KR20180028765A - Carbon nanofiber composite having three layer structure and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a carbon nano-fiber composite having a three-layer structure and a preparing method thereof. According to the present invention, the carbon nano-fiber composite having a three-layer structure includes: carbon nano-fibers; a photocatalyst layer capable of absorbing light formed on one surface of the carbon nano-fibers; and another photocatalyst layer for initiating an oxidation or reduction reaction of water formed on the other surface of the carbon nano-fibers. According to the present invention, the method for preparing carbon nano-fiber composite having a three-layer structure includes the steps of: (1) mixing a carbon fiber precursor material and a solvent to prepare a spinning solution; (2) obtaining carbon nano-fibers by electrospinning the spinning solution; (3) heating the carbon nano-fibers to stabilize the carbon nano-fiber; (4) carbonizing the stabilized carbon nano-fibers by heating the carbon nano-fibers in a nitrogen gas atmosphere; (5) coating a photocatalyst layer for absorbing light on one surface of the carbonized carbon nano-fibers; and (6) coating another photocatalyst layer for initiating the oxidation or reduction reaction of water on the other surface of the carbonized carbon nano-fibers.

Description

3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체 및 이의 제조방법{Carbon nanofiber composite having three layer structure and method for manufacturing thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a carbon nanofiber composite having a three-layer structure and a method for manufacturing the carbon nanofiber composite.

본 발명은 3층 구조의 탄소나노섬유 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 매트 형태를 갖는 탄소나소섬유의 한쪽 표면에는 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층이 코팅되고, 다른쪽 표면에는 물의 산화 또는 환원반응을 일으킬 수 있는 광촉매층이 코팅된 3층 구조의 탄소나노섬유 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanofiber composite having a three-layer structure and a method for producing the same, wherein a photocatalyst layer capable of absorbing light is coated on one surface of the carbon nanofiber having a mat shape, Layer structure of a carbon nanofiber composite coated with a photocatalyst layer capable of causing a reaction and a method of manufacturing the same.

태양광 전환 광촉매 기술은 태양광을 흡수하여 다양한 산화 및 환원 반응을 일으키는 것으로, 무엇보다도 사용되는 광촉매가 태양광선의 대부분을 차지하는 가시광 영역의 빛을 잘 흡수할 수 있어야 한다. 광촉매 중에서 가장 널리 쓰이는 이산화티탄 광촉매는 그 띠간격이 3.0-3.2 eV에 해당하여 태양광선의 대부분을 차지하는 가시광선 영역의 빛을 흡수하지 못하고 5 % 미만으로 있는 자외선 영역의 빛만 흡수한다. 따라서 최근에는 이산화티탄 광촉매가 아닌 띠간격이 작아 가시광선 영역의 빛을 흡수할 수 있는 CdS, WO3, Fe2O3와 같은 다른 광촉매들에 대한 주목이 대두되고 있다. Photovoltaic conversion photovoltaic technology absorbs sunlight to cause various oxidation and reduction reactions. Above all, the photocatalyst used must be capable of absorbing light in the visible light region which occupies most of the sunlight. The titanium dioxide photocatalyst most widely used in the photocatalyst absorbs light in the ultraviolet ray region of less than 5%, which does not absorb light in the visible ray region occupying most of the sunlight corresponding to the band gap of 3.0-3.2 eV. Recently, attention has been paid to other photocatalysts such as CdS, WO 3 , and Fe 2 O 3 , which can absorb light in the visible light region because the band gap is small rather than titanium dioxide photocatalyst.

한편 탄소나노섬유는 활성탄과 같은 흑연구조를 갖는 탄소 재료로서 큰 비표면적 및 미세한 다공구조를 가지고 있어 촉매 물질의 담체로 많이 사용되고 있고, 최근에는 연료전지나 이차전지와 같은 전극 재료로도 널리 이용되고 있다. 이러한 탄소나노섬유와 광촉매 물질을 복합화하여 난분해성 유기오염물질의 흡착 및 분해 공정에 이용하기 위한 복합탄소나노섬유에 관하여 연구가 진행되고 있는데(대한민국 등록특허 10-0939938호 및 대한민국 공개특허 10-2010-0079470호), 이들 광촉매 함유 탄소나노섬유 구조체는 광촉매를 이용한 난분해성 유기오염물질 분해를 위한 필터 소재로 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 기대가 되고 있지만 이들은 기본적으로 자외선 영역의 빛을 사용하도록 되어 있다. 또한, 태양광 조사 하에서 수소 생성반응을 효과적으로 일으킬 수 있는 CdS 광촉매 층을 탄소 나노 섬유 표면에 균일하게 형성시키는 CdS-탄소나노섬유 복합체에 대한 연구가 진행된 바 있는데(대한민국 등록특허 10-1598896호), 이는 CdS-탄소나노섬유 복합체는 태양광을 흡수하여 친환경적으로 수소를 생산할 수 있도록 하는 것이다. On the other hand, carbon nanofiber has a large specific surface area and fine porous structure as a carbon material having a graphite structure such as activated carbon, and thus is widely used as a carrier of a catalyst material, and recently it is also widely used as an electrode material such as a fuel cell or a secondary battery . Research has been conducted on composite carbon nanofibers for composite use of carbon nanofibers and photocatalyst materials for adsorption and decomposition of refractory organic contaminants (Korean Patent No. 10-0939938 and Korean Patent Laid- -0079470). These photocatalyst-containing carbon nanofiber structures are expected to be useful as filter materials for decomposing organic pollutants using photocatalysts, but they are basically designed to use ultraviolet light. In addition, research has been conducted on a CdS-carbon nanofiber composite material that uniformly forms a CdS photocatalyst layer on the surface of carbon nanofibers that can effectively generate a hydrogen generation reaction under irradiation with sunlight (Korean Patent No. 10-1598896) This is because the CdS-carbon nanofiber composite absorbs sunlight to produce environmentally friendly hydrogen.

나아가 대한민국 등록특허 10-1598896호에서는 탄소나노섬유에 CdS를 코팅하여 태양광을 흡수할 수 있도록 함으로써 산화 및 환원반응이 일어나도록 하였다. 그러나 상기 문헌에 개시된 CdS-탄소나노섬유 복합체는 태양광을 잘 이용할 수 있는 장점이 있으나 산화 및 환원 반응이 한 곳에서 일어남으로써 이들 산화 및 환원 반응 결과물이 한 곳에서 혼합되어 발생하기 때문에 산화 또는 환원 결과물을 각각 이용해야 하는 경우에는 이후에 다시 분리과정을 수반해야 하는 단점이 있다.Furthermore, in Korean Patent No. 10-1598896, CdS is coated on carbon nanofibers to absorb sunlight, thereby causing oxidation and reduction reactions. However, the CdS-carbon nanofiber composite disclosed in the above document has an advantage of being able to utilize the sunlight well, but the oxidation and reduction reactions take place in one place, and the oxidation and reduction products are mixed in one place. If the results are to be used individually, there is a disadvantage in that the separation process must be followed again.

이에 본 발명에서는 태양광 조사 하에서 물 분해에 따른 수소 생성반응을 효과적으로 일으킬 수 있도록 하며, 이때 태양광을 흡수하여 생성되는 전자가 탄소나노섬유를 통해 이동할 수 있도록 하여 수소생성을 위한 환원반응을 탄소나노섬유의 반대쪽에서 일어나도록 하는 것에 성공함으로써 궁극적으로 산화 및 환원 반응을 분리시킬 수 있는 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체를 제조하여 본 발명을 완성하였다.Therefore, in the present invention, it is possible to effectively generate the hydrogen generation reaction by water decomposition under the irradiation of sunlight. At this time, electrons generated by absorbing sunlight can move through the carbon nanofibers, A carbon nanofiber composite having a three-layer structure capable of ultimately separating the oxidation and reduction reactions was successfully produced by succeeding in allowing the carbon nanofibers to occur on the opposite side of the fiber.

대한민국 등록특허 10-0939938호Korean Patent No. 10-0939938 대한민국 공개특허 10-2010-0079470호Korean Patent Publication No. 10-2010-0079470

따라서 본 발명의 목적은 탄소나노섬유 층의 한쪽 표면에는 태양광을 흡수할 수 있는 (광)촉매층을 코팅하고 탄소나노섬유 층의 다른쪽 표면에는 탄소나노섬유로부터 전달 받은 전자를 받아 수소생성 반응을 일으킬 수 있는 (광)촉매 층을 각각 코팅함으로써, 3개의 층을 갖는 탄소나노섬유 복합체를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a carbon nanofiber layer coated with a (photocatalytic) catalyst layer capable of absorbing sunlight on one surface of a carbon nanofiber layer and receiving electrons transferred from carbon nanofibers to the other surface of the carbon nanofiber layer, (Optical) catalyst layer that can form a three-layered carbon nanofiber composite.

또한 본 발명의 다른 목적은 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a carbon nanofiber composite having a three-layer structure.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, In order to achieve the above-mentioned object of the present invention,

본 발명은 탄소나노섬유; 탄소나노섬유의 한쪽 표면에 형성된 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층; 및 탄소나노섬유의 다른쪽 표면에 형성된 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층;을 포함하는, 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체를 제공한다.The present invention relates to carbon nanofibers; A photocatalyst layer capable of absorbing light formed on one surface of the carbon nanofiber; And a photocatalyst layer for causing an oxidation or reduction reaction of water formed on the other surface of the carbon nanofibers.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 탄소나노섬유는 매트 형태일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the carbon nanofibers may be in the form of a mat.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 탄소나노섬유의 평균 두께는 200~1500um이고, 상기 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층의 평균 두께는 50~150um이고, 상기 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층의 평균 두께는 150~250um일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the average thickness of the carbon nanofibers is 200 to 1500 um, the average thickness of the photocatalyst layer capable of absorbing light is 50 to 150 um, and the photocatalyst layer May be 150 to 250 [mu] m.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층은 헥사고날(hexagonal)구조를 갖는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the photocatalyst layer capable of absorbing light may have a hexagonal structure.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층은 아나타제 결정상을 갖는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the photocatalyst layer causing the oxidation or reduction reaction of water may have an anatase crystal phase.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 탄소나노섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN, Polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, Polyethylene oxide), 폴리비닐디플루오라이드(Polyvinyldifluoride) 및 폴리피롤(Polypyrrole) 중에서 선택되는 어느 하나의 탄소섬유전구체로부터 형성된 탄소나노섬유일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the carbon nanofibers are selected from the group consisting of polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO), polyvinyl difluoride Carbon nanofibers formed from any one of carbon fiber precursors selected from polypyrrole, polyvinyldifluoride, and polypyrrole.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층은 CdS(Cadmium sulfide), modified TiO2 (Titanium dioxide), ZnS(Zinc sulfide) 또는 g-C3N4 (graphitic carbon nitride)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the light-absorbing photocatalyst layer may be CdS (Cadmium Sulfide), modified TiO 2 (Titanium dioxide), ZnS (Zinc sulfide) or gC 3 N 4 (graphitic carbon nitride) have.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층은 Pt-TiO2 (Pt deposited TiO2), Pt (Platinum nanoparticles), RuO (Ruthenium oxide) 또는 CoPi (Cobalt phosphate)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the photocatalyst layer to cause the water oxidation or reduction reaction may be a Pt-TiO 2 (Pt deposited TiO 2), Pt (Platinum nanoparticles), RuO (Ruthenium oxide) or CoPi (Cobalt phosphate) have.

또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체를 포함하는 광촉매를 제공한다.The present invention also provides a photocatalyst comprising the carbon nanofiber composite having the three-layer structure according to the present invention.

또한, 본 발명은, (1) 탄소섬유전구체 재료 및 용매를 혼합하여 방사용액을 준비하는 단계; (2) 상기 방사용액을 전기방사하여 탄소나노섬유를 수득하는 단계; (3) 상기 탄소나노섬유를 가열하여 안정화시키는 단계; (4) 상기 안정화된 탄소나노섬유를 질소가스 분위기 하에서 가열하여 탄화시키는 단계; (5) 상기 탄화된 탄소나노섬유의 한쪽 표면에 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층을 코팅하는 단계; 및 (6) 상기 탄화된 탄소나노섬유의 다른쪽 표면에 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층을 코팅하는 단계를 포함하는, 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method for producing a carbon fiber precursor, comprising the steps of: (1) preparing a spinning solution by mixing a carbon fiber precursor material and a solvent; (2) electrospinning the spinning solution to obtain carbon nanofibers; (3) heating and stabilizing the carbon nanofibers; (4) carbonizing the stabilized carbon nanofibers by heating in a nitrogen gas atmosphere; (5) coating a photocatalyst layer capable of absorbing light on one surface of the carbonized carbon nanofibers; And (6) coating a photocatalyst layer which causes an oxidation or reduction reaction of water on the other surface of the carbonized carbon nanofibers. The present invention also provides a method for producing a carbon nanofiber composite having a three-layer structure.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (1) 단계의 탄소섬유전구체 재료는 폴리아크릴로니트릴(PAN, Polyacrylonitrile),폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, Polyethylene oxide), 폴리비닐디플루오라이드(Polyvinyldifluoride) 및 폴리피롤(Polypyrrole) 중에서 선택되는 어느 하나이며, 상기 방사용액 100중량%에 대하여 5~15중량%로 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the carbon fiber precursor material of the step (1) is selected from the group consisting of polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO) Polyvinyldifluoride and polypyrrole, and may be contained in an amount of 5 to 15% by weight based on 100% by weight of the spinning solution.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (1) 단계의 용매는 N,N-디메틸포름아미드(DMF,Dimethylformamide), 테트라하이드로퓨란(THF, Tetrahydrofuran), 감마부티로락톤(GBL, γ-butyroractone), N-메틸피롤리돈(N-Methyl pyrrolidone), 톨루엔(Toluene), 아세톤(Acetone) 및 디메틸아세트아미드(DMAc, Dimethyl acetamide) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solvent of step (1) is selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide, THF, tetrahydrofuran, gamma-butyroractone, N-methyl pyrrolidone, toluene, acetone and dimethylacetamide (DMAc) may be used.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (2) 단계의 전기방사는 15~25kV의 전기장 하에서 수행하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrospinning of step (2) may be performed under an electric field of 15-25 kV.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (3) 단계는 산소 분위기 하에서 200~250°C의 온도에서 20~40분 동안 가열하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step (3) may be performed at a temperature of 200 to 250 ° C for 20 to 40 minutes under an oxygen atmosphere.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (4) 단계의 탄화는 5 ~ 7 ℃/min 의 승온 속도로 700 ~ 800℃ 까지 온도를 높이고, 상기 700 ~ 800℃의 온도를 유지하면서 40 ~ 60분 동안 가열한 후, 다시 5 ~ 7℃/min 의 승온 속도로 1200 ~ 1600℃ 까지 온도를 높인 후, 상기 1200 ~ 1600℃의 온도를 유지하면서 60~70분 동안 가열하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the carbonization in the step (4) is carried out by raising the temperature to 700 to 800 ° C at a heating rate of 5 to 7 ° C / min, maintaining the temperature at 700 to 800 ° C for 40 to 60 minutes The temperature is raised to 1200 to 1600 ° C at a heating rate of 5 to 7 ° C / min, and then the heating is continued for 60 to 70 minutes while maintaining the temperature at 1200 to 1600 ° C.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (5) 단계의 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층의 코팅은 CdS(Cadmium sulfide), modified TiO2 (Titanium dioxide), ZnS(Zinc sulfide) 또는 g-C3N4 (graphitic carbon nitride)을 탄소나노섬유의 한쪽 표면에 50~150um의 평균두께를 갖도록 코팅하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, (5) the coating of the photocatalyst layer capable of absorbing light in phase, CdS (Cadmium sulfide), modified TiO 2 (Titanium dioxide), ZnS (Zinc sulfide) or gC 3 N 4 (graphitic carbon nitride) may be coated on one surface of the carbon nanofibers to have an average thickness of 50 to 150 um.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (6) 단계의 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층의 코팅은 Pt-TiO2 (Pt deposited TiO2), Pt (Platinum nanoparticles), RuO (Ruthenium oxide) 또는 CoPi (Cobalt phosphate)을 탄소나노섬유의 다른쪽 표면에 150~250um의 평균두께를 갖도록 코팅하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coating of the photocatalyst layer that generates the 6 stage of the water oxidation or reduction reactions Pt-TiO 2 (Pt deposited TiO 2), (Platinum nanoparticles), (Ruthenium oxide), RuO Pt or CoPi (Cobalt phosphate) may be coated on the other surface of the carbon nanofibers to have an average thickness of 150 to 250 mu m.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층은 헥사고날(hexagonal)구조를 갖는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the photocatalyst layer capable of absorbing light may have a hexagonal structure.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층은 아나타제 결정상을 갖는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the photocatalyst layer causing the oxidation or reduction reaction of water may have an anatase crystal phase.

본 발명에 따른 광촉매층이 코팅된 3층 구조의 탄소나노섬유 복합체는 매트 형태의 탄소나노섬유를 지지체로 이용하여 한쪽 표면에는 빛을 흡수할 수 있는 광촉매 층을 코팅하고 동시에 다른쪽 표면에는 물의 산화 또는 환원 반응을 일으킬 수 있는 (광)촉매를 코팅하여, 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체를 제공함으로써 광촉매를 활용한 산화 및 환원 반응을 분리시킬 수 있는 효과가 있고, 이때 지지체 역할을 하는 탄소나노섬유층을 통해 전자 전달 반응이 빠르게 일어날 수 있으며 이에 따라 산화 및 환원 반응이 분리되어 각각 다른 층에서 잘 일어날 수 있게 하는 효과가 있다.The three-layered carbon nanofiber composite coated with the photocatalyst layer according to the present invention comprises a mat type carbon nanofiber as a support, a photocatalyst layer capable of absorbing light is coated on one surface thereof, and a photocatalyst layer Or an (optical) catalyst capable of causing a reduction reaction, thereby providing a carbon nanofiber composite having a three-layer structure, thereby separating the oxidation and reduction reaction utilizing the photocatalyst. In this case, The electron transfer reaction can occur rapidly through the nanofiber layer, and thus the oxidation and reduction reactions can be separated so that they can occur in different layers.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 (광)촉매층이 탄소나노섬유의 양족 표면에 각각 코팅된 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체의 투과 전자 현미경 관찰 결과를 나타낸 사진이다.
도 2은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 (광)촉매 층이 코팅된 3층 구조의 탄소나노섬유 복합체의 X-선 회절 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 (광)촉매 층이 코팅된 3층 구조의 탄소나노섬유 복합체의 가시광 빛 조사에 따른 수소 생성량을 비교하여 나타낸 것이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 (광)촉매 층이 코팅된 3층 구조의 탄소나노섬유 복합체의 탄소나노섬유 두께에 따른 저항값을 비교하여 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 (광)촉매 층이 코팅된 3층 구조의 탄소나노섬유 복합체의 탄소나노섬유 두께에 따른 가시광 조사 하에서 3시간 동안의 수소 생성량을 비교하여 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체의 모식도를 나타낸 것이다.
FIG. 1 is a photograph showing a transmission electron microscope observation result of a carbon nanofiber composite material having a three-layer structure in which a (catalytic) catalyst layer prepared according to an embodiment of the present invention is coated on both surfaces of carbon nanofibers.
FIG. 2 shows X-ray diffraction analysis results of a carbon nanofiber composite having a three-layer structure coated with (photo) catalyst layers according to Comparative Examples and Examples of the present invention.
FIG. 3 is a graph comparing the amount of hydrogen produced by visible light irradiation of a carbon nanofiber composite having a three-layer structure coated with (optical) catalyst layers according to Comparative Examples and Examples of the present invention.
FIG. 4 is a graph comparing resistance values of carbon nanofiber composites of a three-layer structure coated with (photo) catalyst layers according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph comparing the amount of hydrogen generated for 3 hours under visible light irradiation according to the carbon nanofiber thickness of a carbon nanofiber composite having a three-layer structure coated with (optical) catalyst layer prepared according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic view of a carbon nanofiber composite having a three-layer structure according to the present invention.

종래 CdS-탄소나노섬유 복합체는 태양광을 잘 이용할 수 있는 장점이 있으나 산화 및 환원 반응이 한 곳에서 일어나므로 산화 또는 환원 결과물을 각각 이용해야 하는 번거로움이 있었다.Conventionally, the CdS-carbon nanofiber composite has advantages in that it can utilize the sunlight well, but since the oxidation and reduction reactions take place in one place, it is troublesome to use the oxidation or reduction products individually.

이에 본 발명자들은 태양광 조사 하에서 물 분해에 따른 수소 생성반응을 효과적으로 일으킬 수 있는 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체를 최초로 제조하였다.Accordingly, the inventors of the present invention first produced a carbon nanofiber composite having a three-layer structure capable of effectively generating a hydrogen generation reaction according to water decomposition under irradiation with sunlight.

본 발명에서 제공하는 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체는 탄소나노섬유; 탄소나노섬유의 한쪽 표면에 형성된 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층; 및 탄소나노섬유의 다른쪽 표면에 형성된 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층;을 포함하는 것을 특징으로 한다. The carbon nanofiber composite having the three-layer structure provided by the present invention is a carbon nanofiber; A photocatalyst layer capable of absorbing light formed on one surface of the carbon nanofiber; And a photocatalyst layer for causing an oxidation or reduction reaction of water formed on the other surface of the carbon nanofiber.

또한 본 발명은 상기 본 발명의 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체 제조방법을 제공함을 특징으로 하는데, 바람직하게 상기 방법은 (1) 탄소섬유전구체 재료 및 용매를 혼합하여 방사용액을 준비하는 단계; (2) 상기 방사용액을 전기방사하여 탄소나노섬유를 수득하는 단계; (3) 상기 탄소나노섬유를 가열하여 안정화시키는 단계; (4) 상기 안정화된 탄소나노섬유를 질소가스 분위기 하에서 가열하여 탄화시키는 단계; (5) 상기 탄화된 탄소나노섬유의 한쪽 표면에 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층을 코팅하는 단계; 및 (6) 상기 탄화된 탄소나노섬유의 다른쪽 표면에 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층을 코팅하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a carbon nanofiber composite having a three-layer structure, comprising: (1) preparing a spinning solution by mixing a carbon fiber precursor material and a solvent; (2) electrospinning the spinning solution to obtain carbon nanofibers; (3) heating and stabilizing the carbon nanofibers; (4) carbonizing the stabilized carbon nanofibers by heating in a nitrogen gas atmosphere; (5) coating a photocatalyst layer capable of absorbing light on one surface of the carbonized carbon nanofibers; And (6) coating a photocatalyst layer for causing an oxidation or reduction reaction of water on the other surface of the carbonized carbon nanofibers.

3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체의 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A method for producing a carbon nanofiber composite having a three-layer structure will be described in detail.

먼저, 방사용액을 준비한다.First, prepare a spinning solution.

방사용액 준비를 위해 사용하는 상기 탄소섬유전구체 재료로는 이에 제한되지는 않으나, 폴리아크릴로니트릴(PAN,Polyacrylonitrile),폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, Polyethylene oxide), 폴리비닐디플루오라이드(Polyvinyldifluoride) 및 폴리피롤(Polypyrrole) 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 방사용액 100중량%에 대하여 5~15중량%로 포함할 수 있다. 만약 상기 탄소섬유전구체가 5 중량% 미만이면 연속적인 섬유 형성에 문제가 있을 수 있고, 15 중량%를 초과하면 방사용액의 점도가 높아서 노즐에 막히는 등 방사에 문제가 있을 수 있다.The carbon fiber precursor material used for preparing the spinning solution is not limited thereto, but may be selected from the group consisting of polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO) Polyvinyldifluoride and polypyrrole, and may be contained in an amount of 5 to 15% by weight based on 100% by weight of the spinning solution. If the carbon fiber precursor is less than 5 wt%, there may be a problem in continuous fiber formation. If the carbon fiber precursor is more than 15 wt%, the viscosity of the spinning solution may be high and the nozzle may be clogged.

또한 방사용액을 위해 사용할 수 있는 상기 용매로는 이에 제한되지는 않으나, N,N-디메틸포름아미드(DMF,Dimethylformamide), 테트라하이드로퓨란(THF, Tetrahydrofuran), 감마부티로락톤(GBL, γ-butyroractone), N-메틸피롤리돈(N-Methyl pyrrolidone), 톨루엔(Toluene), 아세톤(Acetone) 및 디메틸아세트아미드(DMAc, Dimethyl acetamide) 중에서 선택된 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 용매를 고분자를 녹이는 역할을 한다.The solvents that can be used for the spinning solution include, but are not limited to, N, N-dimethylformamide, THF, Tetrahydrofuran, gamma-butyroractone ), N-methyl pyrrolidone, toluene, acetone, and dimethylacetamide (DMAc). The solvent may be selected from the group consisting of a polymer It melts.

방사용액이 제조되면 상기 방사용액을 전기방사하여 탄소나노섬유를 수득한다.When the spinning solution is produced, the spinning solution is electrospun to obtain carbon nanofibers.

이때 상기 전기방사는 지지체인 탄소나노섬유를 형성시켜 매트 형태의 탄소나노섬유를 수득할 수 있고 수백나노미터크기의 직경을 갖는 탄소나노섬유 지지체를 형성시키는 역할을 한다.At this time, the electrospinning can form carbon nanofibers as supports to form carbon nanofibers in the form of mat, and form carbon nanofiber supports having a diameter of several hundred nanometers.

바람직하게 상기 전기방사는 15~25kV의 전기장 하에서 수행할 수 있는데, 만약 상기 전기장이 15kV 미만이면, 실처럼 방사가 되지 않는 문제가 있을 수 있고, 상기 전기장이 25 kV를 초과하면 안정적인 나노섬유형태를 얻을 수 없는 문제가 있을 수 있다.Preferably, the electrospinning can be carried out under an electric field of 15 to 25 kV. If the electric field is less than 15 kV, there may be a problem of not being emitted as a yarn, and if the electric field exceeds 25 kV, There may be problems that can not be achieved.

이후에는 탄소나노섬유를 가열하여 안정화시키는 단계를 수행한다.Thereafter, the step of heating and stabilizing the carbon nanofibers is performed.

상기 안정화 단계는 탄소나노섬유를 탄화시키기 위해 안정화시키는 역할을 하는 단계로서, 산소 분위기 하에서 200~250°C의 온도에서 20~40분 동안 가열하는 과정으로 수행된다. 그러나 안정화 단계에서 상기 가열하는 온도와 시간을 벗어난 범위로 수행하게 되면, 이후 탄화 단계에서 안정적인 형태의 탄소섬유를 얻는데 문제가 발생할 수 있다.The stabilization step stabilizes the carbon nanofibers to carbonize the carbon nanofibers. The carbon nanofibers are stabilized by heating at 200 to 250 ° C for 20 to 40 minutes in an oxygen atmosphere. However, if the heating is carried out in a temperature range exceeding the heating temperature in the stabilization step, a problem may arise in obtaining stable carbon fibers in the subsequent carbonization step.

다음으로, 상기 안정화된 탄소나노섬유를 질소가스 분위기 하에서 가열하여 탄화시키는 단계를 수행한다.Next, the stabilized carbon nanofibers are carbonized by heating under a nitrogen gas atmosphere.

상기 탄화단계는 5 ~ 7 ℃/min 의 승온 속도로 700 ~ 800℃ 까지 온도를 높이고, 상기 700 ~ 800℃의 온도를 유지하면서 40 ~ 60분 동안 가열한 후, 다시 5 ~ 7℃/min 의 승온 속도로 1200 ~ 1600℃ 까지 온도를 높인 후, 상기 1200 ~ 1600℃의 온도를 유지하면서 60~70분 동안 가열함을 통해 수행할 수 있다.The carbonization step is carried out by raising the temperature to 700 to 800 ° C at a heating rate of 5 to 7 ° C / min, heating for 40 to 60 minutes while maintaining the temperature at 700 to 800 ° C, The temperature may be raised to 1200 to 1600 ° C at a heating rate, and then the mixture may be heated at a temperature of 1200 to 1600 ° C for 60 to 70 minutes.

한편, 상기 승온속도가 5℃/min 미만이면, 수율에 문제가 있을 수 있고, 상기 승온속도가 7℃/min를 초과하면 비경제적인 문제가 있을 수 있고, 승온 온도가 700℃ 미만이면, 반응이 이루어지지 않는 문제가 있을 수 있고, 800℃를 초과하면 C-N 구조상의 문제가 있을 수 있다. 또한 2차로 승온시키는 온도가 1200℃ 미만이면, 질소 분자를 제거에 대한 문제가 있을 수 있고, 1600℃를 초과하면 비경제적인 문제가 있을 수 있다.On the other hand, if the temperature raising rate is less than 5 占 폚 / min, there may be a problem with the yield. If the temperature raising rate exceeds 7 占 폚 / min, there may be uneconomical problems. There is a problem that it is not achieved, and if it exceeds 800 ° C, there may be a problem on the CN structure. If the temperature for raising the second temperature is less than 1200 ° C, there may be a problem of removing nitrogen molecules, and if it exceeds 1600 ° C, there may be an uneconomical problem.

상기 탄화 단계가 완료되면, 탄화된 탄소나노섬유의 양쪽 표면을 다른 광촉매로 코팅하는 과정을 수행한다. 즉, 탄화된 탄소나노섬유의 한쪽 표면에는 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층을 코팅하고, 탄화된 탄소나노섬유의 다른쪽 표면에는 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층을 코팅하는 단계를 수행한다.When the carbonization step is completed, the carbon nanofibers are coated with a photocatalyst on both surfaces of the carbon nanofibers. That is, a photocatalyst layer capable of absorbing light is coated on one surface of the carbonized carbon nanofibers, and a photocatalyst layer, which causes an oxidation or reduction reaction of water, is coated on the other surface of the carbonized carbon nanofibers.

이때 빛을 흡수할 수 있는 상기 광촉매층의 코팅은 CdS(Cadmium sulfide), modified TiO2 (Titanium dioxide), ZnS(Zinc sulfide) 또는 g-C3N4 (graphitic carbon nitride)을 탄소나노섬유의 한쪽 표면에 50~150um의 평균두께를 갖도록 코팅하는 것이 바람직하며, 상기 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층의 코팅은 Pt-TiO2 (Pt deposited TiO2), Pt (Platinum nanoparticles), RuO (Ruthenium oxide) 또는 CoPi (Cobalt phosphate)을 탄소나노섬유의 다른쪽 표면에 150~250um의 평균두께를 갖도록 코팅하는 것이 바람직하다.The coating of the photocatalyst layer capable of absorbing light can be performed by coating CdS (Cadmium sulfide), modified TiO 2 (Titanium dioxide), ZnS (zinc sulfide) or gC 3 N 4 (graphitic carbon nitride) on one surface of the carbon nanofiber and that the coating have a mean thickness of 50 ~ 150um preferably, the coating of the photocatalyst layer to cause the water oxidation or reduction reactions Pt-TiO 2 (Pt deposited TiO 2), (Platinum nanoparticles), (Ruthenium oxide) RuO Pt or CoPi (cobalt phosphate) is preferably coated on the other surface of the carbon nanofiber so as to have an average thickness of 150 to 250 mu m.

이상과 같은 방법으로 제조된 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체는, 탄소나노섬유; 탄소나노섬유의 한쪽 표면에 형성된 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층; 및 탄소나노섬유의 다른쪽 표면에 형성된 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층;을 포함함을 특징으로 하며, 이때 상기 탄소나노섬유는 매트 형태를 갖는다.The carbon nanofiber composite having the three-layer structure produced by the above-mentioned method is a carbon nanofiber; A photocatalyst layer capable of absorbing light formed on one surface of the carbon nanofiber; And a photocatalyst layer for causing an oxidation or reduction reaction of water formed on the other surface of the carbon nanofibers, wherein the carbon nanofibers have a mat shape.

또한, 상기 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층은 헥사고날(hexagonal)구조를 가지며, 상기 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층은 아나타제 결정상을 갖는다. In addition, the photocatalyst layer capable of absorbing light has a hexagonal structure, and the photocatalyst layer causing an oxidation or reduction reaction of the water has an anatase crystal phase.

본 발명자들은 상기 본 발명의 방법으로 제조된 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체를 대상으로 가시광 빛 조사에 따른 수소 생성량을 분석한 결과, 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층을 포함하지 않는 탄소나노섬유 복합체에 비해 약 3배 이상의 수소를 생성하여 매우 우수한 효과를 갖는다는 것을 확인할 수 있었고, 가시광 흡수 역할을 하는 CdS층이 없는 탄소나소섬유 복합체에서는 아예 수소 생성반응이 일어나지 않음을 알 수 있었다.The inventors of the present invention analyzed the amount of hydrogen produced by visible light irradiation in the carbon nanofiber composite having a three-layered structure prepared by the method of the present invention. As a result, it was found that carbon nanotubes containing no photocatalyst layer causing oxidation or reduction reaction of water It was confirmed that hydrogen generation reaction was not occurred in the carbon nanofiber composite without CdS layer, which absorbs visible light.

또한 본 발명자들은 본 발명의 일실시예에서, CdS층을 통해 가시광 빛을 흡수하고 이후 산화 및 환원반응이 일어나고 환원 반응을 통한 물 분해로 수소가 발생하는 비교예 2의 복합체에 비해, 탄소나소섬유층을 기반으로 한쪽 표면에는 CdS층이 코팅되고, 다른쪽 표면에는 Pt-TiO2층이 코팅된 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체는 CdS 광촉매가 빛을 흡수하고 이때 생성된 전자가 탄소나노섬유 층을 통과하여 반대쪽에 있는 Pt-TiO2까지 잘 전달되며, 탄소나노섬유층을 통해서 전달되는 전자로 인해 Pt-TiO2 층에서 수소 발생이 일어나고 이 과정에서 전자와 전공의 재결합 비율이 감소되어 전체적인 수소 발생량이 증가함을 알 수 있었다. In addition, the present inventors have found that, in an embodiment of the present invention, as compared with the composite of Comparative Example 2 in which visible light is absorbed through a CdS layer and then oxidation and reduction reactions occur and hydrogen is generated by water decomposition through a reduction reaction, A carbon nanofiber composite having a three-layer structure in which a CdS layer is coated on one surface and a Pt-TiO 2 layer is coated on the other surface is formed by a CdS photocatalyst absorbing light, passing by is well transmitted to the Pt-TiO 2 on the other side, due to the electrons that are transmitted through a carbon nano-fiber layer on the Pt-TiO 2 layer occurs and the hydrogen generation is the recombination rate of electrons and a major reduction in the process overall hydrogen production the Of the total population.

나아가 본 발명자들은 수소 생성량 및 저항값이 탄소나노섬유의 두께로부터 영향을 받을 수 있는지 확인하기 위해, 다양한 두께를 갖는 탄소나노섬유를 제조하고 양쪽 표면을 상기와 같은 방법으로 제조하여 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체를 제조한 후, 수소생성량 및 저항값을 분석하였다.Further, in order to confirm whether the hydrogen production amount and the resistance value can be influenced by the thickness of the carbon nanofibers, the inventors of the present invention fabricated carbon nanofibers having various thicknesses and fabricated both surfaces by the above- After the carbon nanofiber composites were prepared, the amount of hydrogen production and the resistance value were analyzed.

그 결과, 전자를 전달하는 역할을 하는 탄소나노섬유 층의 두께에 따라 수소 생성량이 달라짐을 확인하였는데, 탄소나노섬유의 두께가 두꺼워짐에 따라 저항값이 증가하는 것으로 나타났고, 수소 발생량도 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 이러한 변화가 탄화온도와도 관련성이 있는지 분석한 결과, 낮은 탄화온도에서는 더 높은 저항값을 갖는 것으로 나타났다.As a result, it was confirmed that the amount of hydrogen production varies depending on the thickness of the carbon nanofibers layer, which serves to transfer electrons. As the thickness of the carbon nanofibers increases, the resistance value increases. Also, Respectively. In addition, analysis of whether these changes are related to the carbonization temperature revealed that they have higher resistance values at low carbonization temperatures.

따라서 이들 결과를 통해, 본 발명의 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체에서 탄소나노섬유의 두께는 너무 두꺼우면 오히려 저항값의 증가를 초래하고 이로써 수소 생성량을 감소할 수 있기에 200~1500um 평균두께를 갖는 탄소나노섬유를 이용하는 것이 가장 적절함을 알 수 있었다. Therefore, it can be seen from the above results that if the thickness of the carbon nanofibers in the carbon nanofiber composite having the three-layer structure of the present invention is too thick, the resistance value is increased and the hydrogen production amount can be reduced. Carbon nanofibers were most suitable.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체가 안정적인 지지체인 탄소나노섬유의 양쪽 표면에 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층 및 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층을 각각 코팅함으로써 태양광 조사 하에서 물로부터 수소를 매우 효율적으로 생성시킬 수 있으며, 산화 및 환원 반응이 탄소나노섬유 층을 경계로 분리할 수 있는 기술적 장점이 있으며, 이러한 장점을 이용하여 광촉매, 필터 및 연료전지의 전극 등으로 이용될 수 있다.The present invention also relates to a carbon nanofiber composite material having a three-layer structure according to the present invention, in which a photocatalyst layer capable of absorbing light on both surfaces of a carbon nanofiber, which is a stable support, and a photocatalyst layer causing oxidation or reduction reaction of water, The present invention has the technical advantage that hydrogen can be efficiently generated from water under irradiation with sunlight and that the oxidation and reduction reactions can be separated at the boundaries of the carbon nanofiber layer. Electrode or the like.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are for further illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

<< 실시예Example 1> 1>

CdSCdS // CNFCNF /Pt-/ Pt- TiOTiO 22 3층 구조의  Three-tiered 탄소나노섬유Carbon nanofiber 복합체의 제조 Manufacture of Composites

먼저 3층 구조의 탄소나노섬유 복합체의 제조를 위해, 탄소섬유전구체의 재료인 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN)을 N, N-디메틸포름아마이드 (Dimethylformamide, DMF) 용매에 10중량%의 농도(10g/100ml)로 용해하여 PAN용액을 준비하였다. 이후 PAN 용액을 20 kV의 전기장에서 전기 방사하여 나노섬유를 제조하였다. First, polyacrylonitrile (PAN), which is a material of a carbon fiber precursor, is added to a solvent of N, N-dimethylformamide (DMF) at a concentration of 10% by weight 10 g / 100 ml) to prepare a PAN solution. The PAN solution was then electrospun at an electric field of 20 kV to produce nanofibers.

이후 상기 나노섬유를 탄소섬유로 만들기 위해서 탄화단계를 수행하는데, 먼저, 산소 분위기 하에서 250°C의 온도로 30분 동안 가열하여 산화 안정화 시키는 단계를 수행하였다. 이후 안정화 단계가 완료되면 질소가스를 상기 나노섬유에 주입하면서 5°C/min의 승온 속도로 750°C까지 온도를 높이고, 상기 750°C를 유지한 상태로 1시간 동안 가열을 한 후, 다시 5°C의 승온 속도로 1400°C까지 점진적으로 온도를 높였고, 1400°C를 유지한 상태로 1시간 동안 가열하여 탄화(Carbonization) 단계를 수행하였다. 이후 탄화과정을 거친 탄소나노섬유 표면에 백금이 5중량%로 광 담지된 TiO2(Pt-TiO2)를 코팅하였고, 상기 탄화과정을 거친 탄소나노섬유의 다른 표면에는 다시 CdS 나노입자를 코팅하였다. Pt-TiO2와 CdS 나노 입자는 닥터 블레이드 (Doctor blade) 방법으로 코팅하였다. Pt-TiO2 또는 CdS 나노 입자 20 mg을 260 mg의 폴리에틸렌글리콜 (Polyethylene glycol) 용액 (물:폴리에틸렌글리콜=2:1, 중량비)과 섞어 페이스트를 만들고 이를 탄소나노섬유 표면에 일정량을 떨어뜨리고 나서 3M 테잎 한 층 높이만큼만 채워지도록 밀어준 후 400 ℃에서 30 분동안 소성하여 폴리에틸렌글리콜 성분을 완전히 산화시켜 본 발명에 따른 3층 구조를 갖는 CdS/CNF/Pt-TiO2의 탄소나노섬유 복합체를 제조하였다. Then, carbonization step is performed to make the nanofibers into carbon fibers. First, the step of oxidizing and stabilizing by heating at 250 ° C for 30 minutes in an oxygen atmosphere was performed. After the stabilization step is completed, nitrogen gas is injected into the nanofibers while the temperature is raised to 750 ° C at a heating rate of 5 ° C / min, heated for 1 hour while maintaining the temperature of 750 ° C, The temperature was gradually increased to 1400 ° C at a heating rate of 5 ° C, and the carbonization step was performed by heating for 1 hour while maintaining the temperature at 1400 ° C. Then, TiO 2 (Pt-TiO 2 ) light-impregnated with 5 wt% of platinum was coated on the surface of the carbon nanofibers subjected to the carbonization process, and the other surfaces of the carbon nanofibers thus carbonized were coated with CdS nanoparticles again . Pt-TiO 2 and CdS nanoparticles were coated by doctor blade method. 20 mg of Pt-TiO 2 or CdS nanoparticles was mixed with 260 mg of a polyethylene glycol solution (water: polyethylene glycol = 2: 1, weight ratio) to prepare a paste. After a certain amount of the paste was dropped on the surface of the carbon nanofibers, The mixture was poured to fill only one layer of the tape and then baked at 400 ° C for 30 minutes to completely oxidize the polyethylene glycol component to prepare a carbon nanofiber composite of CdS / CNF / Pt-TiO 2 having the three-layer structure according to the present invention .

<< 실시예Example 2> 2>

CdSCdS // CNFCNF /Pt-/ Pt- TiOTiO 22 3층 구조의  Three-tiered 탄소나노섬유Carbon nanofiber 복합체의 제조 Manufacture of Composites

상기 실시예 1의 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체 제조과정에서, 탄화온도를 1100°C로 수행하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 탄소나노섬유 복합체를 제조하였다.A carbon nanofiber composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the carbonization temperature was changed to 1100 ° C in the process of producing the carbon nanofiber composite having the three-layer structure of Example 1.

<< 비교예Comparative Example 1> 1>

3층 구조의 탄소나노섬유 복합체의 제조를 위해, 탄소섬유전구체의 재료인 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile, PAN)을 N, N-디메틸포름아마이드 (Dimethylformamide, DMF) 용매에 10중량%의 농도(10g/100ml)로 용해하여 PAN용액을 준비하였다. 이후 PAN 용액을 20 kV의 전기장에서 전기 방사하여 나노섬유를 제조하였다. To prepare a three-layered carbon nanofiber composite material, polyacrylonitrile (PAN), which is a material of a carbon fiber precursor, was added to a solvent of dimethylformamide (DMF) at a concentration of 10 wt% / 100 ml) to prepare a PAN solution. The PAN solution was then electrospun at an electric field of 20 kV to produce nanofibers.

이후 상기 나노섬유를 탄소섬유로 만들기 위해서 탄화단계를 수행하는데, 먼저, 산소 분위기 하에서 250°C의 온도로 30분 동안 가열하여 산화 안정화 시키는 단계를 수행하였다. 이후 안정화 단계가 완료되면 질소가스를 상기 나노섬유에 주입하면서 5°C/min의 승온 속도로 750°C까지 온도를 높이고, 상기 750°C를 유지한 상태로 1시간 동안 가열을 한 후, 다시 5°C의 승온 속도로 1400°C까지 점진적으로 온도를 높였고, 1400°C를 유지한 상태로 1시간 동안 가열하여 탄화(Carbonization) 단계를 수행하여 탄화된 탄소나노섬유(CNF)를 제조하였다.Then, carbonization step is performed to make the nanofibers into carbon fibers. First, the step of oxidizing and stabilizing by heating at 250 ° C for 30 minutes in an oxygen atmosphere was performed. After the stabilization step is completed, nitrogen gas is injected into the nanofibers while the temperature is raised to 750 ° C at a heating rate of 5 ° C / min, heated for 1 hour while maintaining the temperature of 750 ° C, The temperature was gradually increased to 1400 ° C at a heating rate of 5 ° C, and carbonization was carried out by heating at 1400 ° C for 1 hour to produce carbonized carbon nanofibers (CNF).

<< 비교예Comparative Example 2> 2>

상기 비교예 1의 과정에서 제조된 탄화된 탄소나노섬유 표면에 백금이 5중량%로 광 담지된 TiO2(Pt-TiO2)를 실시예 1의 닥터 블레이드 법으로 코팅하여 CNF/Pt-TiO2 탄소나노섬유 복합체를 제조하였다.TiO 2 (Pt-TiO 2 ) light-impregnated with 5 wt% of platinum on the surface of the carbonized carbon nanofibers prepared in the procedure of Comparative Example 1 was coated by the doctor blade method of Example 1 to obtain CNF / Pt-TiO 2 Carbon nanofiber composites were prepared.

<< 비교예Comparative Example 3> 3>

상기 비교예 1의 과정에서 제조된 탄화된 탄소나노섬유 표면에 CdS 나노입자를 실시예 1의 닥터 블레이드 법으로 코팅하여 CdS/CNF 탄소나노복합체를 제조하였다. The CdS / CNF carbon nanocomposite was prepared by coating CdS nanoparticles on the surface of the carbonized nanofibers produced in the process of Comparative Example 1 by the doctor blade method of Example 1. [

상기 실시예들과 비교예들에서 각각 제조된 탄소나노복합체를 하기 표 1에 정리하였다.The carbon nanocomposites prepared in the above Examples and Comparative Examples are summarized in Table 1 below.

비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 CdSCdS ×× ×× 탄소나노섬유Carbon nanofiber 탄화온도 (℃)Carbonization temperature (℃) 14001400 14001400 14001400 14001400 11001100 Pt-TiO2 Pt-TiO 2 ×× ×× 제조된
탄소나노복합체
Manufactured
Carbon nanocomposite
CNFCNF CNF/Pt-TiO2 CNF / Pt-TiO 2 CdS/CNFCdS / CNF CdS/CNF/Pt-TiO2 CdS / CNF / Pt-TiO 2 CdS/CNF/Pt-TiO2 CdS / CNF / Pt-TiO 2

<< 실험예Experimental Example 1> 1>

CdSCdS // CNFCNF /Pt-/ Pt- TiOTiO 22 3층 구조를 갖는 본 발명의  The three-layer structure of the present invention 탄소나노섬유Carbon nanofiber 복합체의 현미경 관찰  Microscopic observation of the complex

본 발명의 실시예 1의 방법으로 제조된 CdS/CNF/Pt-TiO2 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체의 현미경 관찰 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 탄소나노섬유 표면 한쪽에는 CdS 입자가 약 100 μm 두께로 코팅되어 있는 것으로 관찰되었고, 다른 한쪽에 Pt-TiO2 입자가 약 200 μm 두께로 코팅되어 있는 것을 관찰할 수 있었다.As a result of microscopic observation of the carbon nanofiber composite having a CdS / CNF / Pt-TiO 2 three-layer structure manufactured by the method of Example 1 of the present invention, as shown in FIG. 1, Coated with Pt-TiO 2 particles of about 200 μm thickness on the other side.

따라서 이러한 현미경 관찰을 통해 본 발명자들은 탄소나노섬유 층을 기준으로 한쪽 표면에는 CdS 층이 코팅되어 있고, 탄소나노섬유 층의 다른 표면에는 Pt-TiO2 층이 코팅되어 있어 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체가 잘 형성됨을 알 수 있었다.Therefore, the present inventors have observed through the microscopic observation that the CdS layer is coated on one surface of the carbon nanofiber layer and the Pt-TiO 2 layer is coated on the other surface of the carbon nanofiber layer, Fiber composite was well formed.

<< 실험예Experimental Example 2> 2>

탄소나노섬유Carbon nanofiber 복합체들에 대한 X- 선 회절분석 X-ray diffraction analysis of complexes

실시예 1 및 비교예 1의 방법으로 제조된 탄소나노섬유를 대상으로 X-선 회절분석회절(Rigaku D/MAX-2500, 18kV)을 수행하였다.X-ray diffraction analysis (Rigaku D / MAX-2500, 18 kV) was performed on carbon nanofibers prepared by the method of Example 1 and Comparative Example 1.

분석 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 탄화과정을 거친 탄소나노섬유의 경우, PAN 전구체가 탄화되면서 무정형 그라파이트화(graphite) 된 것을 알 수 있었고(도 2에서 26(deg.) 및 43(deg.) 근처의 피크), 이로써 PAN 고분자가 탄소나노섬유의 원료가 되었음을 확인할 수 있었다. 한편 실시예 1의 CdS 층에서는 헥사고날(Hexagonal) 구조의 CdS가 관찰되었고, 실시예 1의 Pt-TiO2 층에서는 아나타제 결정성을 갖는 TiO2 구조가 관찰되었다. As a result of the analysis, as shown in FIG. 2, it was found that carbon nanofibers subjected to the carbonization process of Comparative Example 1 were amorphous graphitized by carbonization of the PAN precursor (26 (deg.) And 43 (deg.)). As a result, it was confirmed that the PAN polymer was a raw material for carbon nanofibers. On the other hand, CdS of hexagonal structure was observed in the CdS layer of Example 1, and a TiO 2 structure having anatase crystallinity was observed in the Pt-TiO 2 layer of Example 1.

<< 실험예Experimental Example 3> 3>

가시광 빛 조사에 따른 수소생성량 분석Analysis of hydrogen production by visible light irradiation

상기 실시예 및 비교에에 따라 제조된 탄소나노섬유 복합체에 420nm 이상의 가시광을 3시간 동안 조사한 후, 발생되는 평균 수소 생성량을 측정하였다.The carbon nanofiber composite prepared according to the above Examples and Comparative Examples was irradiated with visible light having a wavelength of 420 nm or more for 3 hours, and the average amount of generated hydrogen was measured.

분석 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 비교예 2에서는 가시광 조사에 따른 수소 발생이 전혀 일어나지 않는 것으로 나타났는데, 이는 가시광을 흡수하는 역할을 하는 CdS 광촉매가 없기 때문에 가시광 빛을 흡수하지 못해서 수소 생성 반응이 전혀 일어나지 않는 다는 것을 알 수 있었다. 반면, 비교예 3에서는 가시광 빛을 흡수하는 CdS 광촉매를 통해서 가시광 빛을 흡수하고 이후 산화 및 환원 반응이 일어났으며, 이때 환원 반응을 통해서 물이 분해되어 수소가 발생하는 것으로 나타났다. 그러나 본 발명에 따른 3층 구조를 가는 실시예 1의 탄소나노섬유 복합체에서는 수소 발생량이 비교예 3보다 약 4배 정도 더 높은 것으로 나타났다. 이는 CdS 광촉매가 빛을 흡수하고 이때 생성된 전자가 탄소나노섬유 층을 통과하여 반대쪽에 있는 Pt-TiO2 까지 잘 전달되기 때문임을 알 수 있었다. 탄소나노섬유층을 통해서 전달되는 전자로 인해 Pt-TiO2 층에서 수소 발생이 일어났고 이 과정에서 전자와 전공의 재결합 비율이 줄어 전체적인 수소 발생량이 증가함을 확인할 수 있었다. As a result of the analysis, as shown in FIG. 3, in Comparative Example 2, no hydrogen generation occurred due to visible light irradiation. This is because there is no CdS photocatalyst that absorbs visible light, I can see that this does not happen at all. On the other hand, in Comparative Example 3, visible light was absorbed through a CdS photocatalyst that absorbs visible light, and then an oxidation and reduction reaction occurred. At this time, the water was decomposed by the reduction reaction to generate hydrogen. However, in the carbon nanofiber composite material of Example 1 having the three-layer structure according to the present invention, the hydrogen generation amount was about four times higher than that of Comparative Example 3. [ This is because the CdS photocatalyst absorbs light and the generated electrons pass through the carbon nanofiber layer to the Pt-TiO 2 layer on the opposite side. Hydrogen generation occurred in the Pt-TiO 2 layer due to the electrons transferred through the carbon nanofiber layer. In this process, the recombination ratio of electrons and electrons decreased, and the amount of generated hydrogen was increased.

<< 실험예Experimental Example 4> 4>

탄소나노섬유층Carbon nanofiber layer 두께에 따른 저항값 분석 Resistance analysis by thickness

나아가 본 발명자들은 3층 구조를 갖는 본 발명의 탄소나노섬유 복합체에 대해, 복합체 제조과정에서 탄소나노섬유의 두께를 달리하여 탄소나노섬유 복합체를 제조하였고, 이들에 대한 저항값을 비교분석하였다. 이때 탄소나노섬유 두께는 하기 표에 기재된 두께가 되도록 제조하였으며, 탄소나노섬유 두께를 달리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 및 2의 방법을 통해 제조하였다. 또한, 이때 탄소나노섬유의 전자전도도가 탄화온도에 크게 영향을 받을 수 있기 때문에 탄화온도에 따른 특성도 살펴보고자 하였으며, 두께 및 서로 다른 온도 조건하에서 하기 표에 기재된 탄소나노섬유 복합체를 제조하였고, 이들에 대한 저항값을 분석하였다.Further, the present inventors manufactured carbon nanofiber composites with different thicknesses of the carbon nanofibers in the course of manufacturing the composite of the present invention having a three-layer structure, and compared the resistance values thereof. At this time, the carbon nanofiber thicknesses were prepared so as to have the thicknesses shown in the following table, and the carbon nanofiber thicknesses were produced by the methods of Examples 1 and 2 except for the difference of the carbon nanofiber thicknesses. Since the electronic conductivity of the carbon nanofibers may be greatly affected by the carbonization temperature, the carbon nanofiber composites described in the following table were prepared under the thickness and different temperature conditions. Were analyzed.

Figure pat00001
Figure pat00001

분석 결과, 상기 표 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 1과 실시예 2 모두에서 탄소나노섬유층의 두께가 두꺼워 짐에 따라 저항값이 증가하는 것으로 나타났고, 낮은 탄화온도에서 제조한 실시예 2에서 더 높은 저항값을 보였다.As a result of the analysis, as shown in Table 2 and FIG. 4, the resistance value was increased as the thickness of the carbon nanofiber layer was increased in both Example 1 and Example 2, 2 showed higher resistance values.

<< 실험예Experimental Example 5> 5>

탄소나노섬유층Carbon nanofiber layer 두께에 따른 수소 생성량 분석 Analysis of hydrogen production by thickness

상기 실험예 4에서 제조한 탄소나노섬유층의 두께가 다른 탄소나노섬유 복합체를 대상으로 수소 생성량 정도를 비교 분석하였다.The degree of hydrogen production in the carbon nanofiber composites prepared in Experimental Example 4 was compared and analyzed.

분석 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 탄소나노섬유 층의 두께가 두꺼워짐에 따라 수소 발생량이 감소하는 것으로 나타났고, 이러한 발생량 감소는 실시예 2에서 더 두드러지게 나타났다. 이는 실시예 2가 더 낮은 탄화온도조건에서 제조되었기 때문에 도 4에 나타난 바와 같이 저항이 훨씬 높게 나타났으며, 그에 따라 수소 발생량도 실시예 1에 비해 낮기 때문인 것으로 생각된다.As a result of the analysis, as shown in FIG. 5, as the thickness of the carbon nanofiber layer became thicker, the hydrogen generation amount decreased, and the decrease in the generation amount was more prominent in Example 2. This is considered to be because the resistance was much higher as shown in Fig. 4 because Example 2 was manufactured at a lower carbonization temperature condition, and the amount of hydrogen generation was also lower than that of Example 1. Fig.

이상과 같이 본 발명의 방법에 의해 제조된 CdS/CNF/Pt-TiO2 3층 구조를 갖는 본 발명의 탄소나노섬유 복합체는 420 nm 이상의 가시광선 조사 하에서 CdS 층이 존재함에 따라 상당히 많은 수소가 생성될 수 있고, 반대쪽의 Pt-TiO2 층이 존재함에 따라 전자에 의한 환원 반응이 Pt-TiO2 층에서 활발하게 일어나도록 함으로써, 지지체 역할을 하는 탄소나노섬유층을 통한 전자 전달 반응이 매우 빠르게 일어나고 이에 따라 산화 및 환원 반응이 분리되어, 광전기화학적 에너지 전환용 전극에 매우 폭넓게 활용할 수 있음을 알 수 있었다. As described above, the carbon nanofiber composite of the present invention having the CdS / CNF / Pt-TiO 2 three-layer structure produced by the method of the present invention exhibits a considerable amount of hydrogen production due to the presence of the CdS layer under visible light irradiation of 420 nm or more may be, and the Pt-TiO 2 layer on the opposite side exist as the reduction by electron is actively by to take place, an electron transfer reaction via the carbon nano fiber layer to a support role in the Pt-TiO 2 layer taking place very quickly, thus The oxidation and reduction reactions were separated from each other and could be widely used for electrodes for photoelectrochemical energy conversion.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (19)

탄소나노섬유;
탄소나노섬유의 한쪽 표면에 형성된 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층; 및
탄소나노섬유의 다른쪽 표면에 형성된 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층;을 포함하는,
3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체.
Carbon nanofibers;
A photocatalyst layer capable of absorbing light formed on one surface of the carbon nanofiber; And
And a photocatalyst layer for causing an oxidation or reduction reaction of water formed on the other surface of the carbon nanofiber.
A carbon nanofiber composite having a three-layer structure.
제1항에 있어서,
상기 탄소나노섬유는 매트 형태인 것을 특징으로 하는 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon nanofibers are in the form of a mat.
제1항에 있어서,
상기 탄소나노섬유의 평균 두께는 200~1500um이고, 상기 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층의 평균 두께는 50~150um이고, 상기 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층의 평균 두께는 150~250um인 것을 특징으로 하는 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체.
The method according to claim 1,
The average thickness of the photocatalyst layer capable of absorbing light is 50 to 150 um and the average thickness of the photocatalyst layer causing oxidation or reduction reaction of the water is 150 to 250 um Carbon nanofiber composite having a three-layer structure.
제1항에 있어서,
상기 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층은 헥사고날(hexagonal)구조를 갖는 것을 특징으로 하는 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the photocatalyst layer capable of absorbing light has a hexagonal structure. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 15. &lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층은 아나타제 결정상을 갖는 것을 특징으로 하는 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the photocatalyst layer causing the oxidation or reduction reaction of water has an anatase crystal phase.
제1항에 있어서,
상기 탄소나노섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN, Polyacrylonitrile),폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, Polyethylene oxide), 폴리비닐디플루오라이드(Polyvinyldifluoride) 및 폴리피롤(Polypyrrole) 중에서 선택되는 어느 하나의 탄소섬유전구체로부터 형성된 탄소나노섬유인 것을 특징으로 하는 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체.
The method according to claim 1,
The carbon nanofibers may be selected from among polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO), polyvinyldifluoride, and polypyrrole Wherein the carbon nanofibers are carbon nanofibers formed from any one carbon fiber precursor.
제1항에 있어서,
상기 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층은 CdS(Cadmium sulfide), modified TiO2 (Titanium dioxide), ZnS(Zinc sulfide) 또는 g-C3N4 (graphitic carbon nitride)인 것을 특징으로 하는 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the photocatalyst layer capable of absorbing the light is at least one selected from the group consisting of Cadmium sulfide (CdS), modified TiO 2 (Titanium dioxide), ZnS (zinc sulfide) or gC 3 N 4 (graphitic carbon nitride) Nanofiber composite.
제1항에 있어서,
상기 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층은 Pt-TiO2, Pt (Platinum nanoparticles), RuO (Ruthenium oxide) 또는 CoPi (Cobalt phosphate)인 것을 특징으로 하는 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the photocatalyst layer causing the oxidation or reduction reaction of water is Pt-TiO 2 , Pt (Platinum nanoparticles), RuO (Ruthenium oxide) or CoPi (Cobalt phosphate).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체를 포함하는 광촉매.A photocatalyst comprising a carbon nanofiber composite having a three-layer structure according to any one of claims 1 to 8. (1) 탄소섬유전구체 재료 및 용매를 혼합하여 방사용액을 준비하는 단계;
(2) 상기 방사용액을 전기방사하여 탄소나노섬유를 수득하는 단계;
(3) 상기 탄소나노섬유를 가열하여 안정화시키는 단계;
(4) 상기 안정화된 탄소나노섬유를 질소가스 분위기 하에서 가열하여 탄화시키는 단계;
(5) 상기 탄화된 탄소나노섬유의 한쪽 표면에 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층을 코팅하는 단계; 및
(6) 상기 탄화된 탄소나노섬유의 다른쪽 표면에 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층을 코팅하는 단계를 포함하는,
3층 구조를 갖는 탄소나노섬유 복합체 제조방법.
(1) preparing a spinning solution by mixing a carbon fiber precursor material and a solvent;
(2) electrospinning the spinning solution to obtain carbon nanofibers;
(3) heating and stabilizing the carbon nanofibers;
(4) carbonizing the stabilized carbon nanofibers by heating in a nitrogen gas atmosphere;
(5) coating a photocatalyst layer capable of absorbing light on one surface of the carbonized carbon nanofibers; And
(6) coating a photocatalyst layer for causing an oxidation or reduction reaction of water on the other surface of the carbonized carbon nanofibers; and
A method for producing a carbon nanofiber composite having a three-layer structure.
제10항에 있어서,
상기 (1) 단계의 탄소섬유전구체 재료는 폴리아크릴로니트릴(PAN, Polyacrylonitrile),폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethylmethacrylate), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, Polyethylene oxide), 폴리비닐디플루오라이드(Polyvinyldifluoride) 및 폴리피롤(Polypyrrole) 중에서 선택되는 어느 하나이며, 상기 방사용액 100중량%에 대하여 5~15중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
The carbon fiber precursor material in the step (1) may be at least one selected from the group consisting of polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO), polyvinyldifluoride Polypyrrole, and is contained in an amount of 5 to 15% by weight based on 100% by weight of the spinning solution.
제10항에 있어서,
상기 (1) 단계의 용매는 N,N-디메틸포름아미드(DMF,Dimethylformamide), 테트라하이드로퓨란(THF, Tetrahydrofuran), 감마부티로락톤(GBL, γ-butyroractone), N-메틸피롤리돈(N-Methyl pyrrolidone), 톨루엔(Toluene), 아세톤(Acetone) 및 디메틸아세트아미드(DMAc, Dimethyl acetamide) 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
The solvent in the step (1) may be selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide, THF, G-butyroractone, N-methylpyrrolidone Wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of methyl pyrrolidone, toluene, acetone and dimethylacetamide.
제10항에 있어서,
상기 (2) 단계의 전기방사는 15~25kV의 전기장 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the electrospinning of step (2) is carried out under an electric field of 15-25 kV.
제10항에 있어서,
상기 (3) 단계는 산소 분위기 하에서 200~250°C의 온도에서 20~40분 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the step (3) is performed under an oxygen atmosphere at a temperature of 200 to 250 ° C for 20 to 40 minutes.
제10항에 있어서,
상기 (4) 단계의 탄화는 5 ~ 7 ℃/min 의 승온 속도로 700 ~ 800℃ 까지 온도를 높이고, 상기 700 ~ 800℃의 온도를 유지하면서 40 ~ 60분 동안 가열한 후, 다시 5 ~ 7℃/min 의 승온 속도로 1200 ~ 1600℃ 까지 온도를 높인 후, 상기 1200 ~ 1600℃의 온도를 유지하면서 60~70분 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
The carbonization in the step (4) is carried out by raising the temperature to 700 to 800 ° C at a heating rate of 5 to 7 ° C / min, heating it for 40 to 60 minutes while maintaining the temperature at 700 to 800 ° C, The temperature is raised to 1200 to 1600 占 폚 at a heating rate of 占 폚 / min, and then the mixture is heated for 60 to 70 minutes while maintaining the temperature at 1200 to 1600 占 폚.
제10항에 있어서,
상기 (5) 단계의 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층의 코팅은 CdS(Cadmium sulfide), modified TiO2 (Titanium dioxide), ZnS(Zinc sulfide) 또는 g-C3N4 (graphitic carbon nitride)을 탄소나노섬유의 한쪽 표면에 50~150um의 평균두께를 갖도록 코팅하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
The coating of the photocatalyst layer capable of absorbing light in the step (5) may be carried out by coating CdS (Cadmium sulfide), modified TiO 2 (Titanium dioxide), ZnS (sulfide) or gC 3 N 4 (graphitic carbon nitride) Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 50-150 &lt; / RTI &gt; um.
제10항에 있어서,
상기 (6) 단계의 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층의 코팅은 Pt-TiO2, Pt (Platinum nanoparticles), RuO (Ruthenium oxide) 또는 CoPi (Cobalt phosphate)을 탄소나노섬유의 다른쪽 표면에 150~250um의 평균두께를 갖도록 코팅하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
The coating of the photocatalyst layer causing the oxidation or reduction reaction of water in the step (6) is performed by coating Pt-TiO 2 , Pt (platinum nanoparticles), RuO (Ruuthenium oxide) or CoPi (cobalt phosphate) &Lt; / RTI &gt; to 250 &lt; RTI ID = 0.0 &gt; um. &Lt; / RTI &gt;
제10항에 있어서,
상기 빛을 흡수할 수 있는 광촉매층은 헥사고날(hexagonal)구조를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the photocatalyst layer capable of absorbing light has a hexagonal structure.
제10항에 있어서,
상기 물의 산화 또는 환원반응을 일으키는 광촉매층은 아나타제 결정상을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the photocatalyst layer causing the oxidation or reduction reaction of water has an anatase crystal phase.
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