KR20180061984A - Manufacturing method of anatase multi-channel porous structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폴리스티렌 단구체를 포함하여 이루어진 그래뉼을 아나타제 분말이 포함된 슬러리와 혼합한 후 소성하여 폴리스티렌을 제거하여 제1다공체를 형성한 후 제1다공체 내의 기공에 제2다공체를 형성하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing an anatase multi-channel porous structure, and more particularly, to a method for manufacturing an anatase multi-channel porous structure by mixing granules containing polystyrene monosphere with a slurry containing anatase powder and then firing to remove polystyrene to form a first porous article To a method for manufacturing an anatase multi-channel porous structure in which a second porous body is formed in pores in a first porous body.
염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)는 산화환원 전해질로 구성되어 있으며, 표면에 화학적으로 흡착된 염료 분자가 태양빛을 받아 전자를 냄으로써 전기를 생산하는 전지이다. 염료감응형 태양전지는 표면에 염료분자가 화학적으로 흡착된 나노 입자 반도체 산화물 전극에 태양빛이 흡수되면 염료분자는 전자를 내놓게 되는데 이 전자가 여러 경로를 통하여 투명 전도성 기판으로 전달되어 최종적으로 전류를 생성한다. 염료감응형 태양전지는 나노 크기의 염료분자를 사용하며 일반적으로 이산화티타늄(TiO2)을 많이 사용한다.Dye-sensitized solar cell is composed of redox electrolyte, and the dye molecules chemically adsorbed on the surface absorb the sunlight to generate electrons and generate electricity. In a dye-sensitized solar cell, when nanoparticle semiconductor oxide electrodes chemically adsorbed dye molecules on the surface are absorbed by the sunlight, the dye molecules emit electrons, which are transferred to the transparent conductive substrate through various paths, . Dye-sensitized solar cells use nano-sized dye molecules and generally use titanium dioxide (TiO 2 ).
염료감응형 태양전지의 에너지 효율을 높이기 위해서는 전극이 전류 밀도를 높일 수 있는 구조로 형성되어야 하는데, 이를 위해 일반적으로 전극을 다공성 구조로 형성한다. 종래에는 전극을 다공성 구조로 형성하기 위해 졸-겔 방법을 사용하여 분말 상태의 나노포러스 이산화티타늄을 형성한 후 이를 페이스트 상태의 전극재로 제조하였다. 예를 들어 대한민국 공개특허 제2011-0093153호에는 티타늄이소프로폭사이드(Ti-isopropoxide)를 2-프로판올(2-propanol)에 용해시키며 카본 블랙(carbon black)을 첨가하는 단계와, 수산화암모늄(NH4OH) 수용액을 첨가하며 교반하여 졸(sol) 상태로 형성한 후 건조시켜 겔(gel) 상태로 형성하는 단계와, 소결로에서 소결한 후 분말 상태의 나노포러스 TiO2 파우더를 형성하는 단계 및 나노포러스 TiO2 파우더를 페이스트 상태의 전극재로 제조하는 단계를 통해 나노포러스 이산화티타늄 전극재를 제조하는 방법에 대해 기재되어 있다. In order to increase the energy efficiency of the dye-sensitized solar cell, the electrode must be formed in a structure capable of increasing the current density. In general, the electrode is formed into a porous structure. Conventionally, a powdered nanoporous titanium dioxide was formed by using a sol-gel method to form an electrode as a porous structure, and the electrode material was made into a paste state. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0093153 discloses a method comprising the steps of dissolving titanium isopropoxide in 2-propanol and adding carbon black, and adding ammonium hydroxide (NH 3) 4 OH) aqueous solution is added and stirred to form a sol state, followed by drying to form a gel state; a step of forming a powdered nanoporous TiO 2 powder after sintering in a sintering furnace; There is disclosed a method of manufacturing a nanoporous titanium dioxide electrode material through a step of producing nanoporous TiO 2 powder as an electrode material in a paste state.
그러나 이러한 방법으로 제조된 나노포러스 이산화티타늄 전극재의 경우 제조 공정이 복잡하며, 형성된 기공의 구조가 일정하지 않아 전극의 전류 밀도가 높지 않다. 전극의 전류 밀도가 낮으면 염료감응형 태양전지의 에너지 효율이 낮아지는 문제점이 있다. However, in the case of the nanoporous titanium dioxide electrode material manufactured by this method, the manufacturing process is complicated, and the structure of the formed pores is not constant, so that the current density of the electrode is not high. When the current density of the electrode is low, the energy efficiency of the dye-sensitized solar cell is lowered.
본 발명의 목적은 형성 공정이 간단하며 다공성 구조이면서도 3차원 멀티채널을 통해 단위부피 당 아나타제의 접촉가능 면적을 극대화할 수 있는 구조로 형성되어 염료감응형 태양전지의 전극으로 사용되는 경우 높은 전류 밀도를 가질 수 있는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell which has a simple structure and is structured to maximize an accessible area of anatase per unit volume through a three-dimensional multi-channel structure, And a method for manufacturing an anatase multi-channel porous structure.
상기 목적을 달성하기 위하여, 폴리스티렌 단구체를 바인더와 혼합하여 폴리스티렌 페이스트를 형성하는 단계, 상기 폴리스티렌 페이스트를 이용하여 길게 연장된 관체를 통과시켜 폴리스티렌 그래뉼을 형성하는 단계, 상기 폴리스티렌 그래뉼과 아나타제 입자가 포함된 아나타제 슬러리를 혼합하여 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성하는 단계, 상기 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 1차가열하여 폴리스티렌 그래뉼이 제거되어 형성된 제1기공부를 포함하는 제1다공체를 형성하는 단계, 상기 제1다공체의 제1기공부에 아나타제 분산체를 투입하는 단계, 상기 아나타제 분산체가 투입된 제1다공체를 2차가열하여 제2다공체를 형성하는 단계를 포함하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법에 의해 달성된다. In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a polystyrene granule, which comprises mixing polystyrene monosphere with a binder to form a polystyrene paste, passing the long polystyrene paste through a tubular body to form polystyrene granules, Anatase mixture to form a first porous body formed by removing the polystyrene granules by first heating the polystyrene-anatase mixture to form a first porous body; And an anatase dispersed material is added to the first stage of the anatase dispersion, and the second porous material having the anatase dispersed material is heated to form a second porous material.
상기 폴리스티렌 단구체의 크기는 평균 직경이 300 내지 500nm 범위일 수 있다. The size of the polystyrene monosphere may range from 300 to 500 nm in average diameter.
상기 폴리스티렌 그래뉼을 형성하는 단계는, 폴리스티렌 그래뉼의 평균 크기가 0.1 내지 100㎛ 되도록 수행될 수 있다.The step of forming the polystyrene granules may be performed such that the average size of the polystyrene granules is 0.1 to 100 탆.
상기 폴리스티렌 그래뉼을 형성하는 단계는, 폴리스티렌 그래뉼의 평균 크기가 0.1 내지 10㎛ 되도록 수행될 수 있다. The step of forming the polystyrene granules may be performed such that the average size of the polystyrene granules is 0.1 to 10 탆.
상기 폴리스티렌 그래뉼을 형성하는 단계는, 폴리스티렌 그래뉼의 평균 크기가 10 내지 100㎛ 되도록 수행될 수 있다. The step of forming the polystyrene granules may be performed such that the average size of the polystyrene granules is 10 to 100 탆.
상기 길게 연장된 관체를 통과시켜 폴리스티렌 그래뉼을 형성하는 단계는, 주사바늘을 이용하여 수행될 수 있다. The step of passing the elongated tubular body to form polystyrene granules may be performed using an injection needle.
상기 폴리스티렌-아나타제 혼합체에 포함된 아나타제 입자의 평균 크기는 4 내지 10 nm 인 단분산 입자를 포함할 수 있다. The average size of the anatase particles contained in the polystyrene-anatase mixture may include monodisperse particles of 4 to 10 nm.
상기 아나타제 분산체의 형태는 슬러리, 졸, 및 겔 중 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있다. The form of the anatase dispersion may be at least one selected from among slurry, sol, and gel.
상기 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성하는 단계에서의 아나타제 입자는, 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)을 물과 반응시켜 TiOCl2 수용액을 생성한 후, 상기 TiOCl2 수용액을 이온 교환막을 경계로 하여 물과 나란히 위치시키고 전류를 가하여 상기 TiOCl2 수용액 내에 생성된 아나타제 이산화티타늄 나노 분말을 이용할 수 있다. The polystyrene-anatase particles in the step of forming the anatase mixture is then by the titanium tetrachloride (TiCl 4) in a liquid phase reaction with water generates a TiOCl 2 aqueous solution, to the TiOCl 2 aqueous solution ion-exchange membrane as the boundary of water and The anatase titanium dioxide nanopowder produced in the aqueous solution of TiOCl 2 may be used.
본 발명은 폴리스티렌 그래뉼을 사용함으로서 제1다공체의 용이하게 형성할 수 있으며, 이러한 1차다공의 기공 내에 제2다공체를 형성함으로서 멀티채널을 용이하게 형성할 수 있고, 이를 통해 종래에 비해 단위부피 당 아나타제의 접촉면적이 커지게 되어 염료감응형 태양전지의 전극으로 사용되는 경우 높은 전류 밀도를 가질 수 있어, 염료감응형 태양전지의 에너지 효율을 높일 수 있다.The present invention can easily form the first porous body by using polystyrene granules. By forming the second porous body in the pores of the first porous body, it is possible to easily form multi-channels, The contact area of the anatase becomes large, so that it can have a high current density when used as an electrode of a dye-sensitized solar cell, thereby enhancing the energy efficiency of the dye-sensitized solar cell.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가수분해 장치를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환 장치를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 그래뉼 제조 장치를 개념적으로 나타내는 도면이다.1 is a conceptual view illustrating a method of manufacturing an anatase multi-channel porous structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual view of a hydrolysis apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
3 is a view conceptually showing an ion exchange apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view conceptually showing a granule manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the technical concept of the present invention, are incorporated in and constitute a part of the specification, and are not intended to limit the scope of the present invention. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 1은 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법을 개념적으로 나타내는 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a conceptual view illustrating a method for manufacturing an anatase multi-channel porous structure.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 아나타제 멀티채널 다공성 구조체(1000)를 형성하기 위해서는 우선 폴리스티렌 그래뉼(102)을 형성한다. 상기 폴리스티렌 그래뉼(102)은 폴리스티렌 단구체(101) 입자를 포함하여 구성된 그래뉼이다. As shown in FIG. 1A, a
상기 폴리스티렌 단구체(101) 입자의 평균크기는 입자직경이 대략 300 내지 500 nm 인 것을 이용하였다. 폴리스티렌 단구체(101) 평균크기는 이후 공정에서의 그래뉼 사이즈를 조절하기 용이한 범위와, 더불어 이후 형성되는 제1다공체의 기공크기를 고려하여 결정한 것이다. 상기 폴리스티렌 단구체(101)와 바인더를 혼합하여 폴리스티렌 페이스트를 형성한다. The mean size of the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리스티렌 그래뉼 제조 장치(4000)을 개념적으로 나타내는 도면이다. 폴리스티렌 그래뉼 제조 장치(4000)는 길게 연장된 관체(4100)를 포함한다. 상기 공정에서 제조된 폴리스티렌 페이스트(103)를 폴리스티렌 그래뉼 제조 장치(4000)에 포함된 가압부(4200)를 이용하여 가압하여 길게 연장된 관체(4100)를 통과시켜 간헐적으로 배출이 되도록 하여 일정한 크기 범위를 갖는 그래뉼을 형성할 수 있다. 가압부(4200)의 형상이나 가압하는 방식은 특별히 한정되지는 않으며, 용이하게 그래뉼을 형성할 수 있는 방법이면 가능하다. 본 발명에서는 주사기와 주사바늘을 이용하여 그래뉼을 형성하였다. 그래뉼의 크기는 길게 연장된 관체(4100)의 직경크기에 따라 달라질 수 있으며, 간헐적 배출 시의 배출 간격 역시 그래뉼의 크기를 결정하는 요소가 된다. 배출된 과립형상의 폴리스티렌 페이스트는 건조하여 폴리스티렌 그래뉼(102)을 형성하게 된다. 폴리스티렌 그래뉼의 평균 크기는 0.1㎛에서 수백 ㎛ 까지 용도에 맞춰 다양하게 형성할 수 있다. 염료감응 태양전지의 전극과 같이 박막형태의 다공체 용도일 경우는 0.1 내지 10 ㎛ 가 적당하였으며, 수소 생산용 광촉매 등의 용도일 경우에는 박막 보다는 커다란 구조체로서 제조 공정상 10 내지 100 ㎛ 가 바람직하다. 폴리스티렌 그래뉼을 길게 연장된 관체를 이용하여 형성하는 경우 평균 크기가 0.1 ㎛ 보다 작게 형성하기는 어려웠으며, 그래뉼의 평균 크기가 수백 ㎛ 보다 클 경우 제1다공체의 1차 기공이 너무 커서 멀티 채널 중 제1채널의 기능을 기대하기 어려운 문제가 발생하였다. 4 is a view conceptually showing a polystyrene
도 1의 (b)에서와 같이 폴리스티렌 그래뉼(102)과 아나타제 슬러리(210)를 혼합하여 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성한다. 폴리스티렌 그래뉼(102)과 아나타제 슬러리(210)를 혼합하여 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성하는 방법은 특별히 한정되지는 않으나, 멀티채널을 용이하게 형성하기 위해서는 용기(300)에 폴리스티렌 그래뉼(102)을 먼저 채운 후 아나타제 슬러리(210)를 투입하는 것이 이후 단계인 제1다공체(220) 내의 균일한 제1기공부(221) 형성에 바람직하다. 여기서 균일하다는 것은 단위 부피당 기공의 부피의 편차가 크지 않다는 의미로 수학적으로 완전히 같다는 의미는 아니다. 상기 폴리스티렌 그래뉼(102)과 아나타제 슬러리(210)를 혼합하여 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성하는 단계 이후 건조를 수행한다. 건조를 통해 아나타제 슬러리(210)에 포함된 수분이 증발되면서 아나타제 입자들이 폴리스티렌 그래뉼(102) 사이의 공간에서 입자간 약한 결합상태로 위치한다. As shown in FIG. 1 (b), the
건조 단계 이후 도 1의 (c)에서와 같이 1차가열 단계를 수행한다. 본 발명에서는 1차가열을 600 내지 700℃의 온도로 수행하였다. 1차가열의 주목적은 폴리스티렌 그래뉼(102)을 고온으로 소멸시켜 제1기공부(221)를 형성하기 위함이며, 또 다른 목적은 제1기공부(221)가 안정적으로 유지되어 이후 단계가 원활히 수행될 수 있는 제1다공체(220)를 형성함에 있다. After the drying step, the primary heating step is performed as shown in Fig. 1 (c). In the present invention, the primary heating is carried out at a temperature of 600 to 700 ° C. The primary purpose of the primary heating is to dissolve the
도 1의 (d)는 제1기공부(221)를 포함하는 제1다공체(220)에 아나타제 분산체(310)를 투입하는 단계를 나타낸 것이다. 상기 아나타제 분산체는 상기 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성하는 단계에서 사용한 것과 같은 아나타제 슬러리일 수 있으며, 아나타제 졸 및 아나타제 겔 등도 가능하다. 제1다공체의 제1기공부(221) 내에서 다공성을 갖는 아나타제의 제2다공체(320)를 형성할 수 있다면 특별히 한정되지는 않으나, 아나타제 졸이 제1기공부에 투입하는 단계와 다공성 형성이라는 측면에서 고려하면 가장 바람직하다. 제1기공부에 아나타제 분산체(310)를 투입하는 단계 이후 2차가열을 통해, 아나타제 분산체(310)의 입자간 결합강도가 커지게 되어 제1기공부(221) 내에서 제2다공체(320)가 형성된다. 2차가열 온도는 이후 적용되는 용도에서 요구되는 구조체 강도가 얻어질 수 있는 정도의 온도범위이면 가능하다. 본 발명에서는 400 내지 650℃의 범위에서 2차가열을 수행하였다. 2차가열 온도가 400℃보다 낮으면 제2다공체(320)의 입자간 결합이 약해지고 제1다공체와의 결합이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생하였고, 650℃ 이상으로 할 경우에는 아나타제상에 루타일 상이 혼합되는 비율이 증가하여 광특성이 저하하는 원인이 되고, 입자간 소결이 진행되어 다공체 내의 채널이 급격히 감소되는 문제가 발생하였다. FIG. 1 (d) shows the step of injecting the
도 1의 (e)에서는 상기 제조단계를 거쳐 형성된 아나타제 멀티채널 다공성 구조체(1000)를 나타내었다. 아나타제 제1다공체(220)의 제1기공부 내에 제2다공체(320)가 형성된 구조로서 제1기공부(220)와 인접하는 제1기공부는 적어도 일부가 공간적으로 연결되어 제1채널을 형성하고 있으며, 제1기공부 내의 제2다공체(320)는 제2다공체 내의 아나타제 입자 간 느슨한 결합을 하고 있어 제2채널을 포함하고 있다. 이와 같은 구조에 의해 제1다공체(220)의 비표면적과 제2다공체의 비표면적이 결합되어 본 발명의 다공성 구조체(1000)는 멀티채널을 포함하게 되며, 단위면적 당 아나타제의 비표면적이 크게 증가된 구조를 가지게 된다. FIG. 1 (e) shows an anatase multi-channel
본 발명에서의 아나타제 슬러리에 포함된 아나타제 입자는 평균 크기가 4 내지 10 nm 인 단분산 입자 형태였다. 입자의 크기가 작을수록 입자 비표면적이 커져 입자간 응집 발생이 용이해져, 나노 크기의 아나타제 단분산 입자를 얻는 것은 일반적인 공정으로는 어렵다. 본 발명에서는 이온교환막을 이용한 전해공정을 이용하여 나노크기 범위의 단분산 입자를 용이하게 제조하였으며, 제조 방법은 다음과 같다. The anatase particles contained in the anatase slurry in the present invention were in the form of monodisperse particles having an average size of 4 to 10 nm. The smaller the size of the particles, the larger the specific surface area of the particles, which facilitates the coagulation between the particles. Thus, it is difficult to obtain nano-sized anatase monodisperse particles. In the present invention, monodisperse particles having a nano size range are easily manufactured using an electrolytic process using an ion exchange membrane.
본 발명의 실시예에 따른 아나타제 이산화티타늄 나노 분말을 제조하기 위해서는, 먼저 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)을 물과 반응시켜 TiOCl2 수용액을 생성한다. 이 경우 반응이 빨리 일어나면 가수분해 과정에서 발열이 되며 폭발이 일어날 수도 있다. 이러한 폭발적인 반응을 방지하기 위해 도 2에 도시된 것과 같은 가수분해 장치(2000)가 사용될 수 있다. In order to prepare the anatase titanium nano powder according to the embodiment of the present invention, TiOCl 2 aqueous solution is first produced by reacting titanium tetrachloride (TiCl 4 ) in liquid state with water. In this case, if the reaction occurs quickly, the hydrolysis process will generate heat and explosion may occur. To prevent this explosive reaction, a
가수분해 장치(2000)는 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)이 담겨있는 제1용기(2100)와 물이 담겨있는 제2용기(2200)를 구비할 수 있다. 제1용기(2100)와 제2용기(2200)는 밀봉된 상태이며, 내부에는 기체 상태의 질소(N2)가 충전되어 있다. 본 발명에서 밀봉된 상태라는 것은 용기 내부에 포함된 기체 분위기가 일정하게 유지될 수 있도록, 각 용기에 연결된 공급 및 배출을 위한 각 배관을 제외한 나머지 부분이 용기 내 외부 공기와 교환이 용이하지 않은 상태를 말한다. 질소가 충전됨으로 인해 제1용기(2100) 내에서 공기 중의 수분과 사염화티타늄(TiCl4)이 반응하는 것을 막을 수 있으며, 제2용기(2200)에서 사염화티타늄(TiCl4)과 물이 반응할 때 반응이 안정적으로 이루어지도록 한다. 내부에 질소 가스를 주입하기 위해서 제1용기(2100)에는 제1공급관(2110)이 설치되며 제2용기(2200)에는 제2공급관(2210)이 설치된다. The
제1용기(2100)와 제2용기(2200)는 제1배관(2300)을 통해 서로 연결된다. 제1배관(2300)은 일단이 제1용기(2100)의 내부 저면에 가까이 위치하며, 타단이 제2용기(2200)의 내부 상부에 위치한다. 연결관(2300)을 통해 제1용기에 담긴 사염화티타늄(TiCl4)이 제2용기(2200)로 공급된다. The
제2용기(2200)의 내부에는 교반기(2220)가 설치될 수 있으며, 제2용기(2200)의 외부에는 냉각부(2230)가 설치될 수 있다. 교반기(2220)와 냉각부(2230)는 가수분해 과정에서 발생되는 열을 감소시켜 과도한 폭발적인 반응을 방지한다. 냉각부(2230)는 얼음으로 채워질 수 있다. A
본 실시예에 따른 가수분해 장치(2000)를 이용하여 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)을 물과 반응시켜 TiOCl2 수용액을 생성하려면, 제1용기(2100)에 질소 가스를 주입한다. 질소 가스가 주입되면 압력에 의해 제1용기(2100)에 담긴 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)이 연결관(2300)을 통해 제2용기(2200)로 이동한다. 따라서 질소 가스의 주입 속도를 조절하여 사염화티타늄(TiCl4)이 제2용기(2200)로 이동하는 속도를 조절할 수 있다. 이 경우 사염화티타늄(TiCl4)이 빠른 속도로 제2용기(2200)로 이동하면 제2용기(2200)에서 발열 반응이 빨리 일어나 폭발의 위험이 있으므로, 질소 가스를 천천히 주입하여 제2용기(2200)에서 반응이 천천히 일어나도록 하는 것이 바람직하다.Nitrogen gas is injected into the
TiOCl2 수용액이 생성되면, 생성된 TiOCl2 수용액은 이온 교환막을 경계로 구분된 일 영역에 위치시키고 이온 교환막의 반대영역에 물을 위치시킨다. 이 후 TiOCl2 수용액과 물에 전류를 가하여 TiOCl2 수용액 내에 아나타제 이산화티타늄 나노 분말을 생성한다. 이 경우 도 3에 도시된 바와 같은 이온교환 장치(3000)가 사용될 수 있다. When a TiOCl 2 aqueous solution is formed, the resulting TiOCl 2 aqueous solution is placed in one region bounded by the ion exchange membrane and water is placed in the opposite region of the ion exchange membrane. Thereafter it was added the aqueous solution of TiOCl 2 and the current in the water to produce the anatase titanium dioxide nano-powder in the aqueous solution of TiOCl 2. In this case, the
이온교환 장치(3000)는 이온 교환막(3200)에 의해 제1 영역(3100a)과 제2 영역(3100b)으로 구분되는 제1반응용기(3100)와 제1반응용기(3100)에 담긴 용액에 전류를 가하기 위한 전극(3300a, 3300b)을 포함한다. 수용 용기(3100)의 제1 영역(3100a)에는 TiOCl2 수용액을 넣고 제2 영역(3100b)에는 물을 넣는다. 본 실시예에서 이온 교환막(ion exchange membrane, 3200)은 음이온 교환막으로, Cl- 이온은 통과 가능하며, Ti2 + 이온은 통과하지 못하는 이온교환막이면 가능하다. The
전류를 가하기 위한 전극으로는 Ti-Pt 전극(3300a, 3300b)이 사용될 수 있다. 즉, 제1 영역(3100a)의 TiOCl2 수용액에는 Ti 전극(3300a)을 사용하여 (-) 전압을 가해주고, 제2 영역(3100b)의 물에는 Pt 전극(3300b)을 사용하여 (+) 전압을 가해준다. 전류를 가하면 Cl- 이온이 제1 영역(3100a)의 TiOCl2 수용액으로부터 이온 교환막(3200)을 통과하여 제2 영역(3100b)의 물로 이동한다. 따라서 제2 영역(3100b)의 물은 점점 HCl의 농도가 높아지고, 제1 영역(3100a)의 TiOCl2 수용액 내에는 흰색의 아나타제 나노 분말이 생성된다. Ti-
이와 같은 다공성 이산화티타늄 구조체는 제1다공체 내의 제1기공부의 크기가 균일하며 제1기공부 내에 제2다공체에 의해 비표면적이 크게 증대된다. 따라서 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법으로 제조된 다공성 구조체가 염료감응형 태양전지의 전극으로 사용되는 경우 높은 전류 밀도를 가질 수 있어, 염료감응형 태양전지의 에너지 효율을 높일 수 있다. In such a porous titanium dioxide structure, the size of the first perforations in the first porous body is uniform and the specific surface area is greatly increased by the second porous body in the first perforation. Therefore, when the porous structure manufactured by the method of manufacturing an anatase multi-channel porous structure is used as an electrode of a dye-sensitized solar cell, high current density can be obtained and energy efficiency of the dye-sensitized solar cell can be enhanced.
본 발명은 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.
Claims (9)
상기 폴리스티렌 페이스트를 이용하여 길게 연장된 관체를 통과시켜 폴리스티렌 그래뉼을 형성하는 단계;
상기 폴리스티렌 그래뉼과 아나타제 입자가 포함된 아나타제 슬러리를 혼합하여 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성하는 단계;
상기 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 1차가열하여 폴리스티렌 그래뉼이 제거되어 형성된 제1기공부를 포함하는 제1다공체를 형성하는 단계;
상기 제1다공체의 제1기공부에 아나타제 분산체를 투입하는 단계;
상기 아나타제 분산체가 투입된 제1다공체를 2차가열하여 제2다공체를 형성하는 단계; 를 포함하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법. Mixing the polystyrene monosphere with a binder to form a polystyrene paste;
Passing the elongated tube through the tubular body using the polystyrene paste to form polystyrene granules;
Mixing the polystyrene granule with an anatase slurry containing anatase particles to form a polystyrene-anatase mixture;
Forming a first porous body including a first porous layer formed by removing polystyrene granules by first heating the polystyrene-anatase mixture;
Introducing an anatase dispersion into a first pore of the first porous body;
Forming a second porous body by second heating the first porous body into which the anatase dispersed body is charged; Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > multi-channel porous structure.
상기 폴리스티렌 단구체의 크기는 평균 직경이 300 내지 500nm 범위인 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법. The method of claim 1,
Wherein the size of the polystyrene mono-spheres ranges from 300 to 500 nm in average diameter.
상기 폴리스티렌 그래뉼을 형성하는 단계는, 폴리스티렌 그래뉼의 평균 크기가 0.1 내지 100㎛ 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법. The method of claim 1,
Wherein the forming of the polystyrene granules is performed such that the average size of the polystyrene granules is 0.1 to 100 μm.
상기 폴리스티렌 그래뉼을 형성하는 단계는, 폴리스티렌 그래뉼의 평균 크기가 0.1 내지 10㎛ 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법. 4. The method of claim 3,
Wherein the forming of the polystyrene granules is performed such that the average size of the polystyrene granules is 0.1 to 10 μm.
상기 폴리스티렌 그래뉼을 형성하는 단계는, 폴리스티렌 그래뉼의 평균 크기가 10 내지 100㎛ 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법. 4. The method of claim 3,
Wherein the forming of the polystyrene granules is performed such that the average size of the polystyrene granules is 10 to 100 μm.
상기 길게 연장된 관체를 통과시켜 폴리스티렌 그래뉼을 형성하는 단계는, 주사바늘을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법. 4. The method of claim 3,
Wherein the step of forming the polystyrene granules through the elongated tubular body is performed using an injection needle.
상기 폴리스티렌-아나타제 혼합체에 포함된 아나타제 입자의 평균 크기는 4 내지 10 nm 인 단분산 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법. The method of claim 1,
Wherein the anatase particles contained in the polystyrene-anatase mixture include monodisperse particles having an average size of 4 to 10 nm.
상기 아나타제 분산체의 형태는 슬러리, 졸, 및 겔 중 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법. The method of claim 1,
Wherein the shape of the anatase dispersion is at least one selected from the group consisting of slurry, sol, and gel.
상기 폴리스티렌-아나타제 혼합체를 형성하는 단계에서의 아나타제 입자는, 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)을 물과 반응시켜 TiOCl2 수용액을 생성한 후, 상기 TiOCl2 수용액을 이온 교환막을 경계로 하여 물과 나란히 위치시키고 전류를 가하여 상기 TiOCl2 수용액 내에 생성된 아나타제 이산화티타늄 나노 분말을 이용하는 것을 특징으로 하는 아나타제 멀티채널 다공성 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The polystyrene-anatase particles in the step of forming the anatase mixture is then by the titanium tetrachloride (TiCl 4) in a liquid phase reaction with water generates a TiOCl 2 aqueous solution, to the TiOCl 2 aqueous solution ion-exchange membrane as the boundary of water and And an anatase titanium dioxide nanopowder formed in the TiOCl 2 aqueous solution is used by applying an electric current to the anatase titanium dioxide nanopowder.
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