KR20190048647A - Photo catalyst composite and method for manufacturing thereof - Google Patents

Photo catalyst composite and method for manufacturing thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20190048647A
KR20190048647A KR1020170143770A KR20170143770A KR20190048647A KR 20190048647 A KR20190048647 A KR 20190048647A KR 1020170143770 A KR1020170143770 A KR 1020170143770A KR 20170143770 A KR20170143770 A KR 20170143770A KR 20190048647 A KR20190048647 A KR 20190048647A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
titanium oxide
photocatalytic composite
block copolymer
self
assembled block
Prior art date
Application number
KR1020170143770A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102017671B1 (en
Inventor
김동하
권한나
Original Assignee
이화여자대학교 산학협력단
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 이화여자대학교 산학협력단 filed Critical 이화여자대학교 산학협력단
Priority to KR1020170143770A priority Critical patent/KR102017671B1/en
Publication of KR20190048647A publication Critical patent/KR20190048647A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102017671B1 publication Critical patent/KR102017671B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39Photocatalytic properties
    • B01J35/004
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/10Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
    • B01J35/023
    • B01J35/1061
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/40Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/64Pore diameter
    • B01J35/6472-50 nm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • B01J37/0018Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215Coating
    • B01J37/0219Coating the coating containing organic compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341Irradiation 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
    • B01J37/344Irradiation 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
    • B01J37/345Irradiation 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

According to an aspect of the present invention, provided is a titanium oxide-based photocatalytic composite. In the titanium oxide-based photocatalytic composite, the titanium oxide is doped with carbon and pores having a size of 5 to 50 nm are included therein, and also, upconversion nanoparticles that absorb near-infrared wavelengths and emit wavelengths of ultraviolet or visible light bands can exist inside the pores. According to the present invention, there is an effect of improving photocatalytic activity by introduction of upconversion nanoparticles and doping of carbon.

Description

광촉매 복합체 및 이의 제조방법 {PHOTO CATALYST COMPOSITE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a photocatalyst composite,

본 발명은 산화티타늄(TiO2)를 기반으로 하는 광촉매 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 상향변환 나노입자와 탄소가 도핑된 산화티타늄을 포함하고 흡수 가능한 광 파장대가 확대되어 광촉매 활성이 향상된 광촉매 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a photocatalytic composite based on titanium oxide (TiO 2 ) and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to a photocatalytic composite including up-converted nanoparticles and titanium oxide doped with carbon, the photocatalytic activity being enhanced by expanding an absorbable optical wavelength band, and a method for manufacturing the same.

광촉매는 일반적으로 빛 에너지에 의해 활성화되어 특정 반응 속도에 영향을 주는 촉매를 지칭한다. 광촉매에 소정의 파장을 가지는 빛이 조사되면, 표면에 전자(electron)와 정공(hole)이 형성되며, 이러한 전자와 정공에 의해 강한 산화/환원 반응이 가능하게 된다. 광촉매로 사용되는 물질 중 산화티타늄(TiO2)은 뛰어난 광활성 능력과 화학적, 생물학적 안정성과 내구성을 가지고 있어 널리 이용되고 있다. 유해물질의 분해, 탈취 및 살균 등이 가능한 환경 친화적인 광촉매로서 용도 개발이 되고 있다.Photocatalysts generally refer to catalysts that are activated by light energy to affect a specific rate of reaction. When a photocatalyst is irradiated with light having a predetermined wavelength, electrons and holes are formed on the surface of the photocatalyst, and a strong oxidation / reduction reaction is enabled by the electrons and the holes. Of the materials used as photocatalysts, titanium oxide (TiO 2 ) has been widely used because of its excellent photoactivity, chemical and biological stability and durability. It has been developed as an environmentally friendly photocatalyst capable of decomposing, deodorizing, and sterilizing harmful substances.

다만, 종래의 산화티타늄을 이용한 광촉매의 경우, 산화티타늄이 가지는 밴드갭 특성으로 인하여, 자외선 영역대의 파장이 흡수되어 광활성에 기여할 수 있으며, 가시광선 영역대의 파장에는 흡광도 및 광촉매 활성도가 매우 낮은 단점이 있다. 이에 흡수영역 파장대를 가시광선 및 더 나아가 근적외선 부분까지 확장시킬 필요가 있다. However, in the conventional photocatalyst using titanium oxide, due to the band gap characteristic of titanium oxide, the wavelength of the ultraviolet region band is absorbed and can contribute to the photoactivity, and the wavelength of the visible ray region band has a disadvantage that the absorbance and the photocatalytic activity are extremely low have. It is necessary to extend the absorption wavelength band to the visible light and further to the near infrared ray portion.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 광활성이 가능한 빛의 파장대역이 가시광선 또는 근적외선까지 충분히 확장될 수 있는 산화티타늄 기반 광촉매 복합체의 제조를 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems and it is an object of the present invention to provide a titanium oxide-based photocatalytic composite capable of sufficiently expanding the wavelength range of light capable of light activation to visible light or near-infrared light. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 산화티타늄 기반 광촉매 복합체가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a titanium oxide-based photocatalytic composite.

상기 산화티타늄 기반 광촉매 복합체에 있어서, 상기 산화티타늄은 탄소가 도핑되어 있고,그 내부에는 5nm 내지 50nm의 크기를 가지는 기공 및 근적외선 파장을 흡수하여 자외선 대역 또는 가시광선 대역의 파장을 방출하는 상향변환 나노입자를 포함할 수 있다. In the titanium oxide-based photocatalytic composite, the titanium oxide is doped with carbon, and the inside of the titanium oxide absorbs pore and near infrared rays having a size of 5 nm to 50 nm and emits ultraviolet or visible light. Particles.

상기 산화티타늄 기반 광촉매 복합체에 있어서, 상기 상향변환 나노입자는 호스트 및 상기 호스트에 도핑된 도핑물질을 포함한다. 상기 호스트로는 LiYF4, NaY, NaYF4, NaGdF4 및 CaF3 중 어느 하나 이상이 선택되고, 상기 도핑물질로는 Sm3+, Nd3 +, Dy3 +, Ho3 + 및 Yb3 +, Er3 +, Ho3 +, Tm3 + 및 Eu3 +, Gd3 + 중에서 어느 하나 이상이 선택될 수 있다. In the titanium oxide-based photocatalytic composite, the up-converted nanoparticles include a host and a doping material doped to the host. Said host is a LiYF 4, NaY, NaYF 4, NaGdF 4 and CaF in any one or more is selected, the doping material of 3 3+ Sm, Nd + 3, Dy + 3, Ho + 3 and Yb + 3, Er 3 + , Ho 3 + , Tm 3 +, and Eu 3 + and Gd 3 + can be selected.

예를 들어, 상기 상향변환 나노입자는 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 입자를 포함할 수 있다. For example, the upconverted nanoparticles may include beta-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , Gd 3 + particles.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a titanium oxide-based photocatalytic composite.

상기 산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법은, 산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체, 자기조립 블록공중합체 미셀 용액 및 근적외선 파장을 흡수하여 자외선 대역 또는 가시광선 대역 파장을 방출하는 상향변환 나노입자가 혼합된 용액을 준비하는 단계; 상기 용액을 소정의 기판에 코팅하여 산화티타늄을 포함하는 자기조립 블록공중합체 템플레이트를 형성하는 단계; 및 상기 자기조립 블록공중합체 템플레이트의 경화처리 및 열처리를 수행하여 산화티타늄을 포함하는 광촉매 복합체를 형성하는 단계를 포함한다. The method for preparing the titanium oxide-based photocatalytic composite includes: preparing a titanium oxide sol-gel precursor, a self-assembled block copolymer micelle solution, and an up-converting nano- Preparing a solution in which particles are mixed; Coating the solution on a predetermined substrate to form a self-assembled block copolymer template comprising titanium oxide; And subjecting the self-assembled block copolymer template to a curing treatment and a heat treatment to form a photocatalytic composite comprising titanium oxide.

산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 경화처리 및 열처리 단계에서는, 자기조립 블록공중합체가 제거되면서 상기 산화티타늄의 내부에 5nm 내지 50nm의 크기를 가지는 기공이 형성되는 단계와, 상기 자기조립 블록공중합체의 탄소화에 의해 생성된 탄소가 상기 산화티타늄에 도핑되는 단계가 포함될 수 있다. A method for manufacturing a titanium oxide-based photocatalytic composite, comprising the steps of: forming a pore having a size of 5 nm to 50 nm inside the titanium oxide while the self-assembled block copolymer is removed in the curing treatment and the heat treatment step; And carbon generated by carbonization of the assembled block copolymer is doped in the titanium oxide.

산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체는, 산화티타늄 전구체가 용해된 용액에 강산을 첨가하여 제조한 것이며, 상기 산화티타늄 전구체는 티타늄 테트라 이소프로포옥사이드(Titanium tetra iso-propoxide), 테트라부톡사이드(titanium tetrabutoxide), 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The titanium oxide sol-gel precursor is prepared by adding a strong acid to a solution in which a titanium oxide precursor is dissolved, wherein the titanium oxide precursor is titanium tetraisobutyrate Titanium tetra iso-propoxide, titanium tetrabutoxide, and titanium alkoxide may be included.

산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 자기조립 블록공중합체 미셀 용액는 폴리에틸렌옥사이드-블록-폴리프로필렌옥사이드-블록-폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide-b-Polypropylene oxide-b-Polyethylene oxide, P123) 또는 폴리(스티렌-블록-에틸렌 옥시드) (Poly(styrene-b-ethylene oxide, PS-b-PEO) 중 적어도 하나의 블록에 선택적으로 용해되는 용매를 사용하여 제조한 것일 수 있다.A method of preparing a titanium oxide-based photocatalyst composite, wherein the self-assembled block copolymer micelle solution is a polyethylene oxide-block-polypropylene oxide-b-Polyethylene oxide (P123) or Or a solvent which is selectively dissolved in at least one block of poly (styrene-b-ethylene oxide) (PS-b-PEO).

산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 상향변환 나노입자는 호스트 및 상기 호스트에 도핑된 도핑물질을 포함하며, 상기 호스트로는 LiYF4, NaY, NaYF4, NaGdF4 및 CaF3 중 어느 하나 이상이 선택되고, 상기 도핑물질로는 Sm3 +, Nd3 +, Dy3 +, Ho3 + 및 Yb3 +, Er3 +, Ho3 +, Tm3 + 및 Eu3 +, Gd3 + 중에서 어느 하나 이상이 선택되는 것일 수 있다. A method for producing a titanium oxide-based photocatalytic composite, wherein the up-converted nanoparticle comprises a host and a doping material doped to the host, wherein the host is selected from the group consisting of LiYF 4 , NaY, NaYF 4 , NaGdF 4, and CaF 3 with one or more is selected, and said doping material is Sm 3 +, Nd 3 +, Dy 3 +, Ho 3 + and Yb 3 +, Er 3 +, Ho 3 +, Tm 3 + and Eu 3 +, Gd 3 + May be selected.

산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 상향변환 나노입자는 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 입자를 포함할 수 있다. A method for producing a titanium oxide-based photocatalytic composite, wherein the upconverted nanoparticle may include? -NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , and Gd 3 + particles.

산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 경화처리는 진공 중에서 상기 자기조립 블록공중합체 템플레이트이 표면에 자외선을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. A method of making a titanium oxide-based photocatalytic composite, the curing treatment comprising irradiating the surface of the self-assembled block copolymer template with ultraviolet light in vacuum.

산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 열처리는 비활성 기체 분위기 중 상기 자기조립 블록공중합체의 탄화온도 이상에서 수행될 수 있다.The titanium oxide-based photocatalytic composite may be prepared by heating the titanium oxide-based photocatalyst composite at a temperature higher than the carbonization temperature of the self-assembled block copolymer in an inert gas atmosphere.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면 기공이 형성되어 상향변환 나노입자를 포함하고 탄소가 도핑된 산화티타늄을 포함하는 광촉매 복합체를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 상향변환 나노입자의 도입 및 탄소의 도핑에 의해 광촉매 활성을 향상시키는 효과가 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, as described above, pores are formed to produce a photocatalytic composite containing up-converted nano-particles and titanium oxide doped with carbon. Further, according to the present invention, there is an effect of improving the photocatalytic activity by introduction of up-converted nanoparticles and doping of carbon. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 복합체의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2(a) 및 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향변환 나노입자의 에너지 준위 변화를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예들에 따른 광촉매 구조체의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 4(a) 내지 4(d)는 본 발명의 실험예에 사용된 상향변환 나노입자의 특성을 분석한 결과들이다.
도 5(a) 내지 5(f)은 본 발명의 실험예 및 비교예들에 따른 광촉매 구조체의 표면을 나타내는 SEM 및 TEM 사진이다.
도 6(a) 및 6(b)은 본 발명의 실험예 및 비교예들에 따른 광촉매 구조체의 X-선 회절 분석 및 라만 분석 결과이다.
도 7은 본 발명의 실험예 및 비교예들에 따른 광촉매 구조체의 UV-Vis 흡수 스펙트럼 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8(a) 내지 8(d)는 본 발명의 실험예 및 비교예들에 따른 광촉매 구조체에 의해 니트로벤젠이 분해됨에 따른 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a photocatalytic composite according to an embodiment of the present invention.
2 (a) and 2 (b) are conceptual diagrams showing changes in energy level of up-converted nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing a method of manufacturing a photocatalyst structure according to an embodiment of the present invention and comparative examples.
4 (a) to 4 (d) are the results of analysis of the characteristics of the up-converted nanoparticles used in the experimental examples of the present invention.
5 (a) to 5 (f) are SEM and TEM photographs showing the surface of the photocatalyst structure according to Experimental Examples and Comparative Examples of the present invention.
6 (a) and 6 (b) are X-ray diffraction and Raman analysis results of the photocatalyst structure according to Experimental Examples and Comparative Examples of the present invention.
7 is a graph showing the results of UV-Vis absorption spectra of the photocatalyst structure according to Experimental Examples and Comparative Examples of the present invention.
8 (a) to 8 (d) are graphs showing changes in concentration as the nitrobenzene is decomposed by the photocatalyst structure according to Experimental Examples and Comparative Examples of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화티타늄(TiO2)을 기반으로 하는 광촉매 복합체의 제조방법을 나타내는 순서도이다. 이하 도 1를 참조하여, 광촉매 복합체의 제조방법에 대하여 설명한다.1 is a flowchart showing a method of manufacturing a photocatalytic composite based on titanium oxide (TiO 2 ) according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for producing a photocatalytic composite will be described with reference to FIG.

우선, 산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체, 자기조립 블록공중합체 미셀 용액 및 근적외선 파장을 흡수하여 자외선 대역 또는 가시광선 대역 파장을 방출하는 상향변환 나노입자가 혼합된 용액을 준비하는 단계가 수행된다(S10).First, a step of preparing a solution containing a titanium oxide sol-gel precursor, a self-assembled block copolymer micelle solution and up-converted nanoparticles absorbing a near-infrared wavelength and emitting ultraviolet band or visible light band wavelength is prepared (S10).

예시적으로, 상기(S10)단계는 도 1에 도시된 바와 같이, 산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체 및 자기조립 블록공중합체를 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 단계(S11) 및 상기 제 1 용액과 상향변환 나노입자를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 단계(S12)로 나누어 실시될 수 있다. 물론 상기 (S10) 단계는 산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체, 자기조립 블록공중합체 및 상향변환 나노입자를 동시에 혼합하여 용액을 제조하는 것도 가능하다. Illustratively, the step (S10) comprises the steps of (S11) preparing a first solution by mixing a titanium oxide sol-gel precursor and a self-assembled block copolymer, as shown in Figure 1, And mixing the first solution with the up-converted nanoparticles to prepare a second solution (S12). Of course, the step (S10) may be performed by simultaneously mixing a titanium oxide sol-gel precursor, a self-assembled block copolymer and an up-converted nanoparticle.

도 1을 참조하면, 상기 제 1 용액을 제조하는 단계(S11)에서, 산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체는 산화티타늄 전구체을 용해하여 제조한 용액에 강산을 첨가하고 희석 및 교반시켜 제조할 수 있다. Referring to FIG. 1, in step S11 of producing the first solution, a titanium oxide sol-gel precursor is prepared by adding a strong acid to a solution prepared by dissolving a titanium oxide precursor, and diluting and stirring .

상기 산화티타늄-전구체는 예를 들어, 하기의 [화학식 1]과 같은 티타늄 테트라 이소프로포옥사이드(Titanium tetra iso-propoxide, [Ti(O-i-Pr)4], TTIP)일 수 있다. 다른 예로는 테트라부톡사이드(titanium tetrabutoxide), 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide) 등이 사용될 수 있다. 이러한 산화티타늄-전구체를 용매인 알코올, 이소프로탄올 등에 용해하여 산화티타늄-전구체 용액을 제조한다. 이렇게 제조된 산화티타늄-전구체 용액에 강산, 예를 들어 진한 염산을 첨가함으로써 산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체를 제조할 수 있다.The titanium oxide precursor may be, for example, titanium tetraisopropoxide (Ti (Oi-Pr) 4 , TTIP) represented by the following formula (1). Other examples include titanium tetrabutoxide, titanium alkoxide, and the like. This titanium oxide precursor is dissolved in a solvent such as alcohol, isopropanol, etc. to prepare a titanium oxide-precursor solution. A titanium oxide sol-gel precursor can be prepared by adding a strong acid such as concentrated hydrochloric acid to the titanium oxide precursor solution thus prepared.

Figure pat00001
Figure pat00001

자기조립 블록공중합체는 다중블록 공중합체로서, 분자 내의 고분자 블록(block)들의 상분리가 가능하나, 공유결합에 의해 연결되어 있어 상분리가 제한적이다. 이에, 자기조립 블록공중합체는 구(sphere), 실린더(cylinder), 라멜라(lamella)등의 주기적으로 배열된 형태의 나노구조를 형성할 수 있다. 자기조립 블록공중합체가 형성하는 나노구조는 열역학적으로 안정한 구조이므로 나노구조의 형성이 자발적으로 진행된다. 각 블록의 상대적인 조성비와 분자량을 조절함으로써, 나노구조의 형태 및 크기가 조절 가능하다.Self-assembled block copolymers are multi-block copolymers, which allow phase separation of the polymer blocks within the molecule, but are covalently bonded and thus have limited phase separation. Thus, self-assembled block copolymers can form periodically ordered nanostructures such as spheres, cylinders, lamella, and the like. The nanostructure formed by the self-assembled block copolymer is a thermodynamically stable structure, so that the nanostructure is spontaneously formed. By controlling the relative composition and molecular weight of each block, the shape and size of the nanostructures can be controlled.

자기조립 블록공중합체는 예시적으로 하기의 [화학식 2]와 같은 폴리에틸렌옥사이드-블록-폴리프로필렌옥사이드-블록-폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide-b-Polypropylene oxide-b-Polyethylene oxide, P123)일 수 있다. The self-assembled block copolymer may be, for example, a polyethylene oxide-block-polypropylene oxide-b-Polyethylene oxide (P123) such as the following formula (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

[화학식 2]에서, x는 18 내지 22의 정수, y는 65 내지 75의 정수, z는 18 내지 22의 정수일 수 있다. In the formula (2), x may be an integer of 18 to 22, y may be an integer of 65 to 75, and z may be an integer of 18 to 22.

다른 예로서, 폴리(스티렌-블록-에틸렌 옥시드) (Poly(styrene-b-ethylene oxide, PS-b-PEO)가 사용될 수 있다. As another example, poly (styrene-b-ethylene oxide, PS-b-PEO) may be used.

이러한 자기조립 블록공중합체는 자기조립 블록공중합체의 적어도 어느 하나의 블록에 선택적으로 용해되는 용매를 사용하여 미셀 용액 또는 역미셀 용액을 제조할 수 있다. 예를 들어 P123의 경우, 에탄올 등과 같이 P123를 용해시킬 수 있는 임의의 용매를 이용하여 미셀용액을 제조할 수 있다. Such self-assembled block copolymers may be prepared using a solvent that is selectively soluble in at least one of the blocks of the self-assembled block copolymer. For example, in the case of P123, a micelle solution can be prepared using any solvent capable of dissolving P123, such as ethanol.

PS-B-PEO의 경우에는 톨루엔, 클로로포름, 디메틸포름아마이드(DMF, dimethylformamide) 또는 벤젠 등을 사용하여 미셀 용액 용액을 제조할 수 있다. In the case of PS-B-PEO, micellar solution solutions can be prepared using toluene, chloroform, dimethylformamide (DMF), benzene, or the like.

바람직하게 P1213의 경우에는 PPO(Polypropylene oxide)에 선택적인 용매를 사용하고, PS-B-PEO의 경우에는, PEO(Polyethylene oxide)에 선택적인 용매를 사용하여 미셀 또는 역미셀 용액을 생성할 수 있다. Preferably, a solvent selected from PPO (polypropylene oxide) is used for P1213, and a solvent selected for PEO (polyethylene oxide) is used for PS-B-PEO. .

이와 같이 제조된 산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체 및 상기 자기조립 블록공중합체 미셀 용액을 혼합하여 제 1 용액을 제조한다.The thus prepared titanium oxide sol-gel precursor and the self-assembled block copolymer micelle solution are mixed to prepare a first solution.

다음으로, 제 1 용액에 근적외선 파장을 흡수하고 가시광선 파장을 방출하는 상향변환 나노입자을 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 단계(S21)를 수행한다.Next, a second solution (S21) is prepared by mixing the first solution with the up-converted nanoparticles absorbing the near-infrared wavelength and emitting a visible light wavelength.

상향변환 나노입자(Upconversion Nanoparticle, UCN)란, 비교적 낮은 에너지의 빛을 흡수하여 높은 에너지의 빛으로 방출하는 특징을 가지는 나노입자이다. 상향변환 나노입자는 호스트와 상기 호스트에 도핑된 도핑물질로 구성된다. 상기 호스트로는 LiYF4, NaY, NaYF4, NaGdF4 및 CaF3 중 어느 하나 이상이 선택될 수 있다. 상기 도핑물질로는 Sm3 +, Nd3 +, Dy3 +, Ho3 + 및 Yb3 +, Er3 +, Ho3 +, Tm3 + 및 Eu3 +, Gd3 + 중에서 어느 하나 이상이 선택될 수 있다. 예를 들어, 상향변환 나노입자로서 β-NaYF4: Yb3+,Tm3+,Gd3+ 입자가 사용될 수 있다. Upconversion Nanoparticle (UCN) is a nanoparticle that absorbs light of relatively low energy and emits it as light of high energy. The upconverted nanoparticles consist of a host and a doping material doped to the host. As the host, any one or more of LiYF 4 , NaY, NaYF 4 , NaGdF 4, and CaF 3 may be selected. As the doping material is Sm 3 +, Nd 3 +, Dy 3 +, Ho 3 + and Yb 3 +, Er 3 +, Ho 3 +, Tm 3 + and Eu 3 +, Gd 3 +, select at least one of a . For example, β-NaYF 4 : Yb 3+ , Tm 3+ , Gd 3+ particles may be used as the up-converted nanoparticles.

다음으로, 제 2 용액을 소정의 기판에 코팅하여 산화티타늄을 포함하는 자기조립 블록공중합체 템플레이트를 형성하는 단계(S30)를 수행한다. 상기 코팅은 습식방법을 이용한 코팅방법이 이용되며, 스핀 코팅이 대표적으로 수행될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 딥 코팅, 그라비아 코팅 등도 적용될 수 있다. 상기 기판으로는 유리, 실리콘, 금속소재, 고분자 소재 등 사용 목적 및 용도에 따라 다양하게 선택될 수 있다. Next, the second solution is coated on a predetermined substrate to form a self-assembled block copolymer template containing titanium oxide (S30). A coating method using a wet method is used for the coating, and spin coating can be typically performed. However, the present invention is not limited thereto, and dip coating, gravure coating and the like may be applied. As the substrate, glass, silicon, a metal material, a polymer material, and the like can be selected variously according to the purpose and use of the substrate.

다음으로, 상기 자기조립 블록공중합체 템플레이트의 경화처리 및 열처리를 수행하여 산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 형성한다(S40). 상기 산화티타늄 기반 광촉매 복합체는 산화티타늄을 플랫폼(platform) 또는 매트릭스(matrix)로 하고 상기 산화티타늄 내에 이종 물질이 복합화된 구조체를 의미한다.. Next, the self-assembled block copolymer template is cured and heat-treated to form a titanium oxide-based photocatalytic composite (S40). The titanium oxide-based photocatalytic composite refers to a structure in which titanium oxide is used as a platform or a matrix and a heterogeneous material is compounded in the titanium oxide.

상기 경화처리는 진공분위기에서 자외선(UV)를 상기 자기조립 블록공중합체 템플레이트에 조사함으로써 자기조립 블록공중합체가 서로 가교되어 경화되도록 하는 단계를 포함한다. The curing treatment includes irradiating ultraviolet (UV) to the self-assembled block copolymer template in a vacuum atmosphere to cause the self-assembled block copolymers to cross-cure to one another.

이러한 경화처리가 완료되면, 상기 경화처리된 자기조립 블록공중합체 템플레이트에 열에너지를 투입하여 열처리를 수행한다. 예를 들어, 상기 열처리는 열처리로 내에 장입된 후 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. Upon completion of the curing process, heat energy is applied to the cured self-assembled block copolymer template to perform heat treatment. For example, the heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) after being charged into the heat treatment furnace.

이때 상기 열처리는 상기 자기조립 블록공중합체의 탄화온도 이상으로 가열함으로써 상기 경화된 블록공중합체의 탄소화(carbonization)를 유도하게 된다. At this time, the heat treatment induces carbonization of the cured block copolymer by heating to a temperature higher than the carbonization temperature of the self-assembled block copolymer.

상기 블록공중합체를 탄소화 하는 과정에서 생성된 탄소는 구조체를 구성하는 산화티타늄 결정 구조 내에 혼입되어 도핑되게 된다. 산화티타늄에 탄소가 도핑될 경우, 산화티타늄의 가전자대 (valence band) 및 전도대 (conduction band) 사이에 새로운 에너지 준위를 형성함으로써 산화티타늄의 밴드갭을 감소시키는 효과를 가져오게 된다. 따라서 산화티타늄의 광활용 범위를 기존에 비해 더 큰 파장 영역대까지 확장하는 효과가 있다. The carbon generated in the step of carbonizing the block copolymer is doped into the titanium oxide crystal structure constituting the structure. When carbon dioxide is doped into titanium oxide, a new energy level is formed between the valence band and the conduction band of titanium oxide, thereby reducing the band gap of titanium oxide. Therefore, it has the effect of expanding the light utilization range of titanium oxide to a larger wavelength region band than the conventional one.

한편, 이러한 블록공중합체의 탄소화와 함께 상기 블록공중합체의 소수성 블록이 제거되는 단계가 수행된다. 이렇게 상기 블록공중합체의 일부가 제거된 부분에서는 5nm 내지 50nm의 크기를 가지는 기공(pore)이 생성된다.On the other hand, a step of removing the hydrophobic block of the block copolymer together with the carbonization of the block copolymer is carried out. Thus, pore having a size of 5 nm to 50 nm is generated at a portion where a part of the block copolymer is removed.

따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 블록공중합체는 기공 형성을 위한 주형으로서의 역할 뿐만 아니라 산화티타늄 내에 탄소를 도핑하기 위한 탄소공급원 또는 탄소전구체의 기능을 동시에 수행하게 된다. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the block copolymer not only functions as a template for pore formation but also functions as a carbon source or a carbon precursor for doping carbon in titanium oxide.

더 나아가 본 발명의 실시예를 따르는 산화티타늄 광촉매 복합체는 상향변환 나노입자를 포함하고 있다. 상향변환 나노입자는 산화티타늄 기공성 구조체 내의 기공 내에 존재할 수 있다. 이렇게 기공 내에 존재하는 상향변화 나노입자는 근적외선 영역의 빛을 흡수하여 자외선 또는 가시광선 대역의 빛을 방출하게 된다. 이러한 자외선 또는 가시광선 대역의 빛이 산화티타늄으로 흡수됨에 따라 산화티타늄의 광촉매로서의 기능이 활성화되게 된다. 이하 도 2(a) 및 2(b)를 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다. Further, the titanium oxide photocatalytic composite according to an embodiment of the present invention includes up-converted nanoparticles. The upconverted nanoparticles may be present in the pores in the titanium oxide porous structure. The upwardly varying nanoparticles present in the pores absorb light in the near infrared region and emit ultraviolet or visible light. As the light in the ultraviolet or visible light band is absorbed by titanium oxide, the function of titanium oxide as a photocatalyst is activated. This will be described in more detail with reference to Figs. 2 (a) and 2 (b).

도 2(a)에는 상향변화 나노입자(UCN)로 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 입자 사용하는 경우, 본 발명의 실시예를 따르는 산화티타늄 광촉매 복합체의 에너지 준위 변화를 나타내는 개념도가 나타나 있으며, 도 2(b)에는 상향 Yb3 +, Tm3 +와 및 탄소가 도핑된 산화티타늄(mC-TiO2) 사이의 에너지 전달을 개념적으로 도시한 도면이 나타나 있다. 2 (a) shows the energy level change of the titanium oxide photocatalytic composite according to the embodiment of the present invention when β-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , and Gd 3 + particles are used as the upwardly changing nanoparticles FIG. 2B is a conceptual diagram illustrating the energy transfer between the upward Yb 3 + , Tm 3 + and carbon-doped titanium oxide (mC-TiO 2 ).

도 2(a) 및 2(b)를 참조하면, β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 +를 포함하는 상향변환 나노입자는 근적외선(Near-Infrared, NIR) 파장을 흡수할 수 있다. 흡수한 근적외선 파장은 Yb3 +, Tm3 + 및 Gd3 + 원소의 오비탈에 존재하는 전자에 에너지를 전달 할 수 있다. 오비탈 에너지 준위와 크기가 같은 에너지를 가진 근적외선 파장, 예를 들어, 파장이 980nm인 근적외선 레이저가 입사되어 오비탈에 존재하는 전자에 에너지를 전달하면, 오비탈의 전자가 여기(excited)될 수 있다. 여기된 전자는 다중의 파장으로 에너지를 방출할 수 있는데, 예를 들어 자외선 또는 가시광선 영역대의 파장을 방출하여 산화티타늄에 전달할 수 있다. 산화티타늄은 자외선 또는 가시광선 영역대의 파장을 흡수하여 가전자대(Valanced band VB)의 전자를 전도대(Conduction band, CB)로 여기시키고, 광촉매 활성을 보일 수 있다. 여기된 전자는 산화티타늄 표면에 있는 산소와 반응해서 산소 음이온(O2-)을 생성하며, 또한 전자가 여기될 때 생성된 정공은 공기 속에 존재하고 있는 수분과 반응하여 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical, 중성 OH)을 생성하게 된다.2 (a) and 2 (b), the up-converted nanoparticles containing β-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , and Gd 3 + absorb the near-infrared (NIR) . The absorbed near infrared wavelengths can transfer energy to electrons present in the orbitals of Yb 3 + , Tm 3 + and Gd 3 + elements. Near infrared rays having the same energy as the orbital energy level, for example, a near infrared laser having a wavelength of 980 nm, are transmitted to the electrons existing in the orbitals, electrons of the orbitals can be excited. The excited electrons can emit energy at multiple wavelengths, for example emitting wavelengths in the ultraviolet or visible region and transmitting them to the titanium oxide. Titanium oxide absorbs the wavelength of the ultraviolet or visible light region, excites the electrons of the valance band VB to the conduction band (CB), and can exhibit photocatalytic activity. The excited electrons react with oxygen on the surface of titanium oxide to form oxygen anion (O 2- ), and holes generated when electrons are excited react with the water present in the air to form hydroxyl radicals Neutral OH).

종래의 산화티타늄 광촉매의 경우 전자의 가전자대에서 전도대로의 천이를 발생시키기 위하여 산화티타늄의 밴드갭 이상의 에너지를 가지는 파장(λ<400 nm)이 조사되어야 했으며, 이 보다 파장이 큰 근적외선 이상의 영역의 빛에 대해서는 광활성이 일어나지 않아 사용 가능한 빛의 파장 영역이 자외선 또는 가시광선 영역 일부에 한정되는 문제가 있었다. In the conventional titanium oxide photocatalyst, a wavelength (? <400 nm) having energy greater than the bandgap of titanium oxide had to be irradiated in order to generate a transition in the valance band of electrons, and in the region above the near- There is a problem that the light wavelength of the usable light is limited to a part of the ultraviolet ray or visible ray region because no light activity occurs with respect to light.

그러나 본 발명의 실시예를 따르는 광촉매 복합체는 상향변화 나노입자가 포함되어 있으며, 상기 상향변환 나노입자는 근적외선을 자외선 또는 가시광선으로 변환시키는 매개체 역할을 수행함에 따라 광활성을 사용할 수 있는 파장 대역이 근적외선까지 확장되게 된다. 특히 본 발명의 실시예와 같이 탄소가 도핑되어 있는 산화티타늄은 전자가 여기해야 할 밴드갭의 크기가 감소함에 따라 상향변환 나노입자로부터 방출되는 빛에 의한 광활성의 범위가 더욱 확장되게 된다. 이러한 이유로 인하여 본 발명의 실시예를 따르는 광촉매 복합체는 종래에 비해 보다 높는 광촉매효과를 기대할 수 있다. However, in the photocatalytic composite according to the embodiment of the present invention, And the up-converted nanoparticles serve as a medium for converting the near-infrared rays into ultraviolet rays or visible rays, so that the wavelength band in which the optical activity can be used is extended to the near-infrared rays. Particularly, the titanium oxide doped with carbon as in the embodiment of the present invention has a wider range of optical activity due to the light emitted from the up-converted nanoparticles as the size of the band gap to be excited by electrons decreases. For this reason, the photocatalytic composite according to the embodiment of the present invention can be expected to have a higher photocatalytic effect than the conventional photocatalytic composite.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실험예를 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, experimental examples are provided to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are for the purpose of promoting understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

산화티타늄-전구체인 티타늄 테트라 이소프로포옥사이드(Titanium tetra iso-propoxide, [Ti(O-i-Pr)4], TTIP)를 이소프로탄올에 용해하여 산화티타늄-전구체 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 진한 염산을 첨가함으로써 산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체를 제조하였다. A titanium oxide precursor solution was prepared by dissolving titanium tetra iso-propoxide (Ti (Oi-Pr) 4 , TTIP), which is a titanium oxide precursor, in isopropanol. A titanium oxide sol-gel precursor was prepared by adding concentrated hydrochloric acid thus prepared.

자기조립 블록공중합체로는 폴리에틸렌옥사이드-블록-폴리프로필렌옥사이드-블록-폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide-b-Polypropylene oxide-b-Polyethylene oxide, P123)을 사용하였으며, 상기 P123를 기 제조된 산화티타늄 졸-겔 전구체와 혼합하여 제 1 용액을 제조하였다. Polyethylene oxide-b-Polypropylene oxide-b-Polyethylene oxide (P123) was used as a self-assembled block copolymer, and P123 was prepared as a titanium oxide sol- The first solution was prepared by mixing with the precursor.

다음, 상기 제조된 제 1 용액에 상향변환 나노입자로서 β-NaYF4: Yb3+,Tm3+,Gd3+ 입자를 첨가하여 제 2 용액을 제조하였다. Next, β-NaYF 4 : Yb 3+ , Tm 3+ , and Gd 3+ particles were added as the up-converted nanoparticles to the first solution to prepare a second solution.

실험예에서 사용된 β-NaYF4: Yb3+,Tm3+,Gd3+ 입자는 열수 처리에 의해 제조되었다. NaOH 용액 (3 ml), 에탄올 (10 ml) 및 올레산 (10 ml)을 테플론 반응기에 투입 하였다. 희토류 염화물, Gd3+, Y3+, Yb3+, Tm3+ (0.2M, 30 : 51.8 : 18 : 0.2)를 NH4F (2M, 2ml)에 용해시키고 30 분 동안 격렬하게 교반하면서 상기 용액과 혼합 하였다. 챔버를 밀봉하고 200℃에서 4 시간 동안 열처리 한 후 스테인레스강으로 제작된 오토클레이브(autoclave)로 옮겼다. 실온으로 냉각시킨 후, 원심 분리에 의해 제조된 입자를 수집하고 에탄올 및 물로 순차적으로 세척 하였다.The β-NaYF4: Yb3 +, Tm3 +, and Gd3 + particles used in the experimental examples were prepared by hydrothermal treatment. NaOH solution (3 ml), ethanol (10 ml) and oleic acid (10 ml) were put into a Teflon reactor. The rare earth chloride, Gd3 +, Y3 +, Yb3 +, Tm3 + (0.2M, 30: 51.8: 18: 0.2) was dissolved in NH4F (2M, 2 ml) and mixed with the solution with vigorous stirring for 30 minutes. The chamber was sealed and heat treated at 200 &lt; 0 &gt; C for 4 hours and then transferred to an autoclave made of stainless steel. After cooling to room temperature, the particles produced by centrifugation were collected and washed sequentially with ethanol and water.

다음, 제 2 용액을 30분 동안 교반시킨 후, FTO(F-doped Tin Oxide) 기판에 적하시키고 2000rpm으로 60초 동안 스핀코팅하였다. Next, the second solution was stirred for 30 minutes, and then dropped on an FTO (F-doped Tin Oxide) substrate and spin-coated at 2000 rpm for 60 seconds.

다음, 상기 제 2 용액이 코팅된 기판을 진공 용기에 투입하고 254㎚ 파장의 자외선을 25 W/㎠ 에너지 강도로 1 시간 동안 조사하여 자기조립 블록공중합체가 서로 가교되어 경화되도록 하였다. 상기 공정을 완료한 후 박막을 전기로에 투입하고 아르곤(Ar) 분위기에서 600℃로 1 시간 동안 가열하여 상기 경화된 블록공중합체의 탄소화(carbonization)를 유도하였다. 이러한 단계를 수행함으로써 내부에 기공을 가지며, 상향변환 나노입자를 함유하는 탄소 도핑 산화티타늄 광촉매 복합체(이하 'mC-TiO2/UCN'로 표시)을 제조할 수 있었다. Subsequently, the substrate coated with the second solution was placed in a vacuum container, and ultraviolet rays of 254 nm wavelength were irradiated at an energy intensity of 25 W / cm 2 for 1 hour to cure the self-assembled block copolymers to each other. After the above process was completed, the thin film was charged into an electric furnace and heated at 600 ° C for 1 hour in an argon (Ar) atmosphere to induce carbonization of the cured block copolymer. By performing these steps, a carbon-doped titanium oxide photocatalytic composite (hereinafter referred to as 'mC-TiO 2 / UCN') having pores therein and containing up-converted nanoparticles could be produced.

본 실험예와 특성을 비교하기 위한 비교예 1로서, 상기 제 1 용액을 FTO 기판에 코팅한 후 대기 중에서 최소 450℃ 이상의 온도에서 4시간 이상 하소(calcination)처리하여 내부에 기공을 가지는 산화티타늄 광촉매 구조체(이하'mC-TiO2'로 표시)를 제조하였다. 또한, 비교예 2로서, 제 1 용액에 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 나노입자를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 위 실험예와 동일한 조건으로 제조하여 내부에 기공을 가지는 탄소 도핑 산화티타늄 광촉매 구조체(이하 'mC-TiO2'로 표시)를 제조하였다. As Comparative Example 1 for comparing characteristics with this Experimental Example, the first solution was coated on an FTO substrate, calcined at a temperature of at least 450 캜 for 4 hours or more in the atmosphere, and titanium oxide photocatalyst having pores therein (shown below 'mC-TiO 2') structure was prepared. As Comparative Example 2, except that β-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , and Gd 3 + nanoparticles were not added to the first solution, (Hereinafter referred to as &quot; mC-TiO 2 &quot;) were prepared.

도 3에는 비교예 1(m-TiO2), 비교예 2(mC-TiO2) 및 실험예(mC-TiO2/UCN)에 따른 제조방법을 간략하게 도시한 도면이 나타나 있다. 3 shows a simplified view of a manufacturing method according to Comparative Example 1 (m-TiO 2 ), Comparative Example 2 (mC-TiO 2 ) and Experimental Example (mC-TiO 2 / UCN).

도 4(a)에는 본 발명의 실험예에서 사용된 상향변환 나노입자의 X-선 회절 분석결과가 나타나 있다. 도 4(a)를 참조하면, β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 +의 고유 피크인 (100), (110), (101), (200), (111), (201), (210), (002), (300), (221), (112) 및 (220) 회절면의 피크가 나타났으며, 이로부터 상기 입자는 β-NaYF4: Yb3+,Tm3+,Gd3+임을 확인할 수 있다. FIG. 4 (a) shows the results of X-ray diffraction analysis of the upconverted nanoparticles used in the experimental example of the present invention. Referring to Figure 4 (a), β-NaYF 4: Yb 3 +, Tm 3 +, (100), (110) inherent peak of Gd 3 +, (101), (200), (111), ( 201, 210, (002), (300), (221), (112), and (220) diffraction peaks were observed, from which the particles were identified as β-NaYF 4 : Yb 3+ , Tm 3+ and Gd 3+ , respectively.

도 4(b)는 상기 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 나노입자의 구조를 SEM으로 관찰한 결과이다. 이를 통해 상기 나노입자는 290nm 내지 310nm의 길이를 가지고, 지름이 약 35 내지 45nm의 범위를 가지는 로드(rod) 형태의 균일한 형상을 가지고 있음을 확인할 수 있다. FIG. 4 (b) shows the SEM observation of the structure of the β-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , and Gd 3 + nanoparticles. As a result, it can be seen that the nanoparticles have a rod-shaped uniform shape having a length of 290 nm to 310 nm and a diameter of about 35 to 45 nm.

도 4(c)에는 980nm 레이저 빔을 이용한 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 입자의 광발광 분석(photoluminescence spectroscopy) 결과가 나타나 있다. 도 4(c)를 참조하면, β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 상향변환 나노입자가 Yb3 +, Tm3 + 의 에너지 다이어그램에서 1D2 3F4(450 nm), 1G4 3H6(474 nm), 1G4 3F4(645 nm), 3F3 3H6(695 nm) 및 3H4 3H6(802 nm) 과 일치하는 것을 확인할 수 있다. FIG. 4 (c) shows photoluminescence spectroscopy results of β-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , and Gd 3 + particles using a 980 nm laser beam. Referring to FIG. 4 (c), β 2 -NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , and Gd 3 + up-converted nanoparticles are doped with 1 D 2 3 F 4 (450 nm in the energy diagram of Yb 3 + and Tm 3 + ), 1 G 4 3 H 6 (474 nm), 1 G 4 3 F 4 (645 nm), 3 F 3 3 H 6 (695 nm) and 3 H 4 3 H 6 (802 nm) .

도 4(d)는 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 나노입자에 근적외선 파장을 조사할 때 가시광선 대역의 빛이 발광하는 것을 확인한 결과이다.FIG. 4 (d) shows the results of confirming that the light of the visible ray band is emitted when the near-infrared wavelengths of β-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , and Gd 3 + nanoparticles are examined.

도 5(a) 및 5(d)는 각각 비교예 1(m-TiO2)의 SEM 및 TEM 분석결과이고, 도 5(b) 및 5(e)는 비교예 2(mC-TiO2)의 SEM 및 TEM 분석결과이며, 도 5(c) 및 5(f)는 실험예(mC-TiO2/UCN)의 SEM 및 TEM 분석결과이다.Figure 5 (a) and 5 (d) are each in Comparative Example 1 (m-TiO 2) SEM and a TEM analysis, Fig. 5 (b) and 5 (e) Comparative Example 2 (mC-TiO 2) SEM and TEM, and FIGS. 5 (c) and 5 (f) are SEM and TEM analysis results of the experimental example (mC-TiO 2 / UCN).

도 5(d), (e) 및 (f)에 따르면, 비교예 1, 비교예 2 및 실험예 모두 자기조립 블록공중합체를 주형으로 하여 산화티타늄 구조체를 제조하기 때문에, 내부에 10nm 이하의 기공들이 형성된 것을 확인할 수 있다. 다만, 도 5의 (b) 및 (c)의 우측 상단에 도시된 시편의 표면 관찰 결과를 참조하면, 비교예 2 및 실험예의 경우에는 자기블록 공중합체에 의해 탄소가 도핑되어 있기 때문에, 시편의 표면 색상이 검은색 표면을 띠는 것을 알 수 있다.According to Figs. 5 (d), 5 (e) and 5 (f), since the titanium oxide structure was produced using the self-assembled block copolymer as the template in all of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Experimental Example, Are formed. However, referring to the results of surface observation of the specimen shown in the upper right corner of FIGS. 5 (b) and 5 (c), in the case of Comparative Example 2 and Experimental Example, since carbon was doped by the magnetic block copolymer, It can be seen that the surface color has a black surface.

도 5(a), 5(b), 5(d) 및 6(e)와 대비하여 도 5(c) 및 5(f)를 참조하면, 실험예의 내부에는 로드(rod) 형태의 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 입자가 다수 존재하는 것을 확인할 수 있다. 5 (c) and 5 (f) in comparison with FIGS. 5 (a), 5 (b), 5 (d) 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , and Gd 3 + particles.

도 6(a)는 비교예 1, 비교예 2 및 실험예의 XRD 분석 결과가 나타나 있다. 도 6(a)를 참조하면, 산화티타늄(TiO2)의 고유 X-선 회절 피크(peak) 해당되는 (101), (103), (004), (112), (200), (105), (211), (213), (204) 및 (220) 회절면이 모든 시편에서 발견되었으며, 따라서 모든 시편이 산화티타늄을 기반으로 하는 구조체를 형성하였음을 확인할 수 있다. 한편, β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 입자의 X-선 회절 피크가 실험예에만 발견되고 있음을 확인할 수 있다. 6 (a) shows the XRD analysis results of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Experimental Example. Referring to FIG. 6 (a), the intrinsic X-ray diffraction peaks of titanium oxide (TiO 2 ) correspond to (101), (103), (004), (112) , (211), (213), (204) and (220) diffraction planes were found in all the specimens, and thus all the specimens formed a structure based on titanium oxide. On the other hand, it can be confirmed that the X-ray diffraction peaks of β-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + and Gd 3 + particles are found only in the experimental examples.

도 6(b)는 비교예 1 및 실험예의 라만 스펙트럼(Raman spectrum) 분석 그래프이다. 도 6(b)는 참조하면, 실험예에서만 탄소의 고유 라만 스펙트럼(Raman Spectrum) 피크인 1300cm-1 D 밴드와 1600cm-1 G밴드의 피크가 나타나는 것을 알 수 있다. 이로부터 실험예는 산화티타늄에 탄소가 도핑되어 있음을 확인할 수 있다. 6 (b) is a Raman spectrum analysis graph of Comparative Example 1 and Experimental Example. Referring to FIG. 6 (b), it can be seen that the peak of 1300 cm -1 D band and 1600 cm -1 G band, which are the intrinsic Raman spectrum peaks of carbon, appear only in the experimental examples. From this, it can be confirmed from the experimental example that titanium oxide is doped with carbon.

도 7은 비교예 1, 비교예 2 및 실험예의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼 분석결과를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the results of ultraviolet-visible light absorption spectroscopic analysis of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Experimental Example.

산화티타늄 광촉매의 경우, 일반적으로 자외선 파장을 흡수하여 가전자대의 전자를 전도대로 여기시켜 광촉매 활성을 가진다. 도 7을 참조하면, 비교예 1의 경우, 파장이 380nm 부근 이하에서 높은 흡수도를 보이는 것을 알 수 있다. 이는 비교예 1이 종래의 산화티타늄 광촉매화 동일한 활성을 보이는 것을 의미한다.In the case of a titanium oxide photocatalyst, the photocatalyst is activated by absorbing the ultraviolet wavelength and exciting the electrons of the valence band to the conduction band. Referring to FIG. 7, it can be seen that, in the case of Comparative Example 1, the absorbance is high at a wavelength of about 380 nm or less. This means that Comparative Example 1 exhibits the same activity as conventional titanium oxide photocatalyst.

한편, 비교예 2의 경우, 파장이 650nm 부근 이하에서 높은 흡수도를 보이는 것을 알 수 있다. 산화티타늄 상에 탄소가 도핑되면, 가전자대와 전도대 사이에 새로운 에너지 준위를 형성함으로써 산화티타늄 의 밴드갭 에너지를 감소시키는 효과가 있다. 즉, 가전자대의 전자를 전도대로 여기 시키는데 필요한 에너지가 감소함을 의미하고, 이는 에너지가 낮은 긴 파장의 빛, 즉, 가시광선 파장의 빛을 흡수하여도 광촉매 활성을 보일 수 있다는 것을 의미한다. 도 8을 참조하면, 비교예 2는 가시광선 파장을 흡수하는 것을 알 수 있다. On the other hand, in the case of Comparative Example 2, it can be seen that the absorbance is high at a wavelength of around 650 nm. When carbon is doped on the titanium oxide, a new energy level is formed between the valence band and the conduction band, thereby reducing the band gap energy of the titanium oxide. That is, the energy required to excite the electrons of the valence band to the conduction band is reduced, which means that the energy can be photocatalytically activated even if the energy is absorbed by long wavelength light, that is, visible light. Referring to FIG. 8, it can be seen that Comparative Example 2 absorbs visible light wavelengths.

이에 비해 실험예의 경우, 파장이 780nm 부근 이하에서 높은 흡수도를 보이는 것을 알 수 있다. 이로부터 실험예에 포함된 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3+ 입자가 근적외선 영역의 파장을 흡수하는 것을 확인할 수 있다. In contrast, in the case of the experimental example, it can be seen that the wavelength exhibits a high degree of absorption at around 780 nm or less. From this, it can be confirmed that the β-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , and Gd 3+ particles contained in the experimental examples absorb the wavelength in the near infrared region.

도 8은 비교예 1, 비교예 2 및 실험예 시편을 광촉매로 사용하였을 경우, 니트로벤젠이 분해되는 농도 변화를 나타내는 그래프로서, 다양한 환경에 따라 니트로벤젠(Nitrobenzene, NB)이 분해되는 양을 측정하여 광촉매 활성도를 계산하였다. 8 is a graph showing changes in concentration at which nitrobenzene is decomposed when Comparative Examples 1, 2, and Experimental Examples were used as photocatalysts, and the amount of decomposition of nitrobenzene (NB) was measured according to various environments And photocatalytic activity was calculated.

도 8의 (a), (b), (c) 및 (d)는 각각 빛을 차단한 상태, 자외선 파장을 조사할 때, 근적외선 파장을 조사할 때 및 자외선-적외선-근적외선 파장을 조사할 때, 비교예 1, 비교예 2 및 실험예 시편이 분해하는 니트로벤젠의 농도를 나타내는 그래프이다. 8 (a), 8 (b), 8 (c), and 8 (d) are graphs showing the relationship between the wavelengths of ultraviolet light, ultraviolet light, ultraviolet light, , Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Experimental Example The graph shows the concentrations of nitrobenzene decomposed by the specimen.

먼저, 도 8(a)를 참조하면, 빛을 차단한 상태에서는 산화티타늄이 광촉매 활성을 보이지 않아 니트로벤젠이 분해되는 양이 매우 작다. 3시간 동안 빛을 차단한 상태에서 초기 니트로벤젠의 농도(C0)에 비하여 3시간 후의 농도(C) 차이는 거의 나타나지 않는다. 이는 빛의 차단에 의해 광촉매는 활성을 보이지 않고, 니트로벤젠의 자발적 분해는 속도가 매우 느린 것을 알 수 있다.First, referring to FIG. 8 (a), titanium oxide does not exhibit photocatalytic activity in the state of blocking light, so that the amount of decomposition of nitrobenzene is very small. The difference in the concentration (C) after 3 hours compared with the initial concentration of nitrobenzene (C 0 ) in the state where the light is blocked for 3 hours hardly appears. It can be seen that the photocatalyst is not activated due to blocking of light, and the spontaneous decomposition of nitrobenzene is very slow.

반면, 도 8(b)를 참조하면, 자외선 파장을 조사할 때 산화티타늄이 광촉매 활성을 보여 니트로벤젠이 분해되는 양이 증가하였다. 특히, 탄소가 도핑되어 광촉매 활성이 향상된 비교예 2 및 실험예는 탄소가 도핑되지 않은 비교예 1보다 많은 양의 니트로벤젠을 분해시키는 것을 알 수 있다. 이는 탄소에 의해 밴드갭 에너지가 감소된 산화티타늄이 향상된 광촉매 활성을 가지는 것을 의미한다.On the other hand, referring to FIG. 8 (b), the amount of decomposition of nitrobenzene was increased due to the photocatalytic activity of titanium oxide when the ultraviolet wavelength was examined. In particular, Comparative Example 2 and Experimental Example in which carbon is doped to improve the photocatalytic activity show decomposition of nitrobenzene in a larger amount than Comparative Example 1 in which carbon is not doped. This means that titanium oxide in which the band gap energy is reduced by carbon has improved photocatalytic activity.

도 8(c)를 참조하면, 근적외선 파장을 조사할 때, 상향변환 나노입자를 포함하는 실험예 시편이 다른 시편에 비해 많은 양의 니트로벤젠을 분해하는 것을 알 수 있다. 이는, 탄소가 도핑된 산화티타늄이 흡수할 수 없는 파장인 근적외선 파장을 상향변환 나노입자가 흡수하여 가시광선을 방출하기 때문에 광촉매 활성이 향상된 것을 의미한다. 반면, 상향변환 나노입자를 포함하지 않은 비교예 1 및 비교예 2의 경우 니트로벤젠이 분해된 농도가 상대적으로 적은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8 (c), when the near-infrared wavelength is examined, it can be seen that the experimental specimen containing the up-converted nanoparticles decomposes a greater amount of nitrobenzene than the other specimen. This means that the photocatalytic activity is improved because the up-converted nanoparticles absorb the near-infrared light having a wavelength that can not be absorbed by the carbon-doped titanium oxide to emit visible light. On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 which did not contain the up-converted nanoparticles, the decomposition concentration of nitrobenzene was relatively small.

도 8(d)의 자외선-적외선-근적외선 파장을 차례로 조사한 경우, 비교예 1, 비교예 2 및 실험예의 순서로 광촉매 활성이 향상되는 것을 알 수 있다. [표 1]은 도 8에 또는 니트로벤젠이 분해된 농도를 측정한 결과를 요약한 것이다. [표 1]에서, 백분율(%)는 초기의 니트로벤젠 농도(C0)와 3시간 후 광촉매 복합체에 의해 분해된 니트로벤젠의 농도(C)의 비율을 의미한다. When the ultraviolet-infrared-near-infrared wavelengths shown in FIG. 8 (d) were sequentially measured, the photocatalytic activity was improved in the order of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Experimental Example. [Table 1] summarizes the measurement result of the concentration of nitrobenzene decomposed in FIG. In Table 1, the percentage (%) means the ratio of the initial nitrobenzene concentration (C 0 ) to the concentration of nitrobenzene (C) decomposed by the photocatalytic complex after 3 hours.

구분division 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 실험예Experimental Example 빛을 차단Block light 16%16% 18%18% 18%18% 자외선 파장Ultraviolet wavelength 46%46% 60%60% 57%57% 근적외선 파장
(λ= 980 nm)
Near-infrared wavelength
(? = 980 nm)
32%32% 32%32% 55%55%
자외선-적외선-근적외선Ultraviolet-infrared-near-infrared 50%50% 63%63% 83%83%

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken in conjunction with the present invention. Variations and changes are possible. Such variations and modifications are to be considered as falling within the scope of the invention and the appended claims.

Claims (10)

산화티타늄을 포함하는 광촉매이며,
상기 산화티타늄은 탄소가 도핑되어 있고,
그 내부에는 5nm 내지 50nm의 크기를 가지는 기공 및 근적외선 파장을 흡수하여 자외선 대역 또는 가시광선 대역의 파장을 방출하는 상향변환 나노입자를 포함하는,
산화티타늄 기반 광촉매 복합체.
A photocatalyst comprising titanium oxide,
The titanium oxide is doped with carbon,
Converted nanoparticles which emit pore and near-infrared wavelengths having a size of 5 nm to 50 nm and emit wavelengths in an ultraviolet band or a visible light band,
Titanium oxide - based photocatalytic composite.
제 1 항에 있어서,
상기 상향변환 나노입자는 호스트 및 상기 호스트에 도핑된 도핑물질을 포함하며,
상기 호스트로는 LiYF4, NaY, NaYF4, NaGdF4 및 CaF3 중 어느 하나 이상이 선택되고
상기 도핑물질로는 Sm3 +, Nd3 +, Dy3 +, Ho3 + 및 Yb3 +, Er3 +, Ho3 +, Tm3 + 및 Eu3 +, Gd3+ 중에서 어느 하나 이상이 선택되는,
산화티타늄 기반 광촉매 복합체.
The method according to claim 1,
Wherein the upconverted nanoparticle comprises a host and a doping material doped to the host,
At least one of LiYF 4 , NaY, NaYF 4 , NaGdF 4 and CaF 3 is selected as the host
As the doping material is 3 + Sm, Nd + 3, Dy + 3, Ho + 3 + 3, and Yb, Er + 3, Ho + 3, Tm + 3, and Eu + 3, is selected more than any one of the Gd 3+ felled,
Titanium oxide - based photocatalytic composite.
제 2 항에 있어서,
상기 상향변환 나노입자는 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 입자를 포함하는,
산화티타늄 기반 광촉매 복합체.
3. The method of claim 2,
Wherein the upconverted nanoparticles comprise beta-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , Gd 3 + particles,
Titanium oxide - based photocatalytic composite.
산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체, 자기조립 블록공중합체 미셀 용액 및 근적외선 파장을 흡수하여 자외선 대역 또는 가시광선 대역 파장을 방출하는 상향변환 나노입자가 혼합된 용액을 준비하는 단계;
상기 용액을 소정의 기판에 코팅하여 산화티타늄을 포함하는 자기조립 블록공중합체 템플레이트를 형성하는 단계; 및
상기 자기조립 블록공중합체 템플레이트의 경화처리 및 열처리를 수행하여 산화티타늄을 포함하는 광촉매 복합체를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 경화처리 및 열처리 단계에서는, 자기조립 블록공중합체가 제거되면서 상기 산화티타늄의 내부에 5nm 내지 50nm의 크기를 가지는 기공이 형성되는 단계와,
상기 자기조립 블록공중합체의 탄소화에 의해 생성된 탄소가 상기 산화티타늄에 도핑되는 단계가 포함되는,
산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법.
Preparing a solution containing a titanium oxide sol-gel precursor, a self-assembled block copolymer micelle solution and up-converted nanoparticles absorbing a near infrared ray wavelength and emitting ultraviolet band or visible ray band wavelength;
Coating the solution on a predetermined substrate to form a self-assembled block copolymer template comprising titanium oxide; And
And curing and heat-treating the self-assembled block copolymer template to form a photocatalytic composite comprising titanium oxide,
In the curing treatment and the heat treatment step, pores having a size of 5 nm to 50 nm are formed in the titanium oxide while the self-assembled block copolymer is removed,
Wherein the carbon produced by carbonization of the self-assembled block copolymer is doped to the titanium oxide.
A method for manufacturing a titanium oxide based photocatalytic composite.
제 4 항에 있어서,
상기 산화티타늄 졸-겔(sol-gel) 전구체는,
산화티타늄 전구체가 용해된 용액에 강산을 첨가하여 제조한 것이며,
상기 산화티타늄 전구체는 티타늄 테트라 이소프로포옥사이드(Titanium tetra iso-propoxide), 테트라부톡사이드(titanium tetrabutoxide), 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide) 중 어느 하나 이상을 포함하는,
산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법.
5. The method of claim 4,
The titanium oxide sol-gel precursor may be, for example,
A solution prepared by adding a strong acid to a solution in which a titanium oxide precursor is dissolved,
Wherein the titanium oxide precursor comprises at least one of titanium tetra iso-propoxide, titanium tetrabutoxide, and titanium alkoxide.
A method for manufacturing a titanium oxide based photocatalytic composite.
제 4 항에 있어서,
상기 자기조립 블록공중합체 미셀 용액는 폴리에틸렌옥사이드-블록-폴리프로필렌옥사이드-블록-폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide-b-Polypropylene oxide-b-Polyethylene oxide, P123) 또는 폴리(스티렌-블록-에틸렌 옥시드) (Poly(styrene-b-ethylene oxide, PS-b-PEO) 중 적어도 하나의 블록에 선택적으로 용해되는 용매를 사용하여 제조한 것인,
산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법.
5. The method of claim 4,
The self-assembled block copolymer micelle solution may be a solution of polyethylene oxide-block-polypropylene oxide-b-Polyethylene oxide (P123) or poly (styrene-block-ethylene oxide) (PS-b-PEO), wherein the solvent is selected from the group consisting of styrene-b-ethylene oxide (PS-b-PEO)
A method for manufacturing a titanium oxide based photocatalytic composite.
제 4 항에 있어서,
상기 상향변환 나노입자는 호스트 및 상기 호스트에 도핑된 도핑물질을 포함하며,
상기 호스트로는 LiYF4, NaY, NaYF4, NaGdF4 및 CaF3 중 어느 하나 이상이 선택되고
상기 도핑물질로는 Sm3 +, Nd3 +, Dy3 +, Ho3 + 및 Yb3 +, Er3 +, Ho3 +, Tm3 + 및 Eu3 +, Gd3+ 중에서 어느 하나 이상이 선택되는,
산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the upconverted nanoparticle comprises a host and a doping material doped to the host,
At least one of LiYF 4 , NaY, NaYF 4 , NaGdF 4 and CaF 3 is selected as the host
As the doping material is 3 + Sm, Nd + 3, Dy + 3, Ho + 3 + 3, and Yb, Er + 3, Ho + 3, Tm + 3, and Eu + 3, is selected more than any one of the Gd 3+ felled,
A method for manufacturing a titanium oxide based photocatalytic composite.
제 7 항에 있어서,
상기 상향변환 나노입자는 β-NaYF4: Yb3 +,Tm3 +,Gd3 + 입자를 포함하는,
산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the upconverted nanoparticles comprise beta-NaYF 4 : Yb 3 + , Tm 3 + , Gd 3 + particles,
A method for manufacturing a titanium oxide based photocatalytic composite.
제 4 항에 있어서,
상기 경화처리는 진공 중에서 상기 자기조립 블록공중합체 템플레이트이 표면에 자외선을 조사하는 단계를 포함하는,
산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the curing treatment comprises irradiating the surface of the self-assembled block copolymer template with ultraviolet light in a vacuum.
A method for manufacturing a titanium oxide based photocatalytic composite.
제 4 항에 있어서,
상기 열처리는 비활성 기체 분위기 중 상기 자기조립 블록공중합체의 탄화온도 이상에서 수행되는,
산화티타늄 기반 광촉매 복합체를 제조하는 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature above the carbonization temperature of the self-assembled block copolymer in an inert gas atmosphere,
A method for manufacturing a titanium oxide based photocatalytic composite.
KR1020170143770A 2017-10-31 2017-10-31 Photo catalyst composite and method for manufacturing thereof KR102017671B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170143770A KR102017671B1 (en) 2017-10-31 2017-10-31 Photo catalyst composite and method for manufacturing thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170143770A KR102017671B1 (en) 2017-10-31 2017-10-31 Photo catalyst composite and method for manufacturing thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190048647A true KR20190048647A (en) 2019-05-09
KR102017671B1 KR102017671B1 (en) 2019-09-03

Family

ID=66545651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170143770A KR102017671B1 (en) 2017-10-31 2017-10-31 Photo catalyst composite and method for manufacturing thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102017671B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110449146A (en) * 2019-05-31 2019-11-15 兰州大学 A kind of full spectral absorption Ca-Ti ore type catalysis material and preparation method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110127955A (en) * 2010-05-20 2011-11-28 이화여자대학교 산학협력단 Hybrid nanostructure thin film type photocatalyst
CN102895965A (en) * 2012-10-31 2013-01-30 辽宁大学 Er<3+>: Y3Al5O12/TiO2 composite membrane and application thereof in catalytic degradation of organic dye
JP2015112566A (en) * 2013-12-13 2015-06-22 国立大学法人東北大学 Photocatalytic material and method for producing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110127955A (en) * 2010-05-20 2011-11-28 이화여자대학교 산학협력단 Hybrid nanostructure thin film type photocatalyst
CN102895965A (en) * 2012-10-31 2013-01-30 辽宁大学 Er<3+>: Y3Al5O12/TiO2 composite membrane and application thereof in catalytic degradation of organic dye
JP2015112566A (en) * 2013-12-13 2015-06-22 国立大学法人東北大学 Photocatalytic material and method for producing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110449146A (en) * 2019-05-31 2019-11-15 兰州大学 A kind of full spectral absorption Ca-Ti ore type catalysis material and preparation method

Also Published As

Publication number Publication date
KR102017671B1 (en) 2019-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Miao et al. Mesoporous TiO2 modified with carbon quantum dots as a high-performance visible light photocatalyst
Abdel-Messih et al. Photocatalytic decolorization of Rhodamine B dye using novel mesoporous SnO2–TiO2 nano mixed oxides prepared by sol–gel method
Mittal et al. Non-metal modified TiO 2: A step towards visible light photocatalysis
Saif et al. Titanium dioxide nanomaterial doped with trivalent lanthanide ions of Tb, Eu and Sm: preparation, characterization and potential applications
Cai et al. Graphitic carbon nitride decorated with S, N co-doped graphene quantum dots for enhanced visible-light-driven photocatalysis
Chan et al. Recent developments of metal oxide semiconductors as photocatalysts in advanced oxidation processes (AOPs) for treatment of dye waste‐water
Bhattacharyya et al. Effect of vanadia doping and its oxidation state on the photocatalytic activity of TiO2 for gas-phase oxidation of ethene
Jianhua et al. Preparation and characterization of the TiO2-V2O5 photocatalyst with visible-light activity
Li et al. Engineering of Gd/Er/Lu-triple-doped Bi2MoO6 to synergistically boost the photocatalytic performance in three different aspects: Oxidizability, light absorption and charge separation
US20110311392A1 (en) Co-doped titanium oxide foam and water disinfection device
KR101954792B1 (en) Method of manufacturing metal-loaded TiO2/graphene composites through one-pot hydrothermal synthesis and the TiO2/graphene composites manufactured by the same
Singh et al. Investigation of Gd-doped mesoporous TiO2 spheres for environmental remediation and energy applications
Khodam et al. Fabrication of a novel ZnO/MMO/CNT nanohybrid derived from multi-cationic layered double hydroxide for photocatalytic degradation of azo dye under visible light
Safari et al. Visible light photocatalytic activity enhancing of MTiO3 perovskites by M cation (M= Co, Cu, and Ni) substitution and Gadolinium doping
Bogatu et al. Ultrasound assisted sol-gel TiO2 powders and thin films for photocatalytic removal of toxic pollutants
KR100913784B1 (en) Visible light photocatalyst with heterojunction of titania and iron titanates, and preparation method thereof
Ðorđević et al. Rare earth‐doped anatase TiO2 nanoparticles
Huang et al. Enhanced sunlight-driven photocatalytic performance of Bi-doped CdMoO4 benefited from efficient separation of photogenerated charge pairs
KR20160011725A (en) THE MANUFACTURING METHOD OF TiO2/GRAPHENE COMPOSITE FOR PHOTOCATALYST
Amritha et al. La-Ce doped TiO2 nanocrystals: a review on synthesis, characterization and photocatalytic activity
KR101749673B1 (en) Manufacturing method of mesoporous anatase titanium dioxide spheres photocatalyst
KR100966300B1 (en) Visible Rays Active Titanium Dioxide Codoped Carbon, Nitrogen, Boron, Fluorine and Manufacturing Method Thereof
Nguyen-Le et al. EDTA-Na2-assisted synthesis of rod-like titanate-TiO2 composite architectures with enhanced visible-light-driven properties
JP2015112566A (en) Photocatalytic material and method for producing the same
Manikandan et al. Improving sunlight-photocatalytic activity of undoped and phosphorus doped MnO2 with activated carbon from bio-waste with nanorods morphology

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
GRNT Written decision to grant