KR20200041223A - Efficient heteroatom doping method of photoanode based metal oxide and photoanode prepared by the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method of preparing a photoanode for water splitting, comprising the following steps of: (a) preparing a mixed solution by mixing an iron source and a main dopant source which forms a tetravalent ion and is a metal with a larger ion size than Fe^3+; (b) growing FeOOH doped with main dopant on a transparent electrode substrate by immersing the transparent electrode substrate in the mixed solution and performing a heat treatment thereon; (c) preparing FeOOH doped with the main dopant and having silica (SiO_2) nanoparticles attached to the surface thereof by immersing the FeOOH doped with the main dopant in a solution where the silica nanoparticles are dispersed; and (d) preparing hematite (Fe_2O_3) co-doped with the main dopant and silicon (Si) which is object dopant by performing a heat treatment on the FeOOH doped with the main dopant and having the silica nanoparticles attached thereto, and additionally doping silicon (Si) which is the object dopant. Therefore, it is possible to specifically improve photocurrent density without using expensive process and equipment, resulting in improving performance of a water splitting apparatus.

Description

금속산화물 기반 광양극의 효율적인 이종도핑방법 및 그에 따라 제조된 물분해용 광양극{EFFICIENT HETEROATOM DOPING METHOD OF PHOTOANODE BASED METAL OXIDE AND PHOTOANODE PREPARED BY THE SAME}Efficient dissimilar doping method for metal oxide-based photocathodes and photocathodes for water decomposition manufactured accordingly TECHNICAL FIELD

본 발명은 금속산화물 기반 광양극의 효율적인 이종도핑방법 및 그에 따라 제조된 물분해용 광양극 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화철 광촉매가 주체 도펀트와 객체 도펀트가 차례로 도핑되어 구조의 무너뜨림 없이 간단한 공정으로 수행할 수 있는 금속산화물 기반 광양극의 효율적인 이종도핑방법을 이용한 물분해용 광양극의 제조방법 및 그에 따라 제조된 물분해용 광양극에 관한 것이다.The present invention relates to an efficient dissimilar doping method of a metal oxide-based photocathode and a photocathode for water decomposition prepared accordingly, and more specifically, the iron oxide photocatalyst is doped in a simple process without collapsing the main dopant and the object dopant in sequence. The present invention relates to a method for manufacturing a photocathode for water decomposition using an efficient different doping method of a metal oxide-based photocathode and a photocathode for water decomposition prepared accordingly.

광전기화학 반응(photoelectrochemical reaction)은 광 에너지에 유도되어 일어나는 전기화학반응을 말한다. 대표적으로 식물의 광합성 또한 광전기화학 반응의 일종으로 엽록체는 광에너지를 흡수하여 물을 산화시킨다. 이러한 광반응에 필요한 활성화 에너지를 변화시켜 반응속도를 조절하는 물질을 광촉매라고 한다. 한편, 수소는 연소 시 오염물질을 방출하지 않는 차세대 청정에너지원이지만 화석연료를 통한 생성법이 주를 이루고 있으나, 최근에는 친환경적인 방법으로서 광에너지에 의한 물분해 반응이 새로운 수소 생성 방법으로 제안되었다. A photoelectrochemical reaction is an electrochemical reaction that is induced by light energy. Representative photosynthesis of plants is also a type of photoelectrochemical reaction. Chloroplasts absorb light energy and oxidize water. A substance that controls the reaction rate by changing the activation energy required for such a photoreaction is called a photocatalyst. On the other hand, hydrogen is a next-generation clean energy source that does not emit contaminants during combustion, but it is mainly produced by fossil fuels, but recently, as an eco-friendly method, water decomposition reaction by light energy has been proposed as a new method for generating hydrogen.

물분해는 광전기화학(photoelectrochemical; 이하 'PEC') 셀에서 태양에너지에 의해 수소가스를 생성하는 반응 메카니즘이다. PEC 셀은 포토에노드(photoanode)와 상대전극의 두 부분으로 이루어져 있으며, 상기 포토에노드(photoanode)는 산소발생반응(oxygen evolution reaction; 이하 'OER', 2H2O+4h+→ O2+4H+)이 일어나며, 또한 상기 상대전극은 수소발생반응(hydrogen evolution reaction; 이하 'HER', 4H++4e-→ 2H2)이 발생한다. HER에 광여기된 전자의 직접적인 영향에 기인하여, 지난 수십년 동안 PEC 시스템에서 HER 특성에 대해 집중적인 연구를 수행하였다.Water decomposition is a reaction mechanism that generates hydrogen gas by solar energy in photoelectrochemical (hereinafter referred to as 'PEC') cells. The PEC cell is composed of two parts, a photoanode and a counter electrode, and the photoanode is an oxygen evolution reaction (hereinafter referred to as 'OER', 2H 2 O + 4h + → O 2 + 4H +). ) this takes place, and the counter electrode is the hydrogen generation reaction (hydrogen evolution reaction; less than 'HER', 4H + + 4e - occurs → 2H 2). Due to the direct effect of photoexcited electrons on HER, intensive research has been conducted on HER properties in PEC systems for the past several decades.

그러나, 최근 포토에노드(photoanode)의 OER 특성에 대해 더 집중적으로 연구를 수행하고 있다. 이는, PEC 시스템의 전반적인 성능을 향상시키기 위해 OER의 4-전자 이동 공정을 포함하는 것이 중요하며, 또한 광흡수제(light absorbers)와 직접적인 상화작용을 가지기 때문이다. 적절한 가시광선 밴드 갭(2.0-2.1 eV), 우수한 안정성, 및 15.3%의 이론적인 태양광-수소 발생 효율(solar-tohydrogen; 이하 'STH')을 갖는 헤마테이트(α-Fe2O3)는 PEC 시스템에 유망한 후보군으로서 고려되고 있다.However, recent studies have been conducted more intensively on the OER properties of photoanodes. This is because it is important to include a 4-electron transfer process of OER to improve the overall performance of the PEC system, and also has a direct interaction with light absorbers. Hematate (α-Fe 2 O 3 ) with a suitable visible light band gap (2.0-2.1 eV), good stability, and a theoretical solar-tohydrogen ('STH') of 15.3% It is considered a promising candidate for the PEC system.

광촉매로서 헤마타이트는 15.3%의 이론적 STH 효율을 가지는 적절한 밴드갭(band gap), 수계에서 우수한 안정성과 풍부한 자원이라는 점에서 광전기화학 물 분해에 적합한 물질로 많은 관심을 받고 있다. 헤마타이트 물분해 성능을 높이기 위한 형태 조절과 결정성 제어와 같은 획기적인 접근을 통한 나노물질 제작이 집중적으로 연구되고 있다. 그러나, 실질적으로 헤마타이트는 짧은 정공 확산길이, 낮은 전기전도성 그리고 물 환원 전위보다 낮은 위치에 존재하는 전도대 에너지준위 등과 같은 문제들로 이론효율보다 매우 낮은 값을 가진다. 비록 전도대 에너지준위의 문제는 다른 광촉매와의 헤테로 접합이나 OER촉매를 첨가함으로써 해결 가능하지만, 짧은 정공 확산길이와 낮은 전도성 문제는 여전히 해결되기 힘든 문제들이다. 헤마타이트의 효율을 향상을 위해 전하의 농도 또는 이동성을 증가시키는 나노구조제작 또는 이종원소(Sn,Ti,Si,Mo,Pt) 도핑을 사용하는데 그 방법으로는 스퍼터링, 화학 증착, 연질 주형, 펄스 레이저 증착, 열수작용 등이 있다. 그러나 이러한 도핑방법들 중 일부는 복잡한 장비와 값비싼 공정법이 필요하기 때문에 헤마타이트의 최대 장점인 대규모 제작과 비용 효율적인 측면에서 어울리지 않고, 이 때문에 광전기화학 물 분해 시스템 체제가 상업화되기 힘들다. As a photocatalyst, hematite has attracted much attention as a material suitable for photoelectrochemical water decomposition in that it is an appropriate band gap having a theoretical STH efficiency of 15.3%, excellent stability in water system, and abundant resources. Nanomaterial production is being intensively studied through innovative approaches such as morphology control and crystallinity control in order to improve hematite water decomposition performance. However, practically, hematite has a very low value than theoretical efficiency due to problems such as short hole diffusion length, low electrical conductivity, and conduction band energy level at a position lower than the water reduction potential. Although the problem of conduction band energy level can be solved by adding a heterojunction with other photocatalysts or OER catalyst, short hole diffusion length and low conductivity problems are still difficult to solve. In order to improve the efficiency of hematite, nano-structure fabrication or hetero-element (Sn, Ti, Si, Mo, Pt) doping is used to increase the concentration or mobility of charges. Sputtering, chemical vapor deposition, soft casting, pulse Laser deposition, hydrothermal action, and the like. However, some of these doping methods require complex equipment and expensive process methods, making them unsuitable for large-scale production and cost-effectiveness, the greatest advantage of hematite, which makes it difficult to commercialize the photoelectrochemical water decomposition system.

최근에, 염화 제2철을 이용한 값싼 열수작용법은 최고 이론효율과 좋은 재현성을 가진 나노구조화된 Ti 도핑된 헤마타이트를 제작하는데 광범위하게 이용되고 있다. 이 방법을 이용하기 위해서는 헤마타이트와 기판사이의 물리적 거리와 헤마타이트 표면의 트랩장소를 줄이는 700℃ 이상의 고온 열처리가 반드시 필요하다. 높은 온도에서의 열처리에서 산화철 표면에 다른 물질로 표면처리 했을 경우 열적 확산을 통해 Ti 도핑된 헤마타이트 격자내로 도핑됨으로써 2번째 도핑이 이루어 진다는 것을 주의해야 한다. 비록 이러한 공동 도핑 공정이 고성능의 광촉매를 만드는 데 흔하다고 해도, Ti가 선행 도핑 되는 것이 M(메탈):Ti 공동 도핑된 헤마타이트의 전체적인 PEC 성능에 어떤 영향을 끼치는 지는 아직 연구되지 않았다.  Recently, a cheap hydrothermal method using ferric chloride has been widely used to fabricate nanostructured Ti doped hematite with the highest theoretical efficiency and good reproducibility. In order to use this method, a high temperature heat treatment of 700 ° C or higher is necessary to reduce the physical distance between the hematite and the substrate and the trapping place on the surface of the hematite. It should be noted that the second doping is performed by doping into the Ti-doped hematite lattice through thermal diffusion when the surface is treated with another material on the iron oxide surface at a high temperature heat treatment. Although this co-doping process is common in making high-performance photocatalysts, it has not been studied how Ti doping prior to doping affects the overall PEC performance of M (metal): Ti co-doped hematite.

이와 같이, 물질은 낮은 전기 전도도와 정공의 짧은 확산 길이를 가지는 고유의 문제로 인해 낮은 효율을 보여왔다. 이를 극복하기 위해 실리콘을 도핑 하는 방법이 나왔지만 실리콘 도핑을 위해서는 높은 formation energy 값 맞춰줘야 함으로 atmospheric pressure chemical vapor deposition(APCVD) 또는 ultrasonic spray pyrolysis(USP)와 같은 고가의 제조과정이 필수적이다. 그러나 이러한 고비용의 제조과정은 산화철의 가격적인 장점을 극대화시키기 어려운 문제점이 있다.As such, the material has shown low efficiency due to its inherent problem of low electrical conductivity and short diffusion length of holes. To overcome this, a method of doping silicon has been proposed, but an expensive manufacturing process such as atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) or ultrasonic spray pyrolysis (USP) is essential for silicon doping. However, such a high-cost manufacturing process has a problem in that it is difficult to maximize the price advantage of iron oxide.

한국등록특허 제10-1600462호Korean Registered Patent No. 10-1600462

Royal Society of Chemistry 2018 “On the role of metal atom doping in hematite for improved photoelectrochemical properties: a comparison study”Royal Society of Chemistry 2018 “On the role of metal atom doping in hematite for improved photoelectrochemical properties: a comparison study”

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 물질의 상 전환과정과 주-객체 도펀트의 순차적인 도핑을 하며, 실리카(SiO2) 나노입자를 이용하여 간단한 열처리 방식을 통해 산화철에 실리콘을 도핑하는 방법을 도입함으로써, 주체 도펀트를 먼저 도핑한 후 객체 도펀트를 도핑하는 주-객체 공동 도핑을 통해 헤마타이트(hematite)의 구조 무너짐 현상을 최소화하여 헤마타이트의 표면구조가 안정화 될 수 있다. 또한, 광양극의 주-객체 도핑 비율을 조절하여 물 분해반응에서 광변환 효율을 최대화하고, 물질 상 전환과 주-객체 도핑시스템으로 인해서, 종래 고비용의 공정 및 장비를 사용하지 않고도 광전류 밀도를 현저히 향상시킬 수 있는 물분해용 광양극을 제공하는 데 있다.The object of the present invention is to solve the above problems, the phase conversion of the material and the sequential doping of the main-object dopant, doping silicon into iron oxide through a simple heat treatment method using silica (SiO 2 ) nanoparticles. By introducing the method, the surface structure of the hematite can be stabilized by minimizing the structure collapse phenomenon of hematite by doping the main dopant first and then doping the main-object joint doping the object dopant. In addition, by controlling the main-object doping ratio of the photocathode, the photoconversion efficiency is maximized in the water decomposition reaction, and due to the material phase conversion and the main-object doping system, the photocurrent density is significantly reduced without using conventional expensive processes and equipment. It is to provide a photocathode for water decomposition that can be improved.

본 발명의 일 측면에 따르면,According to one aspect of the invention,

(a) 철 공급원, 및 4가 이온을 형성하고 Fe3 + 보다 이온 크기가 큰 금속인 주체 도펀트 공급원을 혼합하여 혼합용액을 준비하는 단계;(a) an iron source, and a step of forming a tetravalent ion preparing a mixed solution by mixing the principal dopant ion source is greater than the Fe 3 + a large metal;

(b) 상기 혼합용액에 투명전극 기판을 침지시킨 후 열처리하여 상기 투명전극 기판상에 주체 도펀트 도핑된 FeOOH를 성장시키는 단계;(b) immersing a transparent electrode substrate in the mixed solution, followed by heat treatment to grow FeOOH doped with a main dopant on the transparent electrode substrate;

(c) 상기 주체 도펀트 도핑된 FeOOH를 실리카(SiO2) 나노입자가 분산된 용액에 침지시켜 표면에 실리카 나노입자가 부착된 주체 도펀트 도핑된 FeOOH를 제조하는 단계; 및(c) immersing the main dopant-doped FeOOH in a solution in which silica (SiO 2 ) nanoparticles are dispersed to prepare a main dopant-doped FeOOH with silica nanoparticles attached to the surface; And

(d) 상기 이산화규소 나노입자가 부착된 주체 도펀트 도핑된 FeOOH를 열처리하여 객체 도펀트인 실리콘(Si)을 추가 도핑시킴으로써, 주체 도펀트와 객체 도펀트인 실리콘(Si)이 공동 도핑된 헤마타이트(Fe2O3)를 제조하는 단계;를 포함하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법이 제공된다.(d) Main dopant doped FeOOH to which silicon dioxide nanoparticles are attached is heat-treated to further dop the object dopant silicon (Si), so that the main dopant and object dopant silicon (Si) are co-doped hematite (Fe 2 O 3 ) is provided; a method of manufacturing a photoanode for water decomposition comprising a.

바람직하게는, 단계 (a)의 상기 주체 도펀트는 티타늄(Ti), 주석(Sn) 및 망간(Mn) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.Preferably, the main dopant of step (a) may be any one selected from titanium (Ti), tin (Sn), and manganese (Mn).

더욱 바람직하게는, 단계 (a)의 상기 주체 도펀트는 티타늄(Ti)일 수 있다.More preferably, the main dopant of step (a) may be titanium (Ti).

단계 (a)의 상기 티타늄(Ti) 공급원은 염화티타늄(TiCl3), 이산화티타늄(TiO2), 수소화티타늄(TiH2), 사염화티타늄(TiCl4), 질화티타늄(TiN), 및 티타늄이소프로폭사이드(C12H28O4Ti) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The titanium (Ti) source of step (a) is titanium chloride (TiCl 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), titanium hydride (TiH 2 ), titanium tetrachloride (TiCl 4 ), titanium nitride (TiN), and titanium isopro Foxside (C 12 H 28 O 4 Ti) It may be any one selected from.

단계 (a)의 상기 철 공급원은 염화철(FeCl3), 불화철(FeF2), 황화철 (FeSO4), 철아세테이트(Fe(CO2CH3)2), 질화철(Fe(NO3)3), 및 그의 수화물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The iron source of step (a) is iron chloride (FeCl 3 ), iron fluoride (FeF 2 ), iron sulfide (FeSO 4 ), iron acetate (Fe (CO 2 CH 3 ) 2 ), iron nitride (Fe (NO 3 ) 3 ), And hydrates thereof.

단계 (a)의 상기 혼합용액은 상기 철 공급원 100 몰부에 대하여, 상기 주체 도펀트 공급원은 0.001 내지 0.05 몰부를 포함할 수 있다.The mixed solution of step (a) may contain 0.001 to 0.05 mole parts of the main dopant source with respect to 100 mole parts of the iron source.

단계 (b)의 상기 투명전극 기판은 FTO, ZnO, ITO, AZO, GZO, IZO, 및 IGZO 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The transparent electrode substrate of step (b) may be any one selected from FTO, ZnO, ITO, AZO, GZO, IZO, and IGZO.

단계 (b)의 열처리는 80 내지 120℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.The heat treatment in step (b) may be performed at a temperature of 80 to 120 ° C. for 1 to 5 hours.

단계 (c)의 상기 실리카 나노입자의 평균 입경은 5 내지 10nm일 수 있다.The average particle diameter of the silica nanoparticles in step (c) may be 5 to 10 nm.

단계 (c)의 상기 침지는 10 내지 60분 동안 수행될 수 있다.The immersion in step (c) may be performed for 10 to 60 minutes.

단계 (c) 이후, 상기 실리카 나노입자가 부착된 티타늄 도핑된 헤마타이트는 물로 세척한 후 건조시키는 단계를 추가로 수행할 수 있다.After step (c), the titanium-doped hematite to which the silica nanoparticles are attached may be further washed and then dried.

상기 건조는 질소가스를 이용하여 수행될 수 있다.The drying may be performed using nitrogen gas.

단계 (d)의 상기 열처리는 600 내지 1000℃에서 5분 내지 30분 동안 수행될 수 있다.The heat treatment of step (d) may be performed at 600 to 1000 ° C. for 5 to 30 minutes.

단계 (d) 이후, (e) 주체 도펀트와 객체 도펀트인 실리콘(Si)이 공동 도핑된 헤마타이트(Fe2O3) 상에 조촉매를 흡착시키는 단계;를 추가로 수행할 수 있다.After step (d), (e) the main dopant and the object dopant silicon (Si) is co-doped with hematite (Fe 2 O 3 ) adsorbing a cocatalyst; may be further performed.

상기 조촉매는 티타늄 도핑된 FeOOH 또는 티타늄 도핑되지 않은 FeOOH 일 수 있다.The co-catalyst may be titanium-doped FeOOH or titanium-doped FeOOH.

상기 조촉매는 티타늄 도핑된 FeOOH 일 수 있다.The cocatalyst may be titanium doped FeOOH.

단계 (e)는 상기 주체 도펀트와 객체 도펀트인 실리콘(Si)이 공동 도핑된 헤마타이트를 철 공급원을 포함하는 용액, 또는 티타늄 공급원과 철 공급원을 함께 포함하는 용액에 침지시켜 열처리할 수 있다.Step (e) may be heat-treated by immersing the main dopant and the object dopant silicon (Si) co-doped hematite in a solution containing an iron source or a solution containing a titanium source and an iron source together.

단계 (e)의 상기 철 공급원은 염화철(FeCl3), 불화철(FeF2), 황화철 (FeSO4), 철아세테이트(Fe(CO2CH3)2), 질화철(Fe(NO3)3), 및 그의 수화물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The iron source of step (e) is iron chloride (FeCl 3 ), iron fluoride (FeF 2 ), iron sulfide (FeSO 4 ), iron acetate (Fe (CO 2 CH 3 ) 2 ), iron nitride (Fe (NO 3 ) 3 ), And hydrates thereof.

단계 (e)의 상기 티타늄 공급원은 염화티타늄(TiCl3), 이산화티타늄(TiO2), 수소화티타늄(TiH2), 사염화티타늄(TiCl4), 질화티타늄(TiN), 및 티타늄이소프로폭사이드(C12H28O4Ti) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The titanium source of step (e) is titanium chloride (TiCl 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), titanium hydride (TiH 2 ), titanium tetrachloride (TiCl 4 ), titanium nitride (TiN), and titanium isopropoxide ( C 12 H 28 O 4 Ti).

단계 (e)의 상기 열처리는 50 내지 100℃에서 10분 내지 60분 동안 수행될 수 있다.The heat treatment of step (e) may be performed at 50 to 100 ° C for 10 to 60 minutes.

본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the invention,

상기 제조방법에 따라 제조된 물분해용 광양극이 제공된다.A photocathode for water decomposition manufactured according to the above manufacturing method is provided.

상기 물분해용 광양극은 주체 도펀트와 객체 도펀트인 실리콘(Si)이 공동 도핑된 헤마타이트(Fe2O3)의 총중량에서 상기 주체 도펀트 함량이 1.5 내지 3.0wt% 일 수 있다.In the photocathode for water decomposition, the main dopant content may be 1.5 to 3.0 wt% in the total weight of hematite (Fe 2 O 3 ) co-doped with silicon (Si), which is a main dopant and an object dopant.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the invention,

상기 제조방법에 따라 제조된 물분해용 광양극을 포함하는 물분해 장치가 제공된다.There is provided a water decomposition apparatus including a photocathode for water decomposition manufactured according to the above manufacturing method.

본 발명의 물분해용 광양극(photoanode)은 물질의 상 전환과정과 주-객체 도펀트의 순차적인 도핑을 하며, 실리카(SiO2) 나노입자를 이용하여 간단한 열처리 방식을 통해 산화철에 실리콘을 도핑하는 방법을 도입함으로써, 주체 도펀트를 먼저 도핑한 후 객체 도펀트를 도핑하는 주-객체 공동 도핑을 통해 헤마타이트(hematite)의 구조 무너짐 현상을 최소화하여 헤마타이트의 표면구조가 안정화 될 수 있다. 또한, 광양극의 주-객체 도핑 비율을 조절하여 물 분해반응에서 광변환 효율을 최대화하고, 물질 상 전환과 주-객체 도핑시스템으로 인해서, 종래 고비용의 공정 및 장비를 사용하지 않고도 광전류 밀도를 현저히 향상시킬 수 있고, 결과적으로는 물분해 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.The photoanode for water decomposition of the present invention performs a phase conversion process of a material and sequential doping of a main-object dopant, and a method of doping silicon on iron oxide through a simple heat treatment method using silica (SiO 2 ) nanoparticles By introducing a main dopant first, and then doping the object dopant, through the main-object co-doping, the structure collapse of hematite can be minimized to stabilize the surface structure of hematite. In addition, by controlling the main-object doping ratio of the photocathode, the photoconversion efficiency is maximized in the water decomposition reaction, and due to the material phase conversion and the main-object doping system, the photocurrent density is significantly reduced without using conventional expensive processes and equipment. Can be improved, and consequently, the performance of the water decomposition device can be improved.

도 1은 본 발명의 물분해용 광양극의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 시험예 2의 Ti 선행 도핑의 유무에 따른 여러 헤마타이트 효율을 비교한 J-V 곡선이다.
도 3은 시험예 2에 따른 광양극의 형질을 비교한 SEM 이미지이다.
도 4는 시험예 2에 따른 XRD 분석 결과이다.
도 5는 시험예 2에 따른 라만 스펙트럼 분석 결과이다.
도 6은 시험예 3에 따른 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 분석 결과이다.
도 7은 시험예 4에 따른 Mott-Schottky 측정 결과이다.
도 8은 시험예 5에 따른 Ti 도펀트 함량에 따른 Ti-Fe2O3 광양극의 광전류 밀도 측정결과이다.
도 9는 시험예 5에 따른 Ti 도펀트 함량에 따른 Si:Ti-Fe2O3 광양극의 광전류 밀도 측정결과이다.
도 10은 시험예 5에 따른 Ti-FeOOH/ Si:Ti-Si:Ti-Fe2O3의 광전류 밀도 측정결과이다.
도 11은 시험예 5에 따른 Si:Ti-Fe2O3 광양극 사용시 시간에 따른 J-T 곡선이다.
1 is a flowchart sequentially showing a method for manufacturing a photocathode for water decomposition of the present invention.
FIG. 2 is a JV curve comparing various hematite efficiencies with and without Ti pre-doping in Test Example 2.
3 is a SEM image comparing the characteristics of the photocathode according to Test Example 2.
4 is an XRD analysis result according to Test Example 2.
5 is a result of Raman spectrum analysis according to Test Example 2.
6 is an electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis result according to Test Example 3.
7 is a Mott-Schottky measurement result according to Test Example 4.
8 is a photocurrent density measurement result of the Ti-Fe 2 O 3 photocathode according to the Ti dopant content according to Test Example 5.
9 is a photocurrent density measurement result of the Si: Ti-Fe 2 O 3 photocathode according to the Ti dopant content according to Test Example 5.
10 is a photo-current density measurement result of Ti-FeOOH / Si: Ti-Si: Ti-Fe 2 O 3 according to Test Example 5.
11 is a JT curve over time when using a Si: Ti-Fe 2 O 3 photocathode according to Test Example 5.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention can be applied to various conversions and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the description of the present invention, when it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described herein, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

도 1은 본 발명의 분분해용 광양극의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 물분해용 광양극의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.1 is a flow chart sequentially showing a method of manufacturing a photocatalyst for decomposition of the present invention. Hereinafter, a method of manufacturing the photocathode for water decomposition of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

먼저, 철(First, iron ( FeFe ) 공급원, 및 4가 이온을 형성하고 ) Form a source, and a tetravalent ion FeFe 33 ++ 보다 이온 크기가 큰 금속인 주체  Subjects with metals with a larger ion size 도펀트Dopant 공급원을 혼합하여 혼합용액을 준비한다(단계 a). The mixed solution is prepared by mixing the sources (step a).

상기 주체 도펀트는 티타늄(Ti), 주석(Sn) 및 망간(Mn) 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 티타늄(Ti) 일 수 있다.The main dopant is preferably one selected from titanium (Ti), tin (Sn), and manganese (Mn), and more preferably titanium (Ti).

상기 주체 도펀트 공급원은 염화티타늄(TiCl3), 이산화티타늄(TiO2), 수소화티타늄(TiH2), 사염화티타늄(TiCl4), 질화티타늄(TiN), 티타늄이소프로폭사이드(C12H28O4Ti) 등일 수 있다.The main dopant source is titanium chloride (TiCl 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), titanium hydride (TiH 2 ), titanium tetrachloride (TiCl 4 ), titanium nitride (TiN), titanium isopropoxide (C 12 H 28 O 4 Ti).

상기 혼합용액은 상기 철 공급원 100 몰부에 대하여, 상기 주체 도펀트 공급원은 0.001 내지 0.05 몰부를 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.003 내지 0.03 몰부, 더욱 더 바람직하게는 0.004 내지 0.02 몰부를 포함할 수 있다.The mixed solution may contain 0.001 to 0.05 mole parts, and more preferably 0.003 to 0.03 mole parts, and even more preferably 0.004 to 0.02 mole parts, with respect to 100 mole parts of the iron source, and the main dopant source. have.

다음으로, 상기 혼합용액에 투명전극 기판을 Next, a transparent electrode substrate in the mixed solution 침지시킨Immersed 후 열처리하여 상기 투명전극 기판상에 주체  After heat treatment, a main body is formed on the transparent electrode substrate. 도펀트Dopant 도핑된Doped FeOOHFeOOH 를 성장시킨다(단계 b).Grow (step b).

상기 투명전극 기판은 FTO, ZnO, ITO, AZO, GZO, IZO, IGZO 등일 수 있으나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되지 않는다.The transparent electrode substrate may be FTO, ZnO, ITO, AZO, GZO, IZO, IGZO, etc., but the scope of the present invention is not limited thereto.

상기 열처리는 80 내지 120℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 90 내지 110℃에서 2 내지 4시간 동안 수행될 수 있다.The heat treatment is preferably performed at a temperature of 80 to 120 ° C for 1 to 5 hours, more preferably at 90 to 110 ° C for 2 to 4 hours.

이후, 상기 주체 Then, the subject 도펀트Dopant 도핑된Doped FeOOHFeOOH 를 열처리하여 주체 Subject to heat treatment 도펀트Dopant 도핑된Doped 헤마타이트( Hematite ( FeFe 22 OO 33 )을)of 제조한다(단계 c). Prepare (step c).

상기 열처리는 600 내지 1000℃에서 5분 내지 30분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 700 내지 900℃에서 10분 내지 20분 동안 수행될 수 있다.The heat treatment is preferably performed at 600 to 1000 ° C for 5 to 30 minutes, and more preferably at 700 to 900 ° C for 10 to 20 minutes.

다음으로, 상기 주체 Next, the subject 도펀트Dopant 도핑된Doped 헤마타이트(FeHematite (Fe 22 OO 33 )를) 실리카( Silica ( SiOSiO 22 ) 나노입자가 분산된 용액에 ) In a solution in which nanoparticles are dispersed 침지시켜Immerse 표면에 실리카 나노입자가 부착된 주체  Subject with silica nanoparticles attached to the surface 도펀트Dopant 도핑된Doped 헤마타이트(FeHematite (Fe 22 OO 33 )를) 제조한다(단계 d). Prepare (step d).

상기 실리카 나노입자의 평균 입경은 5 내지 10nm인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 6 내지 9nm 일 수 있다.The average particle diameter of the silica nanoparticles is preferably 5 to 10 nm, and more preferably 6 to 9 nm.

상기 침지는 10 내지 60분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 내지 40분 동안 수행될 수 있다.The immersion is preferably performed for 10 to 60 minutes, and more preferably 20 to 40 minutes.

상기 실리카 나노입자가 부착된 티타늄 도핑된 헤마타이트는 물로 세척한 후 건조시킬 수 있다. 상기 건조는 질소가스를 이용하는 것이 바람직하다.The titanium-doped hematite to which the silica nanoparticles are attached can be dried after washing with water. It is preferable to use nitrogen gas for the drying.

이후, 필요에 따라 주체 Subsequently, subject as needed 도펀트와With dopant 객체  Object 도펀트인Dopant 실리콘( silicon( SiSi )이 공동 ) This co 도핑된Doped 헤마타이트( Hematite ( FeFe 22 OO 33 ) 상에 ) On 조촉매를Co-catalyst 흡착시킨다(단계 f). Adsorb (step f).

상기 조촉매는 티타늄(Ti), 주석(Sn) 및 망간(Mn) 중에서 선택된 어느 하나가 도핑된 FeOOH, 또는 도핑되지 않은 FeOOH 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 티타늄 도핑된 FeOOH 일 수 있다.The cocatalyst is preferably one of titanium (Ti), tin (Sn) and manganese (Mn) doped FeOOH, or undoped FeOOH, and more preferably, titanium doped FeOOH.

본 단계는 상기 주체 도펀트와 객체 도펀트인 실리콘(Si)이 공동 도핑된 헤마타이트를 철 공급원을 포함하는 용액, 또는 티타늄 공급원과 철 공급원을 함께 포함하는 용액에 침지시켜 열처리함으로써 수행될 수 있다.This step may be performed by immersing the hematite co-doped with the main dopant and the object dopant silicon (Si) in a solution containing an iron source, or a solution containing a titanium source and an iron source together, followed by heat treatment.

상기 철 공급원은 염화철(FeCl3), 불화철(FeF2), 황화철 (FeSO4), 철아세테이트(Fe(CO2CH3)2), 질화철(Fe(NO3)3), 및 그의 수화물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The iron source is iron chloride (FeCl 3 ), iron fluoride (FeF 2 ), iron sulfide (FeSO 4 ), iron acetate (Fe (CO 2 CH 3 ) 2 ), iron nitride (Fe (NO 3 ) 3 ), and hydrates thereof It may be any one selected from.

상기 티타늄 공급원은 염화티타늄(TiCl3), 이산화티타늄(TiO2), 수소화티타늄(TiH2), 사염화티타늄(TiCl4), 질화티타늄(TiN), 및 티타늄이소프로폭사이드(C12H28O4Ti) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The titanium source is titanium chloride (TiCl 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), titanium hydride (TiH 2 ), titanium tetrachloride (TiCl 4 ), titanium nitride (TiN), and titanium isopropoxide (C 12 H 28 O 4 Ti).

상기 열처리는 50 내지 100℃에서 10 내지 60분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 60 내지 80℃에서 20 내지 40분 동안 수행될 수 있다.
The heat treatment is preferably performed at 50 to 100 ° C for 10 to 60 minutes, and more preferably, at 60 to 80 ° C for 20 to 40 minutes.

본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된 물분해용 광양극을 제공한다.The present invention provides a photocathode for water decomposition prepared according to the above manufacturing method.

상기 물분해용 광양극은 주체 도펀트와 객체 도펀트인 실리콘(Si)이 공동 도핑된 헤마타이트(Fe2O3)의 총중량에서 상기 주체 도펀트 함량이 1.5 내지 3.0wt%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.7 내지 2.7wt% 일 수 있다.In the photocathode for water decomposition, the main dopant content is preferably 1.5 to 3.0 wt% in the total weight of hematite (Fe 2 O 3 ) co-doped with a main dopant and an object dopant (Si 2 ), more preferably It may be 1.7 to 2.7wt%.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된 물분해용 광양극을 포함하는 물분해 장치를 제공한다.
In addition, the present invention provides a water decomposition apparatus including a photocathode for water decomposition manufactured according to the above-described manufacturing method.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
Hereinafter, a preferred embodiment is provided to help the understanding of the present invention, but the following examples are merely illustrative of the present invention, and it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical scope of the present invention. It is no wonder that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

[실시예][Example]

실시예Example 1:  One: SiSi :: TiTi -- FeFe 22 OO 33 광양극Photo anode 제조 Produce

(1) 철 공급원 및 티타늄 공급원 혼합용액 제조(1) Preparation of mixed solution of iron source and titanium source

150mM FeCl3 용액 100㎖ 기준으로 TiCl3 9㎕가 혼합된 수용액을 제조하였다.An aqueous solution in which 9 µl of TiCl 3 was mixed was prepared based on 100 ml of 150 mM FeCl 3 solution.

(2) Ti-FeOOH 제조(2) Ti-FeOOH production

150mM FeCl3 용액 100㎖ 기준으로 TiCl3 9㎕가 혼합된 수용액에 FTO(fluorine-doped thin oxide) 기판을 담근 후 오븐에서 100℃의 온도로 3시간 동안 열수화법을 통해 Ti가 도핑된 FeOOH (Ti-FeOOH)를 성장시켰다.FTO in 150mM FeCl 3 solution 100㎖ with a TiCl 3 based 9㎕ mixed with an aqueous solution (fluorine-doped thin oxide) via a hot-water speech for 3 hours at a temperature of 100 ℃ in an oven after immersing the substrate on which a Ti-doped FeOOH (Ti -FeOOH).

(3) SiO2 나노입자 부착된 Ti-FeOOH 제조(3) Preparation of Ti-FeOOH with SiO 2 nanoparticles

Ti-FeOOH가 성장된 FTO 기판을 7nm 평균입경의 SiO2 나노입자가 분산된 용액에 30분 동안 침지시켜 Ti-FeOOH 표면에 SiO2 나노입자를 부착시켰다. The FTO substrate on which Ti-FeOOH was grown was immersed in a solution in which SiO 2 nanoparticles having an average particle diameter of 7 nm were dispersed for 30 minutes to attach SiO 2 nanoparticles to the Ti-FeOOH surface.

(4) Si:Ti-Fe2O3 제조(4) Si: Ti-Fe 2 O 3 production

침지 시켰던 샘플을 물로 씻은 후 질소가스로 건조시킨 뒤 800℃에서 20분동안 열처리하여 Si을 추가 도핑함으로써 실리콘과 티타늄이 공동 도핑된 헤마타이트(Si:Ti-Fe2O3)를 제조하였다.
Hematite (Si: Ti-Fe 2 O 3 ) co-doped with silicon and titanium was prepared by further doping Si by washing the sample that had been immersed with water, drying it with nitrogen gas, and heat-treating it at 800 ° C for 20 minutes.

실시예Example 2:  2: TiTi -- FeOOHFeOOH // SiSi :: TiTi -- FeFe 22 OO 33 광양극Photo anode 제조 Produce

Ti-FeOOH OER 조촉매를 실시예 1에 따라 제조된 Si:Ti-Fe2O3에 흡착시키기 위해 1.5mM FeCl3 용액 100㎖ 기준으로 7㎕의 TiCl3를 혼합한 용액에 Si:Ti-Fe2O3 샘플을 넣고 오븐에서 70℃ 온도에서 30분간 반응시켜 Ti-FeOOH 나노입자가 Si:Ti-Fe2O3 표면에 흡착되도록 하였다.
To adsorb Ti-FeOOH OER co-catalyst to Si: Ti-Fe 2 O 3 prepared according to Example 1, Si: Ti-Fe was added to a solution mixed with 7 μl of TiCl 3 based on 100 ml of 1.5 mM FeCl 3 solution. A 2 O 3 sample was added and reacted in an oven at a temperature of 70 ° C. for 30 minutes to allow Ti-FeOOH nanoparticles to adsorb on the surface of Si: Ti-Fe 2 O 3 .

비교예Comparative example 1:  One: SiSi -- FeFe 22 OO 33 광양극Photo anode 제조 Produce

Ti 선행도핑 되지 않도록, FeCl3 와 TiCl3 의 혼합용액 대신에 150mM FeCl3 용액을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 광양극을 제조하였다.
To prevent Ti pre-doping, a photocathode was prepared in the same manner as in Example 1, except that a 150 mM FeCl 3 solution was used instead of the mixed solution of FeCl 3 and TiCl 3 .

비교예Comparative example 2:  2: TiTi -- FeFe 22 OO 33 광양극Photo anode 제조 Produce

SiO2 나노입자에 의한 Si 추가 도핑 과정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광양극을 제조하였다.
A photocathode was prepared in the same manner as in Example 1, except that an additional doping process of Si by SiO 2 nanoparticles was not performed.

[시험예][Test Example]

시험예Test example 1:  One: 광전기화학적Photoelectrochemical (( photoelectrochemicalphotoelectrochemical , , PECPEC ) 특성 분석) Characterization

광전기화학 평가를 수행하기 위해, sunlight illumination(1 SUN) 하에서 Ag/AgCl 전극 및 Pt 메쉬를 각각 기준전극 및 상대전극으로 구성된 3-전극계를 이용하여 수행하였고, 전해질로서 1 M NaOH + 0.5 M Na2SO3 용액을 사용하였다.To perform photoelectrochemical evaluation, Ag / AgCl electrode and Pt mesh under sunlight illumination (1 SUN) were performed using a 3-electrode system composed of a reference electrode and a counter electrode, respectively, and 1 M NaOH + 0.5 M Na as electrolyte. A 2 SO 3 solution was used.

도 2는 Ti 선행 도핑의 유무에 따른 여러 헤마타이트 효율을 비교한 J-V 곡선이다. 이에 따르면, Ti-Fe2O3 -의 PEC 효율은 도핑이 안된 Fe2O3 -와 비교하여 약 2배 상승하고 그 이유는 전하밀도 증가와 전하 재결합 감소 때문이다. 유사하게, 헤마타이트에 n-type인 Si를 도핑해도 전하밀도증가와 전하 재결합 감소로 인해 PEC 효율이 향상된다고 보고되어 있다. 그러므로 도 2의 (a)에서 실시예 1의 Si:Ti-Fe2O3의 효율은 도핑이 안된 Fe2O3에 비해 약 4배 상승하였다. 그러나 주체 도펀트 Ti 도핑이 없고 Si 도핑만된 비교예 1의 경우 반대 결과가 도출된다. Si- Fe2O3는 도핑 안된 Fe2O3보다 오히려 더 낮은 PEC 효율을 보이는 것을 도 2의 (b)에서 확인할 수 있다. 이는 PEC 효율에 주체 도펀트 Ti가 중요한 역할을 한다는 것을 나타낸다.2 is a JV curve comparing various hematite efficiencies with and without Ti pre-doping. According to this, the PEC efficiency of Ti-Fe 2 O 3 is increased by about 2 times compared to the undoped Fe 2 O 3 because of increased charge density and reduced charge recombination. Similarly, doping n-type Si to hematite has been reported to improve PEC efficiency due to increased charge density and reduced charge recombination. Therefore, the efficiency of Si: Ti-Fe 2 O 3 of Example 1 in FIG. 2 (a) was increased by about 4 times compared to the undoped Fe 2 O 3 . However, in the case of Comparative Example 1 in which there is no main dopant Ti doping and only Si doping, the opposite result is obtained. It can be seen from FIG. 2 (b) that Si-Fe 2 O 3 shows lower PEC efficiency than undoped Fe 2 O 3 . This indicates that the main dopant Ti plays an important role in PEC efficiency.

한편, Ti 도핑 유무에 따른 Si 도핑 효과를 알아보기 위해서, 실시예 1의 광양극과 비교예 1의 광양극의 형질을 비교하기 위한 SEM 이미지를 도 3에 나타내었다. 도 3의 (a)는 실시예 1의 Si:Ti-Fe2O3, (b)는 비교예 1의 Si- Fe2O3의 SEM 이미지로 SiO2 나노파티클이 표면에 붙어있는 것을 확인할 수 있다. 이에 따르면, 주체 도펀트 Ti 유무와 관계없이 비슷한 형태의 SiO2 나노파티클이 붙어있는 Fe2O3가 형성되었지만 PEC 효율은 주체 도펀트 Ti 유무에 따라 정반대의 결과를 보이기 때문에 주체 도펀트 Ti는 열처리를 통한 성공적인 Si 도핑에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다.
On the other hand, in order to investigate the effect of Si doping with or without Ti doping, SEM images for comparing the traits of the photocathode of Example 1 and the photocathode of Comparative Example 1 are shown in FIG. 3. 3 (a) is a Si: Ti-Fe 2 O 3 of Example 1, (b) is a SEM image of Si-Fe 2 O 3 of Comparative Example 1, it can be confirmed that SiO 2 nanoparticles are attached to the surface. have. According to this, although Fe 2 O 3 with SiO 2 nanoparticles having a similar form is formed regardless of the presence or absence of the main dopant Ti, since the PEC efficiency shows the opposite result depending on the presence or absence of the main dopant Ti, the main dopant Ti is successfully processed through heat treatment. It seems to play an important role in Si doping.

시험예Test example 2:  2: XRDXRD 및 라만 스펙트럼 분석 And Raman spectrum analysis

주체 Ti 도펀트에 따른 차이점을 확인하기 위한 XRD 분석 결과를 도 4에 나타내었다. 이에 따르면, XRD 패턴은 주체 Ti 도펀트 도핑의 유무에 관계없이 Fe2O3에 Si가 도핑되면서 새로운 물질이 형성되지 않는다는 것을 보여준다. XRD 패턴에서 36.2와 64.3°는 각각 (110)과 (300)면 해당되는 것을 보여준다(다른 픽들은 FTO에 의해 겹쳐져 있음). (110)면에서 전도성은 그 면의 수직방향으로 전도성이 다른 면에 비해 우수하다고 보고되어 있다. 또한, Fe2O3에 Si 도핑을 하게 되면 (110)면 픽 크기가 15% 감소하는 반면에 Ti-Fe2O3에 Si 도핑을 하게 되면 5% 감소하는 것을 알 수 있다.The results of XRD analysis to confirm the differences according to the main Ti dopant are shown in FIG. 4. According to this, the XRD pattern shows that a new material is not formed as Si is doped with Fe 2 O 3 with or without the main Ti dopant doping. The XRD pattern shows that 36.2 and 64.3 ° correspond to the (110) and (300) planes, respectively (other picks overlapped by the FTO). Conductivity in the (110) plane has been reported to be superior to that of other planes in the vertical direction of the plane. In addition, it can be seen that when the Si-doped to an Fe 2 O 3 (110) if the pick size of the Si-doped When the Ti-Fe 2 O 3 on the other hand to reduce 15% to 5%.

한편, 라만 스펙트럼 분석결과를 도 5에 나타내었다. 이에 따르면, 660cm- 1 에서의 LO mode가 나타나는 것은 구조적 무질서 즉 산란된 LO 입자로 인해 대칭적 구조가 붕괴되었다는 것을 보여준다. Si 도핑 이후의 구조적 변화 때문에 비교예 1의 Si- Fe2O3에서 660cm-1 나타나는 peak은 실시예 1의 Si-Ti-Fe2O3와 비교했을 때 peak의 크기가 증가하고 넓어지게 되는데 이는 XRD 결과와 마찬가지로 Fe2O3 표면구조가 Si 도핑에 의해 많이 붕괴되지만 주체 도펀트 Ti가 있는 경우에는 표면구조가 상대적으로 덜 붕괴되는 것을 알 수 있다. 주체 도펀트 Ti가 표면구조의 무너짐을 최소화시키는 이유는 Si<Fe<Ti(또는 Si4 +<Fe3 +<Ti4 +)의 순차적인 원자 또는 이온 반경 크기로 인해 Ti와 Si의 동시 주입은 이종원소 구조에서 각 원소, 이온 반경의 차이를 균형 잡아주는 역할을 하기 때문이다.
Meanwhile, the results of Raman spectrum analysis are shown in FIG. 5. According to this, the appearance of the LO mode at 660 cm - 1 shows that the structural structure was collapsed due to the structural disorder, that is, the scattered LO particles. Since the structural changes that have occurred since a Si-doped peak appears at 660cm -1 Si- Fe 2 O 3 of Comparative Example 1 there is a peak be increased size and wider as compared with the first embodiment of the Si-Ti-Fe 2 O 3, which As in the XRD results, it can be seen that the Fe 2 O 3 surface structure is decayed by Si doping, but when the main dopant Ti is present, the surface structure is relatively less decayed. The reason why the main dopant Ti minimizes the collapse of the surface structure is that the simultaneous injection of Ti and Si due to the sequential atomic or ionic radius of Si <Fe <Ti (or Si 4 + <Fe 3 + <Ti 4 + ) is heterogeneous. This is because it balances the difference between each element and the ionic radius in the element structure.

시험예Test example 3: 전기화학 임피던스 분광법( 3: Electrochemical impedance spectroscopy ( EISEIS ) 분석) analysis

주체 Ti의 존재와 Si 도핑효과의 연관성을 알아보기 위해, EIS 곡선을 측정하였다. 도 6은 전해질/Fe2O3 표면의 영향을 알아보기 위해서 측정한 Nyquist plot이다. 실시예 1에 따라 제조된 Si:Ti-Fe2O3의 Rct(전해질/물질의 전하전달저항)값은 Si와 Ti의 공동 도핑으로 인해 다른 Fe2O3 광양극들에 비해 매우 작은 값을 가진다. 그러나, Rtrap은, 표면에서 갇힌 정공들의 비율과 관련된 저항, 객체 Si 도펀트로 인한 결정성 파괴로 비교예 2의 Ti-Fe2O3 보다 약간 증가한 값을 가진다. 비록 실시예 1의 Si:Ti-Fe2O3의 Rtrap 값이 Ti-Fe2O3의 값보다 증가했지만, Fe2O3의 값 보다는 작은 값을 가진다. 비교예 1의 주체 Ti 도펀트가 없는 Si-Fe2O3의 경우 Rtrap과 Rct값 모두 다른 Fe2O3 광양극들에 비해 매우 큰 값을 가진다. 이것은 주체 Ti 도펀트가 없는 상태에서 Si 도펀트는 결정성을 파괴할 뿐 Fe2O3에 Si4 + 도핑이 불가능함을 나타낸다.
In order to investigate the relationship between the presence of the subject Ti and the Si doping effect, the EIS curve was measured. FIG. 6 is a Nyquist plot measured to investigate the effect of the electrolyte / Fe 2 O 3 surface. The R ct (charge transfer resistance of electrolyte / substance) of Si: Ti-Fe 2 O 3 prepared according to Example 1 is very small compared to other Fe 2 O 3 photocathodes due to co-doping of Si and Ti. Have However, R trap is a resistance related to the proportion of holes trapped on the surface, crystalline destruction due to the object Si dopant, Ti-Fe 2 O 3 of Comparative Example 2 It has a slightly increased value. Although the R trap value of Si: Ti-Fe 2 O 3 in Example 1 increased than the value of Ti-Fe 2 O 3 , it has a smaller value than that of Fe 2 O 3 . In the case of Si-Fe 2 O 3 without the main Ti dopant of Comparative Example 1, both the R trap and R ct values have very large values compared to other Fe 2 O 3 photocathodes. This Si dopants in the absence of the subject indicates that the Ti dopant doped Si + 4 is not possible as the Fe 2 O 3 to destroy the crystallinity.

시험예Test example 4:  4: MottMott -- SchottkySchottky 측정 Measure

도 7은 Mott-Schottky 플롯(plot)을 나타낸 것이다. 이에 따르면, J-V곡선 및 EIS 결과와 경향성이 일치하는 것으로 나타났다. 또한, Mott-Schottky 플롯에서 곡선의 기울기와 반비례하는 전하 밀도(ND)를 얻을 수 있다. Mott-Schottky plot를 통한 대표적인 값들을 아래의 표 1에 정리하였다.7 shows a Mott-Schottky plot. According to this, the tendency was consistent with the JV curve and EIS results. It is also possible to obtain the charge density (N D ) inversely proportional to the slope of the curve in the Mott-Schottky plot. Representative values through Mott-Schottky plot are summarized in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

이에 따르면, 실시예 1의 Si:Ti-Fe2O3 는 가장 높은 전하 밀도를 가진 반면 Si-Fe2O3는 가장 낮은 값을 가진다. 이것은 주체 Ti 도펀트가 있을 때의 SiO2 나노파티클에서의 객체 Si 도펀트는 Fe2O3의 도핑에 사용된다는 것을 의미한다. 그러나, 광전류밀도 결과에 따르면 Si-Fe2O3는 주체 Ti 도펀트 없이는 SiO2 나노입자에서 객체 Si 도펀트는 도핑에 사용되지 못한다. 실시예 1의 Si:Ti-Fe2O3는 SiO2 나노입자에서의 Si도핑과 Ti로 인해 Fe2O3 보다 약 6배 높은 전하 운반자 농도를 가진다. 하지만, Si-Fe2O3의 전하 농도는 Fe2O3의 0.4배로 감소한다. Si:Ti-Fe2O3의 계산된 공간 전하층 Wsc는 Fe2O3 또는 Ti-Fe2O3 보다 짧다. 각 표본들의 Rct값과 Wsc값의 경향성은 일치하고, 이를 통해 높은 광전류는 광양극의 표면에서의 강력한 띠 간섭효과 때문이라는 것을 설명할 수 있다. 따라서, 실시예 1의 Si:Ti-Fe2O3에서의 감소된 재결합이 공간 전하층의 전하 분리를 향상시킨다. 반대로, 비교예 1의 Si- Fe2O3의 Wsc는 객체 Si 도펀트로 인해 Fe2O3 표면에서 낮은 전하 운반자 농도를 가지기 때문에 Fe2O3 보다 작은 값을 가진다.
According to this, Si: Ti-Fe 2 O 3 of Example 1 has the highest charge density, while Si-Fe 2 O 3 has the lowest value. This means that the object Si dopant in the SiO 2 nanoparticles with the main Ti dopant is used for the doping of Fe 2 O 3 . However, according to the photocurrent density result, Si-Fe 2 O 3 is not used for doping the object Si dopant in SiO 2 nanoparticles without the main Ti dopant. Si: Ti-Fe 2 O 3 of Example 1 is SiO 2 Fe 2 O 3 due to Si doping and Ti in nanoparticles It has a charge carrier concentration of about 6 times higher. However, the charge concentration of Si-Fe 2 O 3 is reduced to 0.4 times that of Fe 2 O 3 . The calculated space charge layer W sc of Si: Ti-Fe 2 O 3 is Fe 2 O 3 or Ti-Fe 2 O 3 Shorter. The tendency of the R ct and Wsc values of each sample is consistent, and it can be explained that the high photocurrent is due to the strong band interference effect on the surface of the photocathode. Therefore, the reduced recombination in Si: Ti-Fe 2 O 3 of Example 1 improves the charge separation of the space charge layer. In contrast, in Comparative Example 1 of the W sc Si- Fe 2 O 3 is low because it has a charge carrier concentration in the Fe 2 O 3 surface due to the object dopant Si Fe 2 O 3 It has a smaller value.

시험예Test example 5: 주체  5: subject TiTi 도펀트Dopant 함량에 따른 효과 Effect by content

주체 Ti 도펀트 양을 20wt%의 TiCl3 용액으로 조절함으로써 Ti의 함량을 0.88%에서 3.38%까지 변화를 주었다. Ti-Fe2O3의 Ti 도펀트 함량에 따른 광전류 밀도 측정 결과를 도 8에 나타내었다. 이에 따르면, Ti ?량이 1.21%으로 최적화되었을 때 1.23VRHE에서 Ti-Fe2O3가 약 1.6mAcm-2의 광전류밀도를 가진다. Ti 함량이 1.21%에서 증가하면, 과도한 Ti 도핑이 결정 구조를 무너뜨려서 효율이 약간 감소하고 개시 전위가 양극 쪽으로 변화하였다.The content of Ti was changed from 0.88% to 3.38% by adjusting the amount of the main Ti dopant with a 20 wt% TiCl 3 solution. The results of measuring the photocurrent density according to the Ti dopant content of Ti-Fe 2 O 3 are shown in FIG. 8. According to this, when Ti? Amount is optimized to 1.21%, Ti-Fe 2 O 3 at 1.23V RHE has a photocurrent density of about 1.6mAcm -2 . When the Ti content increased at 1.21%, excessive Ti doping collapsed the crystal structure, resulting in a slight decrease in efficiency and a change in the starting potential toward the anode.

한편, Ti-Fe2O3에서 객체 Si 도펀트가 SiO2 나노입자에서 도핑된 Si:Ti-Fe2O3 의 Ti 도펀트 함량에 따른 광전류 밀도 측정 결과를 도 9에 나타내었다. 이에 따르면, Si:Ti-Fe2O3 광양극의 최적화된 Ti 함량이 2.51%로 증가하고 1.23VRHE에서의 광전류밀도는 4.6mAcm-2로 증가하였다. 이와 같은 결과는 Si:Ti-Fe2O3에서 Ti와 Si의 조화로운 도핑에 따른 안정적인 구조 변화에 의해 구조가 무너짐 없이 전하 밀도가 증가 때문이다.On the other hand, the object Si dopant in Ti-Fe 2 O 3 is SiO 2 The results of photocurrent density measurement according to the Ti dopant content of Si: Ti-Fe 2 O 3 doped in nanoparticles are shown in FIG. 9. According to this, the optimized Ti content of the Si: Ti-Fe 2 O 3 photocathode increased to 2.51% and the photocurrent density at 1.23V RHE increased to 4.6mAcm -2 . These results are due to the increase in charge density without collapsing the structure due to the stable structure change due to the harmonious doping of Ti and Si in Si: Ti-Fe 2 O 3 .

PEC 효율을 더 향상시키기 위해서. Ti-FeOOH 산소 발생 촉매(OEC)를 최적화된 Si:Ti-Si:Ti-Fe2O3 위에 붙인 Ti-FeOOH/ Si:Ti-Si:Ti-Fe2O3의 광전류 밀도를 측정하여 10에 나타내었다. 이를 참조하면, 1.23VRHE에서 광전류밀도는 5.4mAcm-2로 Si:Ti-Fe2O3와 Fe2O3에 비해 각각 1.2배와 4배 향상된 값을 가지는 것으로 나타났다.To further improve PEC efficiency. Si: Ti-Si: Ti-Fe 2 O 3 optimized for Ti-FeOOH oxygen generating catalyst (OEC) The photocurrent density of Ti-FeOOH / Si: Ti-Si: Ti-Fe 2 O 3 attached on the top was measured and shown in 10. Referring to this, the photocurrent density at 1.23V RHE was 5.4mAcm -2, which was 1.2 and 4 times higher than Si: Ti-Fe 2 O 3 and Fe 2 O 3 , respectively.

또한, 물 분해 반응에서 Si:Ti-Fe2O3가 실제 광양극으로의 실현 가능성을 테스트하기 위해, J-T 곡선을 1.23VRHE에서 오랜 시간 동안 측정하여 그 결과를 도 11에 나타내었다. 이에 따르면, 본 발명의 실시예 1의 Si:Ti-Fe2O3 광양극은 100시간까지 광전류 밀도의 뚜렷한 감소없이 일정하게 유지되는 것을 확인했다.
In addition, in order to test the feasibility of Si: Ti-Fe 2 O 3 as an actual photocathode in the water decomposition reaction, the JT curve was measured at 1.23V RHE for a long time and the results are shown in FIG. 11. According to this, Si: Ti-Fe 2 O 3 of Example 1 of the present invention It was confirmed that the photocathode remained constant without a significant decrease in photocurrent density until 100 hours.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.The embodiments of the present invention have been described above, but those skilled in the art can add, change, delete, or add components within the scope of the present invention as set forth in the claims. The present invention may be variously modified and changed by the like, and it will be said that this is also included within the scope of the present invention.

Claims (23)

(a) 철 공급원, 및 4가 이온을 형성하고 Fe3 + 보다 이온 크기가 큰 금속인 주체 도펀트 공급원을 혼합하여 혼합용액을 준비하는 단계;
(b) 상기 혼합용액에 투명전극 기판을 침지시킨 후 열처리하여 상기 투명전극 기판상에 주체 도펀트 도핑된 FeOOH를 성장시키는 단계;
(c) 상기 주체 도펀트 도핑된 FeOOH를 실리카(SiO2) 나노입자가 분산된 용액에 침지시켜 표면에 실리카 나노입자가 부착된 주체 도펀트 도핑된 FeOOH를 제조하는 단계; 및
(d) 상기 이산화규소 나노입자가 부착된 주체 도펀트 도핑된 FeOOH를 열처리하여 객체 도펀트인 실리콘(Si)을 추가 도핑시킴으로써, 주체 도펀트와 객체 도펀트인 실리콘(Si)이 공동 도핑된 헤마타이트(Fe2O3)를 제조하는 단계;를 포함하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
(a) an iron source, and a step of forming a tetravalent ion preparing a mixed solution by mixing the principal dopant ion source is greater than the Fe 3 + a large metal;
(b) immersing a transparent electrode substrate in the mixed solution, followed by heat treatment to grow FeOOH doped with a main dopant on the transparent electrode substrate;
(c) immersing the main dopant-doped FeOOH in a solution in which silica (SiO 2 ) nanoparticles are dispersed to prepare a main dopant-doped FeOOH with silica nanoparticles attached to the surface; And
(d) Main dopant doped FeOOH to which silicon dioxide nanoparticles are attached is heat-treated to further dop the object dopant silicon (Si), so that the main dopant and object dopant silicon (Si) are co-doped hematite (Fe 2 O 3 ) to prepare; a method for producing a photocathode for photolysis (photoanode).
제2항에 있어서,
단계 (a)의 상기 주체 도펀트는 티타늄(Ti), 주석(Sn) 및 망간(Mn) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
According to claim 2,
The main dopant of step (a) is titanium (Ti), tin (Sn), and manganese (Mn) is selected from any one of the method for producing a photocathode (photoanode) for decomposition.
제2항에 있어서,
단계 (a)의 상기 주체 도펀트는 티타늄(Ti)인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
According to claim 2,
The main dopant of step (a) is titanium (Ti), characterized in that the method for producing a photocatalyst (photoanode) for water decomposition.
제3항에 있어서,
단계 (a)의 상기 티타늄(Ti) 공급원은 염화티타늄(TiCl3), 이산화티타늄(TiO2), 수소화티타늄(TiH2), 사염화티타늄(TiCl4), 질화티타늄(TiN), 및 티타늄이소프로폭사이드(C12H28O4Ti) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
According to claim 3,
The titanium (Ti) source of step (a) is titanium chloride (TiCl 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), titanium hydride (TiH 2 ), titanium tetrachloride (TiCl 4 ), titanium nitride (TiN), and titanium isopro Method for producing a photoanode for water decomposition, characterized in that any one selected from the Foxside (C 12 H 28 O 4 Ti).
제1항에 있어서,
단계 (a)의 상기 철 공급원은 염화철(FeCl3), 불화철(FeF2), 황화철 (FeSO4), 철아세테이트(Fe(CO2CH3)2), 질화철(Fe(NO3)3), 및 그의 수화물 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
According to claim 1,
The iron source of step (a) is iron chloride (FeCl 3 ), iron fluoride (FeF 2 ), iron sulfide (FeSO 4 ), iron acetate (Fe (CO 2 CH 3 ) 2 ), iron nitride (Fe (NO 3 ) 3 ), And any one selected from hydrates thereof.
제1항에 있어서,
단계 (a)의 상기 혼합용액은 상기 철 공급원 100 몰부에 대하여, 상기 주체 도펀트 공급원은 0.001 내지 0.05 몰부를 포함하는 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
According to claim 1,
The mixed solution of step (a) is a method for manufacturing a photoanode for water decomposition, characterized in that it comprises 0.001 to 0.05 mol by weight of the main dopant source relative to 100 mol by weight of the iron source.
제1항에 있어서,
단계 (b)의 상기 투명전극 기판은 FTO, ZnO, ITO, AZO, GZO, IZO, 및 IGZO 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
According to claim 1,
The transparent electrode substrate of step (b) is FTO, ZnO, ITO, AZO, GZO, IZO, and IGZO method for producing a photocathode for photolysis, characterized in that any one selected from the.
제7항에 있어서,
단계 (b)의 열처리는 80 내지 120℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
The method of claim 7,
Heat treatment of step (b) is a method for producing a photocatalyst (photoanode) for water decomposition, characterized in that is carried out for 1 to 5 hours at a temperature of 80 to 120 ℃.
제1항에 있어서,
단계 (c)의 상기 실리카 나노입자의 평균 입경은 5 내지 10nm인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing a photoanode for water decomposition, characterized in that the average particle diameter of the silica nanoparticles in step (c) is 5 to 10nm.
제1항에 있어서,
단계 (c)의 상기 침지는 10 내지 60분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극의 제조방법.
According to claim 1,
Method of producing a photocathode for water decomposition, characterized in that the immersion in step (c) is performed for 10 to 60 minutes.
제1항에 있어서,
단계 (c) 이후, 상기 실리카 나노입자가 부착된 티타늄 도핑된 헤마타이트는 물로 세척한 후 건조시키는 단계를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극의 제조방법.
According to claim 1,
After step (c), the method for producing a photocathode for water decomposition, characterized in that the silica-doped titanium doped hematite is further washed and then dried with water.
제11항에 있어서,
상기 건조는 질소가스를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극의 제조방법.
The method of claim 11,
The drying is a method for producing a photocathode for water decomposition, characterized in that is performed using nitrogen gas.
제1항에 있어서,
단계 (d)의 상기 열처리는 600 내지 1000℃에서 5분 내지 30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극의 제조방법.
According to claim 1,
The heat treatment of step (d) is a method for producing a photocathode for water decomposition, characterized in that is performed for 5 minutes to 30 minutes at 600 to 1000 ℃.
제1항에 있어서,
단계 (d) 이후,
(e) 주체 도펀트와 객체 도펀트인 실리콘(Si)이 공동 도핑된 헤마타이트(Fe2O3) 상에 조촉매를 흡착시키는 단계;를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극의 제조방법.
According to claim 1,
After step (d),
(e) adsorbing a cocatalyst on hematite (Fe 2 O 3 ) co-doped with a main dopant and an object dopant (Si); a method for producing a photocathode for water decomposition, further comprising: .
제14항에 있어서,
상기 조촉매는 티타늄 도핑된 FeOOH 또는 티타늄 도핑되지 않은 FeOOH 인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극의 제조방법.
The method of claim 14,
The cocatalyst is a method for producing a photocathode for water decomposition, characterized in that the titanium doped FeOOH or titanium doped FeOOH.
제15항에 있어서,
상기 조촉매는 티타늄 도핑된 FeOOH 인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극의 제조방법.
The method of claim 15,
The cocatalyst is a method for producing a photocathode for water decomposition, characterized in that the titanium doped FeOOH.
제14항에 있어서,
단계 (e)는 상기 주체 도펀트와 객체 도펀트인 실리콘(Si)이 공동 도핑된 헤마타이트를 철 공급원을 포함하는 용액, 또는 티타늄 공급원과 철 공급원을 함께 포함하는 용액에 침지시켜 열처리하는 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극의 제조방법.
The method of claim 14,
Step (e) is characterized in that the main dopant and the object dopant silicon (Si) co-doped hematite is immersed in a solution containing an iron source or a solution containing a titanium source and an iron source together and heat-treated. Method for manufacturing photocathode for water decomposition.
제17항에 있어서,
단계 (e)의 상기 철 공급원은 염화철(FeCl3), 불화철(FeF2), 황화철 (FeSO4), 철아세테이트(Fe(CO2CH3)2), 질화철(Fe(NO3)3), 및 그의 수화물 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
The method of claim 17,
The iron source of step (e) is iron chloride (FeCl 3 ), iron fluoride (FeF 2 ), iron sulfide (FeSO 4 ), iron acetate (Fe (CO 2 CH 3 ) 2 ), iron nitride (Fe (NO 3 ) 3 ), And any one selected from hydrates thereof.
제17항에 있어서,
단계 (e)의 상기 티타늄 공급원은 염화티타늄(TiCl3), 이산화티타늄(TiO2), 수소화티타늄(TiH2), 사염화티타늄(TiCl4), 질화티타늄(TiN), 및 티타늄이소프로폭사이드(C12H28O4Ti) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극(photoanode)의 제조방법.
The method of claim 17,
The titanium source of step (e) is titanium chloride (TiCl 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), titanium hydride (TiH 2 ), titanium tetrachloride (TiCl 4 ), titanium nitride (TiN), and titanium isopropoxide ( C 12 H 28 O 4 Ti) method for producing a photoanode for water decomposition, characterized in that any one selected from.
제17항에 있어서,
단계 (e)의 상기 열처리는 50 내지 100℃에서 10분 내지 60분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극의 제조방법.
The method of claim 17,
The method of manufacturing the photocathode for water decomposition, characterized in that the heat treatment of step (e) is performed at 50 to 100 ° C for 10 to 60 minutes.
제1항 내지 제20항 중에서 선택된 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 물분해용 광양극.A photocathode for water decomposition manufactured according to the method of any one of claims 1 to 20. 제21항에 있어서,
상기 물분해용 광양극은 주체 도펀트와 객체 도펀트인 실리콘(Si)이 공동 도핑된 헤마타이트(Fe2O3)의 총중량에서 상기 주체 도펀트 함량이 1.5 내지 3.0wt% 인 것을 특징으로 하는 물분해용 광양극.
The method of claim 21,
In the photocathode for water decomposition, the main dopant and object dopant silicon (Si) co-doped hematite (Fe 2 O 3 ) in the total weight of the main dopant content is characterized in that the photocatalyst for water decomposition is 1.5 to 3.0wt% .
제1항 내지 제20항 중에서 선택된 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 물분해용 광양극을 포함하는 물분해 장치.A water decomposition apparatus comprising a photocathode for water decomposition manufactured according to the method of any one of claims 1 to 20.
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KR102155192B1 (en) 2020-09-11

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