10-22 광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재
EP14856781.1A EP3061526A4 (en) 2013-10-22 2014-10-10 Method for preparing photocatalyst, and photocatalyst prepared thereby
CN201480057896.5A CN105682801A (zh) 2013-10-22 2014-10-10 光催化剂的制备方法及由此制备的光催化剂
JP2016524573A JP2016540628A (ja) 2013-10-22 2014-10-10 光触媒材の製造方法およびそれによる光触媒材
PCT/KR2014/009542 WO2015060568A1 (ko) 2013-10-22 2014-10-10 광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재
US15/030,586 US20160263559A1 (en) 2013-10-22 2014-10-10 Method for preparing photocatalyst, and photocatalyst prepared thereby
TW103136500A TW201515706A (zh) 2013-10-22 2014-10-22 光催化劑的製備方法及由此製備的光催化劑

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130126011A KR101804599B1 (ko) 2013-10-22 2013-10-22 광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150046811A true KR20150046811A (ko) 2015-05-04
KR101804599B1 KR101804599B1 (ko) 2017-12-06

Family

ID=52993117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130126011A KR101804599B1 (ko) 2013-10-22 2013-10-22 광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20160263559A1 (ko)
EP (1) EP3061526A4 (ko)
JP (1) JP2016540628A (ko)
KR (1) KR101804599B1 (ko)
CN (1) CN105682801A (ko)
TW (1) TW201515706A (ko)
WO (1) WO2015060568A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210070090A (ko) * 2019-12-04 2021-06-14 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 첨가제를 사용하지 않는 금속 도핑 광촉매 나노입자의 제조방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108927198B (zh) * 2018-07-09 2020-09-22 华南理工大学 一种改性氮化碳光催化剂及其制备与光催化氧化木糖合成木糖酸的方法
KR20240026334A (ko) * 2022-08-18 2024-02-28 삼성전자주식회사 광촉매, 및 상기 광촉매를 포함하는 촉매 필터, 촉매 모듈, 및 공기정화 시스템

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6284314B1 (en) * 1993-12-09 2001-09-04 Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry Porous ceramic thin film and method for production thereof
JP3109101B2 (ja) * 1994-10-05 2000-11-13 東陶機器株式会社 抗菌性固形物並びにその製造方法及びその利用方法
FR2738813B1 (fr) * 1995-09-15 1997-10-17 Saint Gobain Vitrage Substrat a revetement photo-catalytique
EP0870530B1 (en) * 1996-08-05 2005-01-19 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Photocatalyst and process for the preparation thereof
JP3887510B2 (ja) * 1999-07-28 2007-02-28 シャープ株式会社 光触媒膜及びその製造方法
KR100676458B1 (ko) * 2004-06-01 2007-02-02 재단법인서울대학교산학협력재단 메조기공 TiO2 및 기공 내에 전이금속이 함침된 가시광응답 메조기공 TiO2의 합성 방법
KR100633382B1 (ko) * 2004-10-15 2006-10-16 한국화학연구원 나노 크기의 광촉매용 아나타제형 이산화티탄 분말 및그의 제조방법
KR100884018B1 (ko) * 2006-10-02 2009-02-17 창성엔지니어링 주식회사 가수열반응을 이용한 광활성이 높은 메조기공 이산화티타늄및 가시광 활성광촉매 그리고 이들의 제조방법
JP5546768B2 (ja) * 2008-01-28 2014-07-09 株式会社東芝 可視光応答型光触媒粉末とそれを用いた可視光応答型の光触媒材料、光触媒塗料、光触媒製品

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210070090A (ko) * 2019-12-04 2021-06-14 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 첨가제를 사용하지 않는 금속 도핑 광촉매 나노입자의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101804599B1 (ko) 2017-12-06
TW201515706A (zh) 2015-05-01
CN105682801A (zh) 2016-06-15
WO2015060568A1 (ko) 2015-04-30
US20160263559A1 (en) 2016-09-15
EP3061526A4 (en) 2017-06-28
EP3061526A1 (en) 2016-08-31
JP2016540628A (ja) 2016-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101450389B1 (ko) 광촉매재, 그 제조 방법 및 광촉매 장치
KR101465299B1 (ko) 광촉매재, 그 제조 방법 및 광촉매 장치
KR101891369B1 (ko) 광촉매 기능성 필름 및 이의 제조방법
CN106714964B (zh) 可见光活性光催化瓷砖
JP6352526B2 (ja) 光触媒機能性フィルム及びこの製造方法
KR101804599B1 (ko) 광촉매재의 제조 방법 및 그에 의한 광촉매재
KR101857831B1 (ko) 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물, 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물의 제조 방법 및 가시광 활성 광촉매층을 형성하는 방법
KR102125890B1 (ko) 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물 및 이를 포함하는 탈취 필터
KR101823178B1 (ko) 가시광 활성 광촉매 타일 및 이를 제조하는 방법
KR102262979B1 (ko) 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물 및 이를 포함하는 탈취 필터
KR101758427B1 (ko) 광촉매재 및 상기 광촉매재의 제조 방법
KR20150143217A (ko) 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 탈취필터

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right