KR20210073908A - Nanofiber based organic-inorganic composite photocatalyst and process for producing the same - Google Patents

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이택승
조선영
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충남대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers in which conjugated polymer nanoparticles are introduced into titanium dioxide nanofibers. More specifically, the present invention relates to: a photocatalyst that is easy to reuse by manufacturing the photocatalyst that is active in visible light by complexing a visible light region where there is no activity of titanium dioxide with conjugated polymer nanoparticles capable of absorbing visible light, and turning the titanium dioxide into nanofibers; and a manufacturing method thereof.

Description

나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매 및 이의 제조방법 { Nanofiber based organic-inorganic composite photocatalyst and process for producing the same }Nanofiber-based organic-inorganic composite photocatalyst and manufacturing method thereof { Nanofiber based organic-inorganic composite photocatalyst and process for producing the same }

본 발명은 공액화 고분자 나노입자를 이산화티타늄 나노섬유에 도입하여 제조된 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 공액화 고분자를 도입함으로서 이산화티타늄의 활성이 없는 가시광 영역대를 흡수할 수 있고, 나노섬유를 기반으로 하여 재사용이 쉬운 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 유기염료 분해, 유기화합물의 산화/환원 반응에 적용이 가능하고, 반응 후 촉매 회수가 용이한 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photocatalyst prepared by introducing conjugated polymer nanoparticles into titanium dioxide nanofibers and a method for preparing the same. It relates to a fiber-based photocatalyst that can be easily reused and a method for manufacturing the same, which can be applied to organic dye decomposition and oxidation/reduction reactions of organic compounds, and is an organic/inorganic nanofiber-based organic/inorganic catalyst that is easy to recover after reaction It relates to a composite photocatalyst and a method for preparing the same.

나노재료는 100nm 이하의 크기를 갖는 것으로서, 특히 나노섬유는 직경이 100 nm 이하이고, 종횡비가 100 : 1 이상인 1차원의 유연성 고체상으로 정의할 수 있다. 최근 들어 나노소재 관련기술이 빠르게 발전함에 따라 기존 극세사보다 더욱 얇고 가는 섬유가 개발되고 있으며, 나노섬유를 제조하는 방법으로 비교적 장비설계가 간단하고 경제적인 전기방사법을 사용하고 있다. 나노섬유는 섬유의 내부, 외부, 표면에 나노크기로 제어되는 정밀한 구조설계를 통해 신기능을 발현할 수 있으며, 이러한 나노섬유는 입자나 구조제어를 통해 고기능화를 추진하고 있다. Nanomaterials have a size of 100 nm or less, and in particular, nanofibers can be defined as a one-dimensional flexible solid phase having a diameter of 100 nm or less and an aspect ratio of 100:1 or more. Recently, with the rapid development of nanomaterial-related technologies, fibers that are thinner and thinner than existing microfibers are being developed. As a method of manufacturing nanofibers, relatively simple equipment design and economical electrospinning are used. Nanofibers can express new functions through precise structural design that is controlled in nano size on the inside, outside, and surface of the fiber, and these nanofibers are promoting high functionality through particle or structure control.

나노섬유로 구성된 나노섬유웹은 다공성이며, 비표면적이 넓고 부피 대비 경량성을 갖는 장점이 있으며, 섬유로 구성되어 있는 구조체이기 때문에 유연성을 갖음으로써 적용할 수 있는 응용분야가 매우 다양하다는 장점을 갖고 있다. 특히 웰빙형 제품이 각광을 받으면서 나노분말과 광촉매를 실생활에 적용하여 건축재, 가전제품, 화장품 등의 생활용품에 적용하는 제품들이 제조되고 있으며, 항균/위생 기능을 가진 무기재료를 중합단계나 방사 또는 후처리에 적용하여 살균, 탈취, 전자파 차폐특성을 부여하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. The nanofiber web composed of nanofibers has the advantage of being porous, having a large specific surface area and light weight compared to the volume, and since it is a structure composed of fibers, it has the advantage of being flexible and can be applied in a wide variety of applications. have. In particular, as well-being products are in the spotlight, nanopowders and photocatalysts are applied in real life to produce products that are applied to household products such as building materials, home appliances, and cosmetics. Research to apply sterilization, deodorization, and electromagnetic wave shielding properties to post-treatment is being actively conducted.

한편, 광촉매 분야에서도 광촉매 입자를 표면적이 넓고 재사용할 수 있도록 나노섬유에 복합화 하는 연구가 진행되고 있으나, 나노섬유에 도입되는 광촉매성 입자의 함량이 낮아 광촉매 효율이 낮은 단점이 있다. 또한 광촉매성 금속을 나노와이어로 제조하는 연구가 진행되고 있으나, 광촉매능을 금속은 매우 고가이므로 산업적으로 응용하는데에 한계가 있으며 이를 방사장치로 나노섬유를 제조하는 기술은 극히 드물다. On the other hand, in the photocatalyst field, research is being conducted to complex photocatalyst particles into nanofibers so that they can be reused with a large surface area, but the photocatalytic efficiency is low due to the low content of photocatalytic particles introduced into the nanofibers. In addition, although research on manufacturing photocatalytic metals into nanowires is being conducted, the photocatalytic properties of metals are very expensive, so there is a limit to their industrial application, and the technology for manufacturing nanofibers with a spinning device is extremely rare.

상기 광촉매 재료 중 이산화티타늄은 태양광의 4%미만에 해당하는 자외선 영역만을 흡수하여 태양에너지를 효율적으로 사용하지 못하는 단점을 갖고 있으나, 그 촉매활성능은 다른 반도체성 광촉매 재료에 비하여 높기 때문에 이산화티타늄을 가시광영역대까지 흡수할 수 있도록 하려는 연구가 수행되고 있다. 그 예로는 저분자 유기염료, 귀금속, 금속 이온 및 비금속 이온 등이 있다. 저분자 유기염료는 오랜 시간 동안 빛에 노출되면 광에 대한 안정성이 낮아 탈색되어 재사용을 할 수 없는 단점이 있고, 귀금속은 매우 고가이므로 상업적으로 그 사용이 제한되며, 금속 이온 및 비금속 이온은 물리적 흡착이나 반데르발스 힘과 같은 비교적 약한 상호작용력으로 고정화되어 있기 때문에 복합체의 계면에서 전자 이동이 원활하지 못한 단점이 있다. Among the photocatalyst materials, titanium dioxide absorbs only an ultraviolet region corresponding to less than 4% of sunlight and has a disadvantage in that it cannot use solar energy efficiently, but its catalytic activity is higher than other semiconducting photocatalyst materials. Research is being conducted to make it possible to absorb up to the visible light range. Examples thereof include low molecular weight organic dyes, noble metals, metal ions and non-metal ions. When exposed to light for a long period of time, low molecular weight organic dyes have a disadvantage that they cannot be reused due to low light stability due to low light stability. Precious metals are very expensive, so their use is limited commercially, and metal ions and non-metal ions are Since it is immobilized with a relatively weak interaction force such as van der Waals force, electron movement at the interface of the complex is not smooth.

상기 공액화 고분자는 유기염료와 같은 저분자 유기재료에 비하여 비교적 광안정성이 높고 구조적으로 포화 결합과 불포화 결합이 교대로 존재하기 때문에 p-오비탈이 중첩되어 비편재화된 π-전자들을 형성하고 그 결과로 광학 및 전기전도성의 특성을 갖게 된다. 또한 공액화 고분자는 화학적인 구조의 설계부터 에너지 밴드갭과 전기적인 특성을 원하는 대로 조절할 수 있기 때문에 이러한 공액화 고분자의 반도체성 특성을 응용하여 광촉매 분야에서 적용하는 사례가 증가하고 있다. The conjugated polymer has relatively high photostability compared to low molecular weight organic materials such as organic dyes, and structurally, because saturated and unsaturated bonds exist alternately, p-orbitals overlap to form delocalized π-electrons, and as a result It has optical and electrical conductivity properties. In addition, since the conjugated polymer can control the energy bandgap and electrical properties as desired from the design of the chemical structure, the cases of applying the semiconducting properties of the conjugated polymer to the photocatalyst field are increasing.

이러한 반도체성 광촉매는 태양에너지를 화학에너지로 전환할 수 있는 청정재료이며, 염료나 저분자 유기 화합물과 같은 환경오염물질을 분해할 수 있고, 세균이나 미생물을 분해할 수 있는 자정기능 소재로 그 응용분야가 다양하다. 상기 자정기능은 광촉매의 표면에서 생성된 활성산소종(reactive oxygen species; ROS)의 강력한 산화력에 기인하나, 전체적인 메커니즘은 활성산소종 뿐만 아니라 가전자대 정공, 전도대 전자 등이 관련되는 일련의 산화환원 표면반응이 복잡하게 연계되어 일어난다. 반도체 광촉매는 빛을 흡수하여 가전자대로부터 전도대로 전자를 여기시키고, 이때 생성된 전하쌍이 계면으로 이동하여 전자 전이를 일으킴으로써, 다양한 종류의 산화/환원 반응을 수반한다. 또한 상기 활성산소종은 산소원자를 포함한 화학적으로 반응성이 있는 분자로, 그 종류는 superoxide(O2 -), 과산화수소(H2O2), 하이드록시 라디칼(·OH) 등이 있다. This semiconducting photocatalyst is a clean material that can convert solar energy into chemical energy, can decompose environmental pollutants such as dyes and low molecular weight organic compounds, and is a self-cleaning material that can decompose bacteria and microorganisms. is diverse The self-cleaning function is due to the strong oxidizing power of reactive oxygen species (ROS) generated on the surface of the photocatalyst, but the overall mechanism is a series of redox surfaces involving not only reactive oxygen species but also valence-to-hole, conduction-band electrons, etc. Reactions occur in a complex chain. The semiconductor photocatalyst absorbs light to excite electrons from the valence band to the conduction band, and the generated charge pair moves to the interface to cause electron transition, thereby accompanying various types of oxidation/reduction reactions. In addition, the reactive oxygen species is a chemically reactive molecule including an oxygen atom, and the types include superoxide (O 2 - ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and hydroxyl radical (·OH).

그러나, 종래의 광촉매 재료는 주로 용액에서 사용하거나, 고체를 분산시키거나, 글라스 슬라이드에 코팅 또는 증착시켜 사용하는 것이 대부분이다. 그런데 용액에서 사용하는 경우, 광촉매가 용매에 용해된 상태에서 사용이 가능하기 때문에 그 사용이 제한되고, 고체를 분산시키는 콜로이드의 경우, 여과하거나 원심분리 등 부가적인 공정이 수반되며, 반응 후 폐기 시 폐액 내에 콜로이드 상태로 존재하기 때문에 환경적인 측면에서 단점으로 작용한다. 글라스 슬라이드를 사용하는 경우, 코팅을 위해 촉매 재료를 용융시키거나 용매에 녹여 사용해야는 번거로움이 있으며, 촉매 재료가 반응계의 매질에 침투할 수 없기 때문에 표면적인 측면에서 매우 불리하게 작용한다. 즉, 불균질 촉매의 촉매활성에 있어 촉매표면의 용매친화성은 매우 중요한 요소인데, 이는 촉매표면에서 촉매반응이 일어나기 때문에 촉매의 비표면적이 촉매 활성에 매우 큰 영향을 미친다는 것을 의미한다.However, most of the conventional photocatalyst materials are mainly used in a solution, dispersed in a solid, or coated or deposited on a glass slide. However, when used in a solution, its use is limited because the photocatalyst can be used in a dissolved state in a solvent, and in the case of colloids that disperse solids, additional processes such as filtration or centrifugation are involved, and when discarded after the reaction Because it exists in a colloidal state in the waste fluid, it acts as a disadvantage from an environmental point of view. When a glass slide is used, it is cumbersome to melt the catalyst material or dissolve it in a solvent for coating, and since the catalyst material cannot penetrate the medium of the reaction system, it is very disadvantageous in terms of surface area. That is, the solvent affinity of the catalyst surface is a very important factor in the catalytic activity of a heterogeneous catalyst, which means that the specific surface area of the catalyst has a very large effect on the catalyst activity because the catalytic reaction occurs on the catalyst surface.

따라서, 본 발명은 지지체 성분 자체를 광촉매 재료로 나노섬유화 하여 지지체가 필요없도록 하고, 나노섬유로 구성된 이산화티타늄 나노섬유 웹은 비표면적이 넓고 미세 기공을 갖고 있기 때문에 촉매반응의 표면적이 다른 광촉매 재료보다 유리하며, 반응계의 매질에 대한 흡수성이 뛰어나고, 나노섬유웹을 건져내어 재사용할 수 있기 때문에 회수가 용이한 장점이 있다. 또한 광안정성이 우수한 공액화 고분자 나노입자를 복합화하여 가시광 영역대의 활성을 갖도록 함으로써 기존 이산화티타늄의 한계점을 극복한 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매를 제시하고, 이의 제조방법 및 상기 광촉매를 이용한 광촉매 반응을 제시하고자 한다.Therefore, in the present invention, the support component itself is made into nanofibers with a photocatalytic material to eliminate the need for a support. It is advantageous, has excellent absorbency to the medium of the reaction system, and can be easily recovered because the nanofiber web can be retrieved and reused. In addition, an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers that overcomes the limitations of existing titanium dioxide by complexing conjugated polymer nanoparticles with excellent photostability to have activity in the visible light range, and a method for manufacturing the same and using the photocatalyst We present a photocatalytic reaction.

(선행문헌 0001) 한국등록특허 제10-1562254호: 가시광선 영역에서 광촉매 활성을 가지는 고분자 나노섬유 및 그 제조방법(Prior Document 0001) Korea Patent Registration No. 10-1562254: Polymer nanofibers having photocatalytic activity in the visible light region and method for manufacturing the same (선행문헌 0002) 한국등록특허 제10-1406587호: 단일 노즐 동시전기방사 방법을 이용한 질소가 도핑된 산화아연 돌기가 표면에 붙어있는 산화주석 나노섬유 복합체 광촉매의 제조방법(Prior Document 0002) Korean Patent No. 10-1406587: Method for manufacturing a tin oxide nanofiber composite photocatalyst with nitrogen-doped zinc oxide protrusions attached to the surface using a single nozzle simultaneous electrospinning method (선행문헌 0003) 한국등록특허 제10-1641123호: PVDF 나노섬유층과 이산화티타늄 나노입자가 결합된 플렉서블 나노구조 광촉매 및 그 제조방법(Prior Document 0003) Korean Patent Registration No. 10-1641123: Flexible nanostructured photocatalyst in which PVDF nanofiber layer and titanium dioxide nanoparticles are combined and method for manufacturing the same

본 발명은 가시광 영역대의 흡수를 갖는 공액화 고분자를 합성하고, 이를 나노입자로 제조하여 이산화티타늄 나노섬유에 정전기적인력으로 도입한 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매를 제조하고, 이를 이용한 광촉매 반응을 제공하려는 것을 목적으로 한다. 또한, 회수 및 재사용이 가능한 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention synthesizes a conjugated polymer having absorption in the visible light region, prepares it as nanoparticles, and prepares an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers introduced by electrostatic force into titanium dioxide nanofibers, and a photocatalyst using the same It is intended to provide a response. Another object of the present invention is to provide a method for preparing an organic-inorganic composite photocatalyst based on a nanofiber that can be recovered and reused.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매는, 아래의 화학식 1 또는 화학식 2의 구조를 갖는 공액화 고분자 나노입자; 및 상기 공액화 고분자 나노입자가 도입된 이산화티타늄 나노섬유;로 구성되고, 상기 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매는 광촉매 반응에 이용할 수 있다. The organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers of the present invention for achieving the above object is a conjugated polymer nanoparticle having a structure of Formula 1 or Formula 2 below; and titanium dioxide nanofibers into which the conjugated polymer nanoparticles are introduced, and an organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers can be used for the photocatalytic reaction.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

또한 상기 광촉매 반응은 유기 염료의 분해반응, 유기 화합물의 산화반응, 유기 화합물의 환원반응 중 어느 하나이며, 상기 유기 염료는 로다민 B(Rhodamine B), 메틸렌블루(methylene blue), 메틸오렌지(methylorange) 중 어느 하나이고, 상기 유기 화합물의 산화반응은 벤질아민 유도체 및 퓨로산 중 어느 하나를 대상으로 하며, 상기 유기 화합물의 환원반응은 4-나이트로페놀을 대상으로 하는 것이 바람직하다. In addition, the photocatalytic reaction is any one of a decomposition reaction of an organic dye, an oxidation reaction of an organic compound, and a reduction reaction of an organic compound, and the organic dye is rhodamine B, methylene blue, methylorange. ), the oxidation reaction of the organic compound targets any one of benzylamine derivatives and furoic acid, and the reduction reaction of the organic compound preferably targets 4-nitrophenol.

그리고 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매의 제조방법은, 화학식 1 또는 화학식 2의 구조를 갖는 공액화 고분자를 제조하는 제 1 단계(S100); 상기 제 1 단계에서 제조된 공액화 고분자를 이용하여 공액화 고분자 나노입자 용액을 제조하는 제 2 단계(S200); 이산화티타늄 나노섬유 방사용액을 제조하는 제 3 단계(S300); 상기 제 3 단계에서 제조된 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 제조하는 제 4 단계(S400); 상기 제 4 단계에서 제조된 나노섬유 웹을 열처리 및 소성하는 제 5 단계(S500); 상기 제 5 단계에서 열처리 및 소성된 나노섬유 웹을 아민 처리하는 제 6단계(S600); 및 상기 제 6 단계에서 아민 처리된 나노섬유 웹을 상기 제 2 단계에서 제조된 공액화 고분자 나노입자 용액에 침지하여 복합하는 제 7 단계(S700);를 포함하는 것이 바람직하다. And the method for producing an organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers of the present invention includes a first step (S100) of preparing a conjugated polymer having a structure of Formula 1 or Formula 2; a second step (S200) of preparing a conjugated polymer nanoparticle solution using the conjugated polymer prepared in the first step; A third step of preparing a titanium dioxide nanofiber spinning solution (S300); A fourth step (S400) of producing a nanofiber web by electrospinning the spinning solution prepared in the third step; a fifth step (S500) of heat-treating and firing the nanofiber web prepared in the fourth step; A sixth step (S600) of amine treatment of the heat-treated and fired nanofiber web in the fifth step; and a seventh step (S700) of immersing the amine-treated nanofiber web in the sixth step in the conjugated polymer nanoparticle solution prepared in the second step (S700).

본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매는 공액화 고분자의 나노입자와 이산화티타늄 나노섬유가 정전기적 인력으로 고정화되어 촉매반응의 반응물과 반응표면적이 증가하여 촉매효율을 향상시킬 수 있으며, 반응 중에 쉽게 탈리되지 않아 안정성이 우수한 특징을 갖는다. 또한 공액화 고분자의 나노입자와 이산화티타늄 나노섬유 사이의 전자의 이동이 용이하기 때문에 상기 이산화티타늄 나노섬유가 가시광영역대에서 촉매의 활성을 나타낸다. 특히, 상기 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매는 나노섬유웹 형태로 얻어지기 때문에 비표면적이 넓고, 사용한 뒤 회수가 용이한 장점을 갖는다. 그리고 세척 후 건조하여 재사용할 수 있으므로 경제적 절감효과가 매우 큰 효과를 갖는다. In the organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers of the present invention, the nanoparticles of the conjugated polymer and the titanium dioxide nanofibers are immobilized by electrostatic attraction to increase the reactants and the reaction surface area of the catalytic reaction, thereby improving the catalytic efficiency. It is not easily desorbed during the reaction and has excellent stability. In addition, since the electron movement between the nanoparticles of the conjugated polymer and the titanium dioxide nanofiber is easy, the titanium dioxide nanofiber exhibits catalytic activity in the visible light region. In particular, since the organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofiber is obtained in the form of a nanofiber web, it has a large specific surface area and has the advantage of easy recovery after use. And since it can be reused by drying after washing, it has a very large economic saving effect.

도 1은 본 발명에 따른 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매의 제조방법에 대한 흐름도이며,
도 2는 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매의 재사용에 따른 염료분해율(%)을 나타내는 그래프이며,
도 3은 본 발명의 나노섬유기반 유무기 복합체 광촉매를 이용한 재사용에 따른 전환율(%)을 나타내는 그래프이다.
1 is a flowchart of a method for manufacturing an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers according to the present invention;
2 is a graph showing the dye decomposition rate (%) according to the reuse of the organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofiber of the present invention;
3 is a graph showing the conversion rate (%) according to reuse using the nanofiber-based organic-inorganic composite photocatalyst 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. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and the following examples allow the disclosure of the present invention to be complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art It is provided to fully inform In addition, in the drawings for convenience of description, the size of the components may be exaggerated or reduced. In the drawings, variations of the illustrated shape can be expected, for example depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, the present invention should not be construed as limited to the specific shape of the regions shown herein, but should include, for example, manufacturing-induced shape changes.

이하에서 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매 및 이를 이용한 광촉매 반응에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, an organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers of the present invention and a photocatalytic reaction using the same will be described in detail.

본 발명에 따른 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 공액화 고분자를 제조하는 제 1 단계(S100); 제 1 단계에서 제조된 공액화 고분자를 유기용매에 녹여 3차 증류수에 나노입자을 제조하는 제 2 단계(S200); 나노섬유 방사용액을 제조하는 제 3 단계(S300); 제 3 단계의 방사용액을 전기방사하여 나노섬유웹을 제조하는 제 4 단계(S400); 제 4단계의 나노섬유 웹을 열처리 및 소성하는 제5단계(S500); 제 5 단계의 나노섬유웹에 아민기를 기능화하는 제 6단계(S600); 제 6 단계의 아민처리된 나노섬유웹을 제 2 단계의 공액화 고분자 나노입자 용액에 침지하여 복합하는 제 7 단계(S700);를 포함하는 것이 바람직하다The method for manufacturing an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers according to the present invention, as shown in FIG. 1 , includes a first step (S100) of preparing a conjugated polymer; a second step of dissolving the conjugated polymer prepared in the first step in an organic solvent to prepare nanoparticles in tertiary distilled water (S200); A third step of preparing a nanofiber spinning solution (S300); A fourth step of manufacturing a nanofiber web by electrospinning the spinning solution of the third step (S400); A fifth step (S500) of heat-treating and firing the nanofiber web of the fourth step; A sixth step (S600) of functionalizing an amine group on the nanofiber web of the fifth step; A seventh step (S700) of immersing the amine-treated nanofiber web of the sixth step in the conjugated polymer nanoparticle solution of the second step (S700); it is preferable to include

제 1 단계에 사용된 공액화 고분자는 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 반복단위로 구성된 화합물인 것이 바람직하다. The conjugated polymer used in the first step is preferably a compound composed of a repeating unit represented by the following formula (1) or (2).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 화학식 1에서 Z는 C, CR1R2, N, S, O, NR3, SO2 중 어느 하나이고, 상기 R1, R2, R3은 서로 상이하거나 동일하며, 각각 독립적으로 하나 이상의 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분지쇄인 탄소수가 1 내지 12의 알킬기 또는 알콕시기이다. In Formula 1, Z is any one of C, CR 1 R 2 , N, S, O, NR 3 , and SO 2 , wherein R 1 , R 2 , R 3 are different or the same as each other, and each independently at least one Halogen is a substituted or unsubstituted straight-chain or branched alkyl group or alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

또한, 상기 화학식 2에서 R4, R5는 H, OR6, R7 이고, R6, R7은 서로 상이하거나 동일하며, 각각 독립적으로 하나 이상의 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분지쇄인 탄소수가 1 내지 12인 알킬기 또는 알콕시기이다. 바람직하게는, R4, R5는 n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, n-데실, n-도데실, n-에틸헥실, n-헥실옥시, n-헵틸옥시, n-옥틸옥시, n-데실옥시 및 2-에틸헥실옥시로 이루어진 군으로부터 선택되거나 조합하여 선택될 수 있다. X와 Y의 값은 각 반복 단위의 조성을 몰분율로 나타낸 것으로서 X는 0 내지 0.99의 실수이고, Y는 1-X이다.In addition, in Formula 2, R 4 , R 5 is H, OR 6 , R 7 , R 6 , R 7 are different or the same as each other, and each independently one or more halogens are substituted or unsubstituted straight chain or branched chain It is a C1-C12 alkyl group or an alkoxy group. Preferably, R 4 , R 5 is n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, n-decyl, n-dodecyl, n-ethylhexyl, n-hexyloxy, n-heptyloxy, n-octyloxy, n-decyloxy and 2-ethylhexyloxy, or a combination thereof. The values of X and Y represent the composition of each repeating unit in mole fraction, where X is a real number from 0 to 0.99, and Y is 1-X.

또한 상기 화학식 1 또는 하기 화학식 2에서 Ar은

Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
중 어느 하나인 것이 바람직하다. In addition, in Formula 1 or Formula 2 below, Ar is
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
Any one of them is preferable.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 공액화 고분자의 분자량은 특별히 한정되지 않으나, 수평균분자량이 3,000 내지 100,000인 것이 바람직하며, 용해도 등 그 용도에 요구되는 특성에 따라 상기 수평균분자량의 범위를 적절히 조절하여 사용할 수 있다. In addition, according to the present invention, the molecular weight of the conjugated polymer is not particularly limited, but it is preferable that the number average molecular weight is 3,000 to 100,000, and the range of the number average molecular weight is appropriately adjusted according to the properties required for the use, such as solubility. can be used by

본 발명에서 사용되는 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 공액화 고분자는 스즈키 커플링 (Suzuki coupling) 반응에 의해 제조된 것이나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 합성경로를 통해 제조될 수 있다.The conjugated polymer represented by Formula 1 or 2 used in the present invention is prepared by a Suzuki coupling reaction, but is not limited thereto, and may be prepared through various synthetic routes.

상기, 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매의 제조방법에서 제 2 단계는, 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 공액화 고분자를 나노입자으로 제조하는 방법으로서 구체적으로 다음과 같다. 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 공액화 고분자 1mg 내지 5mg을 물과 혼화성(misciblity)이 있는 유기용매에 1mL에 녹인 용액을 제조하며, 구체적으로는 상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran, THF)을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. The second step in the method for producing an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers is a method for preparing the conjugated polymer represented by Chemical Formula 1 or 2 into nanoparticles, and is specifically as follows. A solution of 1 mg to 5 mg of the conjugated polymer represented by Formula 1 or 2 in 1 mL of an organic solvent having miscibility with water is prepared, specifically, the organic solvent is tetrahydrofuran (THF) It is preferable to use, but is not limited thereto.

다음으로 상기와 같이 제조된 공액화 고분자의 용액을 초음파처리(ultrasonication) 하에서 10 내지 15mL의 3차 증류수에 빠르게 주입시켜주며, 상기 초음파처리 시간은 30분 내지 1시간이 바람직하다. 상기와 같이 3차 증류수에 녹아있는 유기용매를 증발하기 위하여 질소기체 또는 아르곤기체를 30분 내지 1시간 동안 주입하여 준 뒤, 0.45 마이크로미터 이하의 필터로 공액화 고분자 나노입자 용액을 필터링해준다. 상기 제조과정에서 제조된 공액화 고분자의 나노입자의 크기는 20 내지 90 나노미터의 지름을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복합하고자 하는 나노섬유의 직경을 고려하여 적절히 조절가능하다.Next, the solution of the conjugated polymer prepared as described above is rapidly injected into 10 to 15 mL of tertiary distilled water under ultrasonication, and the sonication time is preferably 30 minutes to 1 hour. In order to evaporate the organic solvent dissolved in the tertiary distilled water as described above, nitrogen gas or argon gas is injected for 30 minutes to 1 hour, and then the conjugated polymer nanoparticle solution is filtered with a filter of 0.45 micrometer or less. The size of the nanoparticles of the conjugated polymer prepared in the manufacturing process preferably has a diameter of 20 to 90 nanometers, but is not limited thereto, and can be appropriately adjusted in consideration of the diameter of the nanofiber to be composited.

상기 제 3 단계는 이산화티탄 나노섬유의 방사용액을 제조하는 방법은 구체적으로 다음과 같다. 이산화티탄이 섬유형태로 유지할 수 있도록 구조체(template) 고분자로서 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone, PVP)을 사용하였으나, 섬유형성능이 있는 고분자이면 어느 것이든 사용가능하다. 다음으로 촉매효율을 극대화 하기 위하여 이산화티탄의 메조다공성을 부여할 수 있는 계면활성제로서 폴리에틸렌글리콜과 폴리프로필렌글리콜이 3블록으로 구성된 블록공중합체(P123)를 사용하였으나, 계면활성제로 사용되는 블록공중합체 어느 것이든 사용가능하다. 상기 PVP과 P123을 에탄올에 용해하여 섬유구조체 용액을 제조하고, 이 용액에 이산화티탄 전구체인 티타늄이소프로폭사이드 (titanium isopropoxide, TTIP)와 산촉매를 첨가하고 80 내지 100oC의 온도에서 1시간 동안 가열한 뒤 상온으로 냉각하여 이산화티탄 나노섬유의 방사용액을 제조할 수 있다. In the third step, a method for preparing a spinning solution of titanium dioxide nanofibers is specifically as follows. Polyvinylpyrrolidone (PVP) is used as a template polymer so that titanium dioxide can be maintained in the form of fibers, but any polymer having fiber-forming ability can be used. Next, in order to maximize the catalytic efficiency, a block copolymer (P123) composed of three blocks of polyethylene glycol and polypropylene glycol was used as a surfactant capable of imparting mesoporosity of titanium dioxide, but a block copolymer used as a surfactant Either can be used. The PVP and P123 were dissolved in ethanol to prepare a fibrous structure solution, titanium dioxide precursor titanium isopropoxide (TTIP) and an acid catalyst were added to the solution, and at a temperature of 80 to 100 o C for 1 hour. After heating, it can be cooled to room temperature to prepare a spinning solution of titanium dioxide nanofibers.

제 4 단계는, 이산화티탄 나노섬유를 제조하는 단계로서, 구체적으로 다음과 같다. 상기 제 3 단계에서 제조된 이산화티탄 나노섬유의 방사용액을 주사기(syringe)에 주입하고 18 내지 24 게이지(gauge)의 직경을 갖는 스테인레스 (stainless) 바늘을 끼우며, 구체적으로는 방사용액이 고르게 방사되기 위하여 바늘 끝이 뾰족하지 않고 잘려진 컷오프(cut-off) 형태인 것이 바람직하다. 다음으로 상기 방사용액이 주입된 주사기를 일정 압력을 가할 수 있는 주사기펌프에 설치하며, 구체적으로는 유속이 0.5 내지 1mL/h인 것이 바람직하다. 양 전극을 방사용액이 주입된 주사기의 바늘에 연결하고 반대 음전극을 수집판 (collector plate)에 연결하며, 구체적으로는 상기 수집판에 알루미늄 호일을 깔아 나노섬유를 용이하게 회수하는 것이 바람직하며, 상하좌우 움직일 수 있도록 하여 나노섬유가 고르게 적층될 수 있는 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 전기방사에 인가하는 전압은 10 내지 20kV인 것이 바람직하며 섬유의 직경, 방사용액의 점도, 방사 바늘의 직경에 따른 방사용액의 용량, 주입하는 펌프의 속도에 따라 적절히 조절가능하고, 방사시간은 최소 4 시간에서 최대 10시간인 것이 나노섬유를 회수하여 후처리 하기가 용이하다. The fourth step is a step for producing a titanium dioxide nanofiber, specifically as follows. The spinning solution of the titanium dioxide nanofiber prepared in the third step is injected into a syringe and a stainless needle having a diameter of 18 to 24 gauge is inserted, specifically, the spinning solution is evenly spun It is preferable that the needle tip be in the form of a cut-off that is not sharpened in order to be used. Next, the syringe into which the spinning solution is injected is installed in a syringe pump capable of applying a certain pressure, and specifically, it is preferable that the flow rate is 0.5 to 1 mL/h. The positive electrode is connected to the needle of the syringe into which the spinning solution is injected, and the opposite negative electrode is connected to a collector plate. Specifically, it is preferable to easily recover the nanofibers by laying aluminum foil on the collection plate, It is preferable to use a device that allows the nanofibers to be evenly stacked by moving left and right. The voltage applied to the electrospinning is preferably 10 to 20 kV and can be appropriately adjusted according to the diameter of the fiber, the viscosity of the spinning solution, the capacity of the spinning solution according to the diameter of the spinning needle, and the speed of the pump to be injected, and the spinning time is the minimum It is easy to recover the nanofibers and post-process them for 4 to 10 hours.

본 발명에서는 나노섬유를 제조하기 위하여 전기방사법을 채택하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 나노섬유를 형성할 수 있는 어느 공정이라면 가능하다. In the present invention, although the electrospinning method is adopted to manufacture the nanofiber, it is not limited thereto, and any process capable of forming the nanofiber is possible.

본 발명에서 제 5 단계는 상기 제 4 단계에서 제조된 에 있어서, 상기 제 4 단계에서 제조된 나노섬유들로 구성된 나노섬유 웹(web)으로부터 잔존 용매 및 수분 등을 제거하고, 미반응 이산화티탄 전구체의 추가적인 졸-젤(sol-gel) 반응을 유도하기 위하여 100 내지 150oC의 온도에서 열처리(baking)를 1 시간 내지 6 시간 동안 수행한다. 다음으로 열처리가 끝난 나노섬유에 존재하는 구조체고분자 및 계면활성제를 제거하고, 이산화티탄의 고유 결정격자를 부여할 수 있도록 500 내지 700oC에서 소성과정을 거치게 된다. 즉, 도가니에 나노섬유를 담아 가열로(funace)에 넣고 최소 6시간 동안 소성하여 메조다공성 이산화티탄 나노섬유를 제조한다. 이때 상기 나노섬유의 직경은 100 내지 200 nm인 것이 바람직하다.In the fifth step of the present invention, in the prepared in the fourth step, the residual solvent and moisture are removed from the nanofiber web composed of the nanofibers prepared in the fourth step, and the unreacted titanium dioxide precursor Heat treatment (baking) at a temperature of 100 to 150 o C to induce an additional sol-gel reaction is performed for 1 hour to 6 hours. Next, the structure polymer and surfactant present in the heat-treated nanofibers are removed, and a calcination process is performed at 500 to 700 o C to provide a unique crystal lattice of titanium dioxide. That is, the nanofibers are placed in a crucible, put in a furnace, and fired for at least 6 hours to prepare mesoporous titanium dioxide nanofibers. In this case, the diameter of the nanofiber is preferably 100 to 200 nm.

제 6 단계는 상기 제 5 단계에서 제조된 나노섬유 웹을 아민처리하는 단게로서, 상기 메조다공성 이산화티탄 나노섬유를 에탄올에 넣고 3-아미노프로필트리에톡시실란((3-Aminopropyl)triethoxysilane, APTES)을 첨가한 뒤 4 시간 내지 6시간 동안 천천히 롤링(rolling) 하거나 교반하여 반응을 시킨다. 이후에 이를 건져내어 에탄올로 세척한 뒤, 100 내지 150 oC의 온도에서 2 시간 내지 6시간 동안 열처리한다.The sixth step is an amine treatment of the nanofiber web prepared in the fifth step, wherein the mesoporous titanium dioxide nanofibers are put in ethanol and 3-aminopropyltriethoxysilane ((3-Aminopropyl)triethoxysilane, APTES) After the addition of the reaction by slowly rolling (rolling) or stirring for 4 to 6 hours. After that, it is taken out, washed with ethanol, and heat-treated at a temperature of 100 to 150 o C for 2 to 6 hours.

이후의 제 7 단계는 상기 제 2 단계에서 제조한 공액화 고분자 나노입자와 제 6 단계에서 제조한 나노섬유를 복합하는 단계로서, 상기 제 2 단계에서 제조한 공액화 고분자 나노입자 용액에 제 6 단계의 아민처리된 이산화티탄 나노섬유를 침지하고, 4 시간 내지 6시간 동안 천천히 롤링하거나 교반하여 반응시킨다. 이후에 이를 건져내어 3차 증류수로 세척한 뒤 건조한다.The following seventh step is a step of combining the conjugated polymer nanoparticles prepared in the second step with the nanofibers prepared in the sixth step, and the sixth step is to add the conjugated polymer nanoparticles prepared in the second step to the solution. of amine-treated titanium dioxide nanofibers are immersed, and reacted by rolling or stirring slowly for 4 to 6 hours. After that, it is taken out, washed with tertiary distilled water, and dried.

상기와 같이 제조된 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매를 이용한 광촉매 반응은 유기염료의 분해반응과 유기화합물의 산화 또는 환원반응을 포함한다. 이때 상기 유기염료는 로다민 B, 메틸렌블루, 메틸오렌지 중 어느 하나인 것이 바람직하고, 상기 산화반응에 사용되는 유기화합물은 벤질아민(benzylamine) 유도체, 퓨로산(furoic acid) 유도체 중 어느 하나인 것이 바람직하고, 상기 환원반응에 사용되는 유기화합물은 4-나이트로페놀 유도체 중 어느 하나인 것이 바람직하다.The photocatalytic reaction using the organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers of the present invention prepared as described above includes a decomposition reaction of an organic dye and an oxidation or reduction reaction of an organic compound. In this case, the organic dye is preferably any one of rhodamine B, methylene blue, and methyl orange, and the organic compound used in the oxidation reaction is any one of a benzylamine derivative and a furoic acid derivative. Preferably, the organic compound used in the reduction reaction is preferably any one of 4-nitrophenol derivatives.

본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매를 사용한 광촉매 반응은 다음과 같이 진행될 수 있다. 즉, 제조된 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매를 유기염료 수용액 또는 산화/환원반응의 반응용액이 담긴 20 ml의 바이알에 침지한 뒤, 교반하면서 LED 램프로 광조사한다. 여기서 LED 램프와 바이알의 거리는 5~10 cm이고, 광원의 세기는 5~10 mA의 범위이며, 시간 별로 반응용액을 회수하여 UV/Vis 흡수스펙트럼 또는 핵자기공명분광(nuclear magnetic resonance; NMR) 스펙트럼으로 염료의 분해 또는 산화/환원반응의 생성물을 확인한다. 또한 반응과정을 박막층크로마토그래피(thin layer chromatography; TLC)로 확인하는 것도 가능하다. The photocatalytic reaction using the organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers of the present invention may proceed as follows. That is, the organic-inorganic composite photocatalyst based on the prepared nanofibers is immersed in a 20 ml vial containing an aqueous organic dye solution or a reaction solution of an oxidation/reduction reaction, and then irradiated with an LED lamp while stirring. Here, the distance between the LED lamp and the vial is 5 to 10 cm, the intensity of the light source is in the range of 5 to 10 mA, and the reaction solution is recovered by time to obtain UV/Vis absorption spectrum or nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum. to identify the product of the decomposition of the dye or the oxidation/reduction reaction. It is also possible to confirm the reaction process by thin layer chromatography (TLC).

본 발명에 따른 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매는 재사용이 가능한 특징을 갖는다. 즉 상기 광촉매로 촉매반응을 진행한 뒤 건져내어 용매로 씻어내고 재사용이 가능하게 된다. The organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers according to the present invention has a reusable feature. That is, after carrying out the catalytic reaction with the photocatalyst, it is removed, washed with a solvent, and reused.

상기와 같은 광촉매 반응시 촉매반응의 매커니즘은 다음과 같다. 300~700nm의 파장을 갖는 광원에 의해 공액화 고분자의 가전자대에 존재하는 전자가 전도대로 여기되고, 이 과정에서 발생한 전자는 이산화티타늄 나노섬유로 이동하여 이산화티타늄 고유의 높은 촉매활성을 나타낼 수 있게 된다. 이 과정에서 이동한 정공과 전자에 의해 주변에 존재하는 삼중항 산소를 활성산소종으로 전환시킨다. 생성된 활성산소종은 강력한 산화제로 작용하기 때문에 로다민 B, 메틸렌블루, 메틸오렌지와 같은 염료를 분해할 수 있을 뿐만 아니라, 벤즈알데하이드의 산화반응에 의한 벤조산 전환, 벤질아민의 산화성 커플링반응에 의한 N-벤질-1-페닐메탄디아민유도체 생성, 수소화붕소나트륨 존재하에 4-나이트로페놀 유도체를 4-아미노페놀로 전환할 수 있다. 또한 퓨로산을 퓨라논으로의 전환이 가능하다. The mechanism of the catalytic reaction in the photocatalytic reaction as described above is as follows. Electrons present in the valence band of the conjugated polymer are excited into the conduction band by a light source having a wavelength of 300 to 700 nm, and the electrons generated in this process move to the titanium dioxide nanofiber to exhibit the unique high catalytic activity of titanium dioxide. do. In this process, the triplet oxygen present in the vicinity is converted into reactive oxygen species by the moved holes and electrons. Since the generated reactive oxygen species acts as a strong oxidizing agent, it can not only decompose dyes such as rhodamine B, methylene blue, and methyl orange, but also convert benzoic acid by oxidation of benzaldehyde and oxidative coupling of benzylamine. By producing an N-benzyl-1-phenylmethanediamine derivative, the 4-nitrophenol derivative can be converted into 4-aminophenol in the presence of sodium borohydride. It is also possible to convert furoacids to furanones.

이하에서는 본 발명에 대하여 실시예로서 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail as examples. However, these Examples are for describing the present invention in detail, and the scope of the present invention is not limited to these Examples.

[[ 제조예manufacturing example 1] One] 공액화conjugation 고분자의 제조(S100) Preparation of polymer (S100)

[[ 제조예manufacturing example 1-1] 화학식 1의 1-1] Formula 1 플루오렌계fluorene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 1의 플루오렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 9,9-다이옥틸 플루오렌-2,7-다이보로닉에시드 비스(1,3-프로판디올) 에스터 0.558 g (1 mmol)과 1,4-다이브로모벤젠 0.235.9 g (1 mmol)과 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.059 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 10 mL의 톨루엔과 7 mL의 2 M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고, 90 ℃에서 48 시간동안 환류하였다. 반응 후 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 고체를 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 고체를 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하였다. 얻어진 석출물은 수평균 분자량이 10,000이상이며, 녹색의 공액화 고분자를 제조하였다. In order to prepare a fluorene-based conjugated polymer of Formula 1, 0.558 g (1 mmol) of 9,9-dioctyl fluorene-2,7-diboronic acid bis(1,3-propanediol) ester and 1, 0.235.9 g (1 mmol) of 4-dibromobenzene and 0.059 g (0.05 mmol) of tetrakis(triphenylphosphine)palladium catalyst were mixed with 10 mL of dehumidified toluene and 7 mL of 2 MK 2 CO 3 It was dissolved in the mixed solution and refluxed at 90° C. for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate a solid, and the precipitate was filtered. The solid obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in that order and dried. The obtained precipitate had a number average molecular weight of 10,000 or more, and a green conjugated polymer was prepared.

상기 제조예 1-1에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-1)에서 Z는 CR1R2이고, 이때 R1, R2는 탄소의 개수가 8개인 알킬기이며, Ar은 벤젠이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-1) prepared in Preparation Example 1-1, Z is CR 1 R 2 , wherein R 1 , R 2 is an alkyl group having 8 carbons, and Ar is benzene .

그리고 상기와 같이 제조된 CP-1은 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-1 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ=7.6~7.8 ppm(10H, 방향족), 3.3 ppm(4H, 알킬기), 2.2 ppm(4H, 알킬기), 2.17 ppm(4H, 알킬기), 1.34-0.94 ppm(22H, 알킬기) 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ=7.6~7.8 ppm (10H, aromatic), 3.3 ppm (4H, alkyl group), 2.2 ppm (4H, alkyl group), 2.17 ppm (4H, alkyl group), 1.34-0.94 ppm (22H, alkyl group)

[[ 제조예manufacturing example 1-2] 화학식 1의 1-2] of Formula 1 플루오렌계fluorene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 1의 플루오렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 9,9-다이옥틸 플루오렌-2,7-다이보로닉에시드 비스(1,3-프로판디올) 에스터 0.558 g (1 mmol)과 5,8-다이브로모퀴녹살린 0.288 g (1 mmol), 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.058 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 톨루엔 5 ml에 녹인 후 2 M K2CO3 3 ml와 물 2 ml를 첨가한 후 Aliquat 336을 2~3 방울 넣고 48 시간 동안 90 ℃에서 환류하였다. 반응 후 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 고체를 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 30,000이상이며, 녹색의 공액화 고분자를 제조하였다. To prepare a fluorene-based conjugated polymer of Formula 1, 0.558 g (1 mmol) of 9,9-dioctyl fluorene-2,7-diboronic acid bis(1,3-propanediol) ester and 5, 0.288 g (1 mmol) of 8-dibromoquinoxaline and 0.058 g (0.05 mmol) of a tetrakis (triphenylphosphine) palladium catalyst were dissolved in 5 ml of dehumidified toluene, followed by 2 MK 2 CO 3 3 ml and water After adding 2 ml, 2 to 3 drops of Aliquat 336 were added and refluxed at 90° C. for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate a solid, and the precipitate was filtered. The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in that order and dried to prepare a green conjugated polymer having a molecular weight of 30,000 or more.

상기 제조예 1-2에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-2)에서 Z는 CR1R2이고, 이때 R1, R2는 탄소의 개수가 8개인 알킬기이며, Ar은 퀴녹실린이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-2) prepared in Preparation Example 1-2, Z is CR 1 R 2 , wherein R 1 , R 2 is an alkyl group having 8 carbons, Ar is quinoxyline to be.

그리고 상기와 같이 제조된 CP-2는 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-2 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300MHz, CDCl3) δ = 7.87~7.69 ppm (m, 10H, 방향족), 2.13 ppm (s, 4H, 알킬), 1.28~0.8 ppm (30H, 알킬). 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ = 7.87-7.69 ppm (m, 10H, aromatic), 2.13 ppm (s, 4H, alkyl), 1.28-0.8 ppm (30H, alkyl).

[[ 제조예manufacturing example 1-3] 화학식 1의 1-3] of Formula 1 플루오렌계fluorene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 1의 플루오렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 9,9-다이옥틸 플루오렌-2,7-다이보로닉에시드 비스(1,3-프로판디올) 에스터 0.558 g (1 mmol)과 5,8-다이브로모-2,3-다이페닐퀴녹살린 0.44 g (1 mmol), 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.058 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 톨루엔 5 ml에 녹인 후 2 M K2CO3 3 ml와 물 2 ml를 첨가한 후 Aliquat 336을 2~3 방울 넣고 48 시간 동안 90 ℃에서 환류하였다. 반응 후 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 고체를 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 30,000이상이며, 녹색의 공액화 고분자를 제조하였다. To prepare a fluorene-based conjugated polymer of Formula 1, 0.558 g (1 mmol) of 9,9-dioctyl fluorene-2,7-diboronic acid bis(1,3-propanediol) ester and 5, After dissolving 0.44 g (1 mmol) of 8-dibromo-2,3-diphenylquinoxaline and 0.058 g (0.05 mmol) of tetrakis(triphenylphosphine)palladium catalyst in 5 ml of dehumidified toluene, 2 MK After adding 3 ml of 2 CO 3 and 2 ml of water, 2-3 drops of Aliquat 336 were added and refluxed at 90° C. for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate a solid, and the precipitate was filtered. The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in that order and dried to prepare a green conjugated polymer having a molecular weight of 30,000 or more.

상기 제조예 1-3에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-3)에서 Z는 CR1R2이고, 이때 R1, R2는 탄소의 개수가 8개인 알킬기이며, Ar은 2,3-다이페닐퀴녹살린이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-3) prepared in Preparation Example 1-3, Z is CR 1 R 2 , wherein R 1 , R 2 is an alkyl group having 8 carbons, Ar is 2, It is 3-diphenylquinoxaline.

그리고 상기와 같이 제조된 CP-3는 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-3 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300MHz, CDCl3) δ = 7.78~7.64 ppm (m, 18H, 방향족), 2.13 ppm (s, 4H, 알킬) 1.27~0.81 ppm (m, 26H, 알킬). 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ = 7.78-7.64 ppm (m, 18H, aromatic), 2.13 ppm (s, 4H, alkyl) 1.27-0.81 ppm (m, 26H, alkyl).

[[ 제조예manufacturing example 1-4] 화학식 1의 1-4] of Formula 1 플루오렌계fluorene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 1의 플루오렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 9,9-다이옥틸 플루오렌-2,7-다이보로닉에시드 비스(1,3-프로판디올) 에스터 0.558 g (1 mmol)과 4,7-다이브로모벤조[c][1,2,5]싸이아다이아졸 0.294 g (1 mmol)과 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.059 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 10 mL의 톨루엔과 7 mL의 2 M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고, 90 ℃에서 48 시간 동안 환류하였다. 반응 후, 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. . 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 10,000 이상이며, 노란색의 공액화 고분자를 제조하였다. To prepare a fluorene-based conjugated polymer of Formula 1, 0.558 g (1 mmol) of 9,9-dioctyl fluorene-2,7-diboronic acid bis(1,3-propanediol) ester and 4, 0.294 g (1 mmol) of 7-dibromobenzo[c][1,2,5]thiadiazole and 0.059 g (0.05 mmol) of tetrakis(triphenylphosphine)palladium catalyst in 10 mL of dehumidified of toluene and 7 mL of a mixed solution of 2 MK 2 CO 3 , and refluxed at 90° C. for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate, and the precipitate was filtered. . The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in that order and dried to prepare a yellow conjugated polymer having a molecular weight of 10,000 or more.

상기 제조예 1-4에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-4)에서 Z는 CR1R2이고, 이때 R1, R2는 탄소의 개수가 8개인 알킬기이며, Ar은 2,1,3-벤조싸이아다이아졸이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-4) prepared in Preparation Example 1-4, Z is CR 1 R 2 , wherein R 1 , R 2 is an alkyl group having 8 carbons, Ar is 2, 1,3-benzothiadiazole.

그리고 상기와 같이 제조된 CP-4는 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-4 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ=8.06 ppm(8H, 방향족), 3.32 ppm(4H, 알킬), 2.17 ppm (4H, 알킬), 1.3~0.94(m, 26H, 알킬). 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ=8.06 ppm (8H, aromatic), 3.32 ppm (4H, alkyl), 2.17 ppm (4H, alkyl), 1.3-0.94 (m, 26H, alkyl).

[[ 제조예manufacturing example 1-5] 화학식 1의 1-5] Formula 1 플루오렌계fluorene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 1의 플루오렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 2,7-다이브로모-9,9-비스(6-브로모헥실)플루오렌 0.65g (1 mmol)과 4,7-비스[5-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보로란-2-일)싸이오펜-2-일]벤조-2,1,3-싸이아다이아졸 0.552g (1 mmol)과 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.059 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 10 mL의 톨루엔과 7 mL의 2 M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고, 90 ℃에서 48 시간동안 환류하였다. 반응 후, 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 10,000 이상이며, 적색의 공액화 고분자를 제조하였다. To prepare a fluorene-based conjugated polymer of Formula 1, 0.65 g (1 mmol) of 2,7-dibromo-9,9-bis(6-bromohexyl)fluorene and 4,7-bis[5-( 0.552 g (1 mmol) of 4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)thiophen-2-yl]benzo-2,1,3-thiazole ) and tetrakis (triphenylphosphine) palladium catalyst 0.059 g (0.05 mmol) were dissolved in a mixed solution of 10 mL of toluene and 7 mL of 2 MK 2 CO 3 dehumidified, and at 90° C. for 48 hours. refluxed. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate, and the precipitate was filtered. The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in that order and dried to prepare a red conjugated polymer having a molecular weight of 10,000 or more.

상기 제조예 1-5에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-5)에서 Z는 CR1R2이고, 이때 R1, R2는 탄소의 개수가 8개인 알킬기이며, Ar은 비스싸이에닐벤조싸이아다이아졸이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-5) prepared in Preparation Example 1-5, Z is CR 1 R 2 , wherein R 1 , R 2 is an alkyl group having 8 carbons, and Ar is biscis It is enylbenzothiazole.

그리고 상기와 같이 제조된 CP-5는 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-5 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ=8.14~8.16 ppm(12H, 방향족), 3.32(2H, 알킬기), 2.03(2H, 알킬기), 1.56~0.8 ppm(m, 30H, 알킬기). 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ=8.14-8.16 ppm (12H, aromatic), 3.32 (2H, alkyl group), 2.03 (2H, alkyl group), 1.56-0.8 ppm (m, 30H, alkyl group).

[[ 제조예manufacturing example 1-6] 화학식 1의 1-6] Formula 1 플루오렌계fluorene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 1의 플루오렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 9,9-다이옥틸 플루오렌-2,7-다이보로닉에시드 비스(1,3-프로판디올) 에스터 0.558 g (1 mmol)과 5,7-다이브로모-싸이에노[3,4-b]피라진 0.294 g (1 mmol), 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.058 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 톨루엔 5 ml에 녹인 후 2 M K2CO3 3 ml와 물 2 ml를 첨가한 후 Aliquat 336을 2~3 방울 넣고 48시간 동안 90℃에서 환류하였다. 반응 후 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 고체를 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 10,000 이상이며, 보라색의 공액화 고분자를 제조하였다. To prepare a fluorene-based conjugated polymer of Formula 1, 0.558 g (1 mmol) of 9,9-dioctyl fluorene-2,7-diboronic acid bis(1,3-propanediol) ester and 5, 7-dibromo- cyeno[3,4-b ]pyrazine 0.294 g (1 mmol) and tetrakis(triphenylphosphine)palladium catalyst 0.058 g (0.05 mmol) were dissolved in 5 ml of dehumidified toluene After 2 MK 2 CO 3 3 ml and 2 ml of water were added, 2 to 3 drops of Aliquat 336 were added and refluxed at 90° C. for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate a solid, and the precipitate was filtered. The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in that order and dried to prepare a purple conjugated polymer having a molecular weight of 10,000 or more.

상기 제조예 1-6에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-6)에서 Z는 CR1R2이고, 이때 R1, R2는 탄소의 개수가 8개인 알킬기이며, Ar은 싸이에노피라진이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-6) prepared in Preparation Example 1-6, Z is CR 1 R 2 , wherein R 1 , R 2 is an alkyl group having 8 carbons, and Ar is between It is nopyrazine.

그리고 상기와 같이 제조된 CP-6는 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-6 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ=8.14~8.16 ppm(m, 8H, 방향족), 3.30-3.32(m, 2H, 알킬기), 2.13-2.2(s, 6H, 알킬기), 1.56~0.8 ppm(m, 26H, 알킬기). 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ=8.14~8.16 ppm(m, 8H, aromatic), 3.30-3.32(m, 2H, alkyl group), 2.13-2.2(s, 6H, alkyl group), 1.56~0.8 ppm (m, 26H, an alkyl group).

[[ 제조예manufacturing example 1-7] 화학식 2의 1-7] Formula 2 페닐렌계phenylene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 2의 페닐렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 1,4-비스(옥틸록시)-2,5-다이브로모벤젠 492 mg (1 mmol)과 1,4-벤젠다이보로닉산 비스(피나콜)에스터 0.165 g (0.5 mmol)과 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.029 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 10 mL의 톨루엔과 7 mL의 2 M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고, 90 ℃에서 48 시간동안 환류하였다. 반응 후, 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 10,000 이상인 공액화 고분자를 제조하였다. 1,4-bis(octyloxy)-2,5-dibromobenzene 492 mg (1 mmol) and 1,4-benzenediboronic acid bis(pinacol) to prepare a phenylene-based conjugated polymer of Formula 2 0.165 g (0.5 mmol) of the ester and 0.029 g (0.05 mmol) of tetrakis (triphenylphosphine) palladium catalyst were dissolved in 10 mL of dehumidified toluene and 7 mL of 2 MK 2 CO 3 mixed solution, It was refluxed at 90 °C for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate, and the precipitate was filtered. The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in this order and dried to prepare a conjugated polymer having a molecular weight of 10,000 or more.

상기 제조예 1-7에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-7)에서 R4, R5는 탄소의 개수가 8개인 알콕시이며, Ar은 벤젠이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-7) prepared in Preparation Example 1-7, R 4 , R 5 are alkoxy having 8 carbons, and Ar is benzene.

그리고 상기와 같이 제조된 CP-7은 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-7 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ=7.2~8.1 ppm(6H, 방향족), 3.92 ppm(4H, 알킬기), 3.4~3.2 ppm(16H, 알킬기), 1.78~1.8 ppm(8H, 알킬기), 1.47 ppm(6H, 알킬기) 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ = 7.2 to 8.1 ppm (6H, aromatic), 3.92 ppm (4H, alkyl group), 3.4 to 3.2 ppm (16H, alkyl group), 1.78 to 1.8 ppm (8H, alkyl group), 1.47 ppm (6H, alkyl group)

[[ 제조예manufacturing example 1-8] 화학식 2의 1-8] of Formula 2 페닐렌계phenylene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 2의 페닐렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 1,4-비스(옥틸록시)-2,5-다이브로모벤젠 492 mg (1 mmol), 1,4-벤젠다이보로닉산 비스(피나콜)에스터 0.165 g (0.5 mmol), 5,8-다이브로모퀴녹살린 0.144 g (0.5 mmol)과 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.058 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 10 mL의 톨루엔과 7 mL의 2 M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고, 90 ℃에서 48 시간동안 환류하였다. 반응 후, 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 10,000 이상인 공액화 고분자를 제조하였다. 1,4-bis(octyloxy)-2,5-dibromobenzene 492 mg (1 mmol), 1,4-benzenediboronic acid bis(pinacol) to prepare a phenylene-based conjugated polymer of Formula 2 0.165 g (0.5 mmol) of ester, 0.144 g (0.5 mmol) of 5,8-dibromoquinoxaline and 0.058 g (0.05 mmol) of tetrakis(triphenylphosphine)palladium catalyst were mixed with 10 mL of dehumidified toluene It was dissolved in 7 mL of a mixed solution of 2 MK 2 CO 3 , and refluxed at 90° C. for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate, and the precipitate was filtered. The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in this order and dried to prepare a conjugated polymer having a molecular weight of 10,000 or more.

상기 제조예 1-8에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-8)에서 R4, R5는 탄소의 개수가 8개인 알콕시이며, Ar은 퀴녹살린이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-8) prepared in Preparation Example 1-8, R 4 , R 5 are alkoxy having 8 carbons, and Ar is quinoxaline.

그리고 상기와 같이 제조된 CP-8은 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-8 prepared as described above was confirmed as follows by using 1 H-NMR.

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ=7.28~8.1 ppm(6H, 방향족), 3.92 ppm(4H, 알킬기), 3.8~3.4 ppm(16H, 알킬기), 1.76~1.82 ppm(8H, 알킬기), 1.23 ppm(6H, 알킬기) 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ=7.28 to 8.1 ppm (6H, aromatic), 3.92 ppm (4H, alkyl group), 3.8 to 3.4 ppm (16H, alkyl group), 1.76 to 1.82 ppm (8H, alkyl group), 1.23 ppm (6H, alkyl group)

[[ 제조예manufacturing example 1-9] 화학식 2의 1-9] Formula 2 페닐렌계phenylene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 2의 페닐렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 1,4-비스(옥틸록시)-2,5-다이브로모벤젠 492mg (1 mmol), 1,4-벤젠다이보로닉산 비스(피나콜)에스터 0.165g (0.5 mmol), 5,8-다이브로모-2,3-다이페닐퀴녹살린 0.22 g (0.5 mmol)과 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.058 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 10 mL의 톨루엔과 7 mL의 2 M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고, 90 ℃에서 48 시간동안 환류하였다. 반응 후, 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 10,000 이상인 공액화 고분자를 제조하였다. 1,4-bis(octyloxy)-2,5-dibromobenzene 492 mg (1 mmol), 1,4-benzenediboronic acid bis(pinacol) ester to prepare a phenylene-based conjugated polymer of Formula 2 Dehumidify 0.165 g (0.5 mmol), 0.22 g (0.5 mmol) of 5,8-dibromo-2,3-diphenylquinoxaline and 0.058 g (0.05 mmol) of tetrakis(triphenylphosphine)palladium catalyst It was dissolved in a mixed solution of 10 mL of toluene and 7 mL of 2 MK 2 CO 3 , and refluxed at 90° C. for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate, and the precipitate was filtered. The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in this order and dried to prepare a conjugated polymer having a molecular weight of 10,000 or more.

상기 제조예 1-9에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-9)에서 R4, R5는 탄소의 개수가 8개인 알콕시이며, Ar은 2,3-다이페닐퀴녹살린이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-9) prepared in Preparation Example 1-9, R 4 , R 5 are alkoxy having 8 carbons, and Ar is 2,3-diphenylquinoxaline.

그리고 상기와 같이 제조된 CP-9는 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-9 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ=7.28~8.1 ppm(10H, 방향족), 3.92 ppm(4H, 알킬기), 3.7~3.5 ppm(16H, 알킬기), 1.78~1.83 ppm(8H, 알킬기), 1.47 ppm(6H, 알킬기) 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ=7.28 to 8.1 ppm (10H, aromatic), 3.92 ppm (4H, alkyl group), 3.7 to 3.5 ppm (16H, alkyl group), 1.78 to 1.83 ppm (8H, alkyl group), 1.47 ppm (6H, alkyl group)

[[ 제조예manufacturing example 1-10] 화학식 2의 1-10] of Formula 2 페닐렌계phenylene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 2의 페닐렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 1,4-비스(옥틸록시)-2,5-다이브로모벤젠 492 mg (1 mmol)과 1,4-벤젠다이보로닉산 비스(피나콜)에스터 0.330 g (0.5 mmol), 4,7-다이브로모벤조[c][1,2,5]싸이아다이아졸 0.294 g (0.5 mmol)과 그리고 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.058 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 10 mL의 톨루엔과 7 mL의 2 M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고, 90 ℃에서 48 시간동안 환류하였다. 반응 후, 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 10,000 이상인 공액화 고분자를 제조하였다. 1,4-bis(octyloxy)-2,5-dibromobenzene 492 mg (1 mmol) and 1,4-benzenediboronic acid bis(pinacol) to prepare a phenylene-based conjugated polymer of Formula 2 0.330 g (0.5 mmol) of ester, 0.294 g (0.5 mmol) of 4,7-dibromobenzo[c][1,2,5]thiadiazole and 0.058 g of tetrakis(triphenylphosphine)palladium catalyst ( 0.05 mmol) was dissolved in a mixed solution of 10 mL of dehumidified toluene and 7 mL of 2 MK 2 CO 3 , and refluxed at 90° C. for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate, and the precipitate was filtered. The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in this order and dried to prepare a conjugated polymer having a molecular weight of 10,000 or more.

상기 제조예 1-10에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-10)에서 R4, R5는 탄소의 개수가 8개인 알콕시이며, Ar은 2,1,3-벤조싸이아다이아졸이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-10) prepared in Preparation Example 1-10, R 4 , R 5 are alkoxy having 8 carbons, and Ar is 2,1,3-benzothiazole .

그리고 상기와 같이 제조된 CP-10은 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-10 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ=7.27~8.3 ppm(5H, 방향족), 3.94 ppm(4H, 알킬기), 3.23~3.42 ppm(16H, 알킬기), 1.76~1.82 ppm(8H, 알킬기), 1.38 ppm(6H, 알킬기) 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ=7.27 to 8.3 ppm (5H, aromatic), 3.94 ppm (4H, alkyl group), 3.23 to 3.42 ppm (16H, alkyl group), 1.76 to 1.82 ppm (8H, alkyl group), 1.38 ppm (6H, alkyl group)

[[ 제조예manufacturing example 1-11] 화학식 2의 1-11] Formula 2 페닐렌계phenylene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 2의 페닐렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 1,4-비스(옥틸록시)-2,5-다이브로모벤젠 492 mg (1 mmol)과 1,4-벤젠다이보로닉산 비스(피나콜)에스터 0.165 g (0.5 mmol), 4,7-비스(5-브로모싸이오펜-2-일)벤조[c][1,2,5]싸이아다이아졸 0.229 g (0.5 mmol)과 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.058 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 10 mL의 톨루엔과 7 mL의 2 M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고, 90 ℃에서 48 시간동안 환류하였다. 반응 후, 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 10,000 이상인 공액화 고분자를 제조하였다. 1,4-bis(octyloxy)-2,5-dibromobenzene 492 mg (1 mmol) and 1,4-benzenediboronic acid bis(pinacol) to prepare a phenylene-based conjugated polymer of Formula 2 0.165 g (0.5 mmol) of ester, 0.229 g (0.5 mmol) of 4,7-bis(5-bromothiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole and tetrakis ( Triphenylphosphine) palladium catalyst 0.058 g (0.05 mmol) was dissolved in a mixed solution of 10 mL of dehumidified toluene and 7 mL of 2 MK 2 CO 3 , and refluxed at 90° C. for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate, and the precipitate was filtered. The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in this order and dried to prepare a conjugated polymer having a molecular weight of 10,000 or more.

상기 제조예 1-11에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-11)에서 R4, R5는 탄소의 개수가 8개인 알콕시이며, Ar은 비스싸이에닐벤조싸이아다이아졸이다. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-11) prepared in Preparation Example 1-11, R 4 and R 5 are alkoxy having 8 carbons, and Ar is bisthienylbenzothiazole.

그리고 상기와 같이 제조된 CP-11은 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-11 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ=7.32~8.17 ppm(7H, 방향족), 3.92 ppm(4H, 알킬기), 3.2~3.48 ppm(16H, 알킬기), 1.78~1.8 ppm(8H, 알킬기), 1.47 ppm(6H, 알킬기) 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ=7.32-8.17 ppm (7H, aromatic), 3.92 ppm (4H, alkyl group), 3.2-3.48 ppm (16H, alkyl group), 1.78-1.8 ppm (8H, alkyl group), 1.47 ppm (6H, alkyl group)

[[ 제조예manufacturing example 1-12] 화학식 2의 1-12] of Formula 2 페닐렌계phenylene 공액화conjugation 고분자의 제조 Preparation of polymers

화학식 2의 페닐렌계 공액화 고분자를 제조하기 위하여 1,4-비스(옥틸록시)-2,5-다이브로모벤젠 492 mg (1 mmol), 1,4-벤젠다이보로닉산 비스(피나콜)에스터 0.330 g (1 mmol), 5,7-다이브로모-싸이에노[3,4-b]피라진 0.294 g (1 mmol)과 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 촉매 0.058 g (0.05 mmol)을 습기가 제거된 10 mL의 톨루엔과 7 mL의 2 M K2CO3의 혼합용액에 용해시키고, 90 ℃에서 48 시간동안 환류하였다. 반응 후, 상온으로 냉각하고 메탄올에 부어 석출시킨 다음 석출물을 여과하였다. 여과하여 얻어진 석출물을 메탄올, 아세톤, 물의 순서대로 차례를 세척하고 건조하여 분자량이 10,000 이상인 공액화 고분자를 제조하였다. 1,4-bis(octyloxy)-2,5-dibromobenzene 492 mg (1 mmol), 1,4-benzenediboronic acid bis(pinacol) to prepare a phenylene-based conjugated polymer of Formula 2 0.330 g (1 mmol) of ester, 0.294 g (1 mmol) of 5,7-dibromo-thieno [3,4-b ] pyrazine and 0.058 g (0.05 mmol) of tetrakis (triphenylphosphine) palladium catalyst It was dissolved in a mixed solution of 10 mL of dehumidified toluene and 7 mL of 2 MK 2 CO 3 , and refluxed at 90° C. for 48 hours. After the reaction, it was cooled to room temperature, poured into methanol to precipitate, and the precipitate was filtered. The precipitate obtained by filtration was washed sequentially with methanol, acetone, and water in this order and dried to prepare a conjugated polymer having a molecular weight of 10,000 or more.

상기 제조예 1-12에서 제조된 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP-12)에서 R4, R5는 탄소의 개수가 8개인 알콕시이며, Ar은 싸이에노피라진이다.. In the conjugated polymer (hereinafter, CP-12) prepared in Preparation Example 1-12, R 4 , R 5 are alkoxy having 8 carbons, and Ar is thienopyrazine.

그리고 상기와 같이 제조된 CP-12는 1H-NMR을 이용하여 아래와 같이 그 제조를 확인하였다. And the CP-12 prepared as described above was confirmed by using 1 H-NMR as follows.

1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ=7.76~8.5 ppm(5H, 방향족), 3.81 ppm(4H, 알킬기), 3.38~3.6 ppm(16H, 알킬기), 1.76~1.82 ppm(8H, 알킬기), 1.44 ppm(6H, 알킬기) 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ = 7.76 ~ 8.5 ppm (5H, aromatic), 3.81 ppm (4H, alkyl group), 3.38 ~ 3.6 ppm (16H, alkyl group), 1.76 ~ 1.82 ppm (8H, alkyl group), 1.44 ppm (6H, alkyl group)

[[ 제조예manufacturing example 2] 2] 공액화conjugation 고분자 나노입자의 제조(S200) Preparation of polymer nanoparticles (S200)

제조예 1의 공액화 고분자 CP-1 내지 CP-12를 각각 THF 용매에 2mg/mL의 농도로 녹여 공액화 고분자 용액을 제조한 뒤, 초음파 환경 하에서 3차 증류수 12mL에 상기 공액화 고분자 용액 1mL를 빠르게 투입한다. 30분 동안 초음파 환경하에서 공액화 고분자 용액과 3차증류수를 잘 섞이게 한 뒤, 질소기체를 15분 동안 주입하여 나노입자 용액의 THF를 증발시킨다. 나노입자 용액을 0.45μm의 크기를 갖는 셀룰로오스 필터를 이용하여 필터한 뒤, 최종적으로 공액화 고분자 나노입자(conjugated polymer nanoparticle, 이하 CPN)를 제조하였다. 즉 공액화 고분자(conjugated polymer, 이하 CP) CP-1 내지 CP-12를 사용하여 공액화 고분자 나노입자 CPN-1 내지 CPN-12를 각각 제조하였다.Each of the conjugated polymers CP-1 to CP-12 of Preparation Example 1 was dissolved in a THF solvent at a concentration of 2 mg/mL to prepare a conjugated polymer solution, and then 1 mL of the conjugated polymer solution was added to 12 mL of tertiary distilled water under an ultrasonic environment. put in quickly After mixing well the conjugated polymer solution and tertiary distilled water under an ultrasonic environment for 30 minutes, nitrogen gas is injected for 15 minutes to evaporate THF of the nanoparticle solution. After filtering the nanoparticle solution using a cellulose filter having a size of 0.45 μm, finally, conjugated polymer nanoparticles (hereinafter CPN) were prepared. That is, conjugated polymer nanoparticles CPN-1 to CPN-12 were prepared using conjugated polymer (hereinafter CP) CP-1 to CP-12, respectively.

[[ 제조예manufacturing example 3] 이산화티타늄 나노섬유 방사용액의 제조(S300) 3] Preparation of titanium dioxide nanofiber spinning solution (S300)

섬유 구조체 고분자로서 PVP 2.4g과 계면활성제 P123 1g을 25.4mL의 에탄올에 6시간동안 롤링하여 용해시킨다. 상기 PVP 고분자 용액에 이산화티타늄 전구체인 TTIP 2.4mL를 천천히 넣어준 뒤 80oC에서 투명해질때까지 교반하였다. 용액이 균일하게 섞인 것을 확인한 뒤 산 촉매인 아세트산 2.4mL를 빠르게 주입하고 반응기 뚜껑을 닫아 1시간 동안 80oC의 온도에서 환류하며 교반하고, 반응기를 상온으로 냉각하여 방사용액을 제조하였다.As a fiber structure polymer, 2.4 g of PVP and 1 g of surfactant P123 were dissolved in 25.4 mL of ethanol by rolling for 6 hours. After slowly adding 2.4 mL of TTIP, a titanium dioxide precursor, to the PVP polymer solution, it was stirred at 80 o C until it became transparent. After confirming that the solution was uniformly mixed, 2.4 mL of acetic acid, an acid catalyst, was quickly injected, the reactor lid was closed , and the mixture was stirred under reflux at 80 o C for 1 hour, and the reactor was cooled to room temperature to prepare a spinning solution.

[[ 제조예manufacturing example 4] 전기방사를 통한 이산화티타늄 4] Titanium dioxide through electrospinning 나노섬유웹의of nanofiber web 제조(S400) Manufacturing (S400)

상기 제조예 3에서 제조한 방사용액을 12mL의 주사기에 넣고 주사기 펌프에 설치한다. 이 때 주사기는 바늘 끝이 평평한 컷오프 스테인레스 방사 니들을 사용하였으며, 니들의 직경은 18게이지의 크기를 채택하였다. 그 다음으로 수집판과 방사 니들에 각각 전극을 연결하고 인가하는 전압의 세기는 13kV이고, 방사니들과 수집판의 거리는 15cm로 하였으며, 상기 수집판은 좌우왕복운동을 하며 나노섬유를 수집하고, 주사기 펌프의 속도는 0.6mL/h이며 6시간 동안 방사하였다. The spinning solution prepared in Preparation Example 3 is placed in a 12 mL syringe and installed in a syringe pump. In this case, a cut-off stainless steel spinning needle with a flat needle tip was used for the syringe, and the diameter of the needle was 18 gauge. Next, each electrode was connected to the collecting plate and the spinning needle, and the applied voltage was 13 kV, the distance between the spinning needle and the collecting plate was 15 cm, and the collecting plate moved left and right to reciprocate to collect nanofibers, and a syringe The speed of the pump was 0.6 mL/h and spinning was performed for 6 hours.

[[ 제조예manufacturing example 5] 5] 메조다공성mesoporous and 타이타니아titania 결정격자를the crystal lattice 갖는 이산화티타늄 titanium dioxide with 나노섬유웹의of nanofiber web 제조(S500) Manufacturing (S500)

상기 제조예 4에서 수집한 이산화티타늄 나노섬유를 회수한 뒤, 잔존 용매 및 수분 등을 제거하고, 미반응 이산화티탄 전구체의 추가적인 졸-젤(sol-gel) 반응을 유도하기 위하여 120oC의 온도에서 열처리 (baking)를 6 시간 동안 수행하였다. 다음으로 열처리가 끝난 나노섬유에 존재하는 구조체고분자 및 계면활성제를 제거하여 이산화티타늄 나노섬유에 메조다공성을 부여할 뿐만 아니라 이산화티탄의 고유 결정격자 (anatase 또는 rutile)를 부여하기 위해 이산화티타늄 나노섬유 웹을 도가니에 담아 가열노에 넣고 550oC에서 6시간 동안 소성하여 메조다공성 이산화티타늄 나노섬유웹(Mesoporous Titaniumdioxide Nanofiber-web, 이하 MTF)을 제조하였다.After recovering the titanium dioxide nanofibers collected in Preparation Example 4, the residual solvent and moisture are removed, and the temperature of 120 o C to induce an additional sol-gel reaction of the unreacted titanium dioxide precursor. Heat treatment (baking) was performed for 6 hours. Next, the titanium dioxide nanofiber web not only gives mesoporosity to the titanium dioxide nanofiber by removing the structural polymer and surfactant present in the heat-treated nanofiber, but also gives the intrinsic crystal lattice (anatase or rutile) of titanium dioxide. was put in a crucible, put in a heating furnace, and calcined at 550 o C for 6 hours to prepare a mesoporous titanium dioxide nanofiber-web (Mesoporous Titaniumdioxide Nanofiber-web, hereinafter MTF).

[[ 제조예manufacturing example 6] 6] 아민기가amine group 기능화된 이산화티타늄 functionalized titanium dioxide 나노섬유웹의of nanofiber web 제조(S600) Manufacturing (S600)

상기 제조예 5에서 제조한 메조다공성 이산화티타늄 나노섬유에 아민기를 도입하기 위하여 상기 메조다공성 이산화티타늄 나노섬유 20mg을 에탄올 30mL에 넣고 APTES를 400μL를 첨가한 뒤, 6시간 동안 천천히 롤링 (rolling)하고, 이를 건져내어 에탄올로 세척한 뒤, 120oC의 온도에서 2 시간 동안 열처리하여 아민기가 기능화된 이산화 티타늄 나노섬유웹 (Amine functionalized Mesoporous TiO2 Nanofiber-web, 이하 MTF-NH2)을 제조하였다.In order to introduce an amine group to the mesoporous titanium dioxide nanofiber prepared in Preparation Example 5, 20 mg of the mesoporous titanium dioxide nanofiber was placed in 30 mL of ethanol, 400 μL of APTES was added, and then slowly rolled for 6 hours, This was taken out, washed with ethanol, and heat-treated at a temperature of 120 ° C for 2 hours to prepare an amine functionalized titanium dioxide nanofiber web (Amine functionalized Mesoporous TiO 2 Nanofiber-web, hereinafter MTF-NH 2 ).

[[ 제조예manufacturing example 7] 7] 공액화conjugation 고분자 나노입자가 이산화티타늄 나노섬유에 복합된 유무기 복합체의 제조(S700) Preparation of organic-inorganic composite in which polymer nanoparticles are composited with titanium dioxide nanofibers (S700)

제조예 2에서 제조한 공액화 고분자 나노입자 CPN-1 내지 CPN-12 각각의 용액 10mL에 제조예 6에서 제조한 MTF-NH-2 20mg씩 침지하여 6시간 동안 천천히 롤링하여 반응하고 이를 건져내어 3차 증류수로 수세한 뒤 건조하여 CPN-1-MTF 내지 CPN-12-MTF를 제조하였다. 20 mg each of the MTF-NH -2 prepared in Preparation Example 6 was immersed in 10 mL of each solution of the conjugated polymer nanoparticles CPN-1 to CPN-12 prepared in Preparation Example 2, reacted by rolling slowly for 6 hours, and retrieved 3 It was washed with distilled water and dried to prepare CPN-1-MTF to CPN-12-MTF.

본 발명에서 상기와 같이 제조된 유무기 복합체 광촉매는 유기염료의 분해반응, 유기 화합물의 산화반응 또는 유기 화합물의 환원반응 등의 광촉매 반응에 적용이 가능하다. In the present invention, the organic-inorganic composite photocatalyst prepared as described above can be applied to photocatalytic reactions such as decomposition of organic dyes, oxidation of organic compounds, or reduction of organic compounds.

상기 광촉매 반응은, 유기염료 용액 또는 유기화합물의 산화반응 용액 또는 유기 화합물의 환원반응 용액을 준비하는 단계; 공액화 고분자 나노입자가 이산화티타늄 나노섬유에 복합된 유무기 복합체 광촉매를 상기 용액 중 어느 하나에 침지하는 단계; 및 광원으로 상기 용액 중 어느 하나에 광조사 하는 단계; 등을 거쳐 수행하게 된다.The photocatalytic reaction may include: preparing an organic dye solution or an oxidation reaction solution of an organic compound or a reduction reaction solution of an organic compound; immersing an organic-inorganic composite photocatalyst in which conjugated polymer nanoparticles are complexed to titanium dioxide nanofibers in any one of the solutions; and irradiating light to any one of the solutions as a light source; etc. will be carried out.

이‹š 상기 유기염료는 로다민 B, 메틸렌블루, 메틸오렌지 중 어느 하나인 것이 바람직하고, 상기 산화반응에 사용되는 유기화합물은 벤질아민(benzylamine) 유도체, 벤즈알데하이드(benzaldehyde), 퓨로산(furoic acid) 유도체 중 어느 하나인 것이 바람직하고, 상기 환원반응에 사용되는 유기화합물은 4-나이트로페놀 유도체 중 어느 하나인 것이 바람직하다.The organic dye is preferably any one of rhodamine B, methylene blue, and methyl orange, and the organic compound used in the oxidation reaction is a benzylamine derivative, benzaldehyde, and furoic acid. acid) derivatives, and the organic compound used in the reduction reaction is preferably any one of 4-nitrophenol derivatives.

본 발명의 유무기 복합체 광촉매를 사용한 광촉매 반응 방법은 다음과 같다. 제조된 유무기 복합체 광촉매를 유기염료 수용액 또는 산화/환원반응의 반응용액이 담긴 20 ml의 바이알에 침지한 뒤, 교반하면서 LED 램프로 광조사한다. 광조사는 LED 램프, 제논 램프, 솔라 시뮬레이터 등 300~700nm의 파장을 갖는 광원 어느 것이면 가능하고, 상세하게는 가시광만을 조사하기 위해서 LED 램프로 조사하거나, 제논 램프, 솔라 시뮬레이터에 UV 차단 필터를 장착하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 광촉매 반응 시 솔라 시뮬레이터와 바이알의 거리는 5~10 cm이고, 광원의 세기는 15 ~ 25W/m2의 범위이며, 시간 별로 반응용액을 회수하여 UV/Vis 흡수스펙트럼 또는 핵자기공명분광(nuclear magnetic resonance; NMR) 스펙트럼으로 염료의 분해 또는 산화/환원반응의 생성물을 확인한다. 또한 반응과정을 박막층크로마토그래피(thin layer chromatography; TLC)로 확인하는 것도 가능하다. The photocatalytic reaction method using the organic-inorganic composite photocatalyst of the present invention is as follows. The prepared organic-inorganic composite photocatalyst is immersed in a 20 ml vial containing an organic dye aqueous solution or an oxidation/reduction reaction solution, and then irradiated with an LED lamp while stirring. Light irradiation is possible with any light source having a wavelength of 300 to 700 nm, such as LED lamps, xenon lamps, and solar simulators. Specifically, to irradiate visible light only, irradiate with LED lamps, or install a UV cut filter on xenon lamps and solar simulators. It is preferable to use During the photocatalytic reaction, the distance between the solar simulator and the vial is 5 to 10 cm, the intensity of the light source is in the range of 15 to 25 W/m 2 , and the reaction solution is recovered by time to obtain UV/Vis absorption spectrum or nuclear magnetic resonance spectroscopy (nuclear magnetic resonance). Resonance (NMR) spectrum confirms the product of decomposition of dye or oxidation/reduction reaction. It is also possible to confirm the reaction process by thin layer chromatography (TLC).

이하에서는 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매 즉, CPN-1-MTF 내지 CPN-12-MT를 이용한 실시예를 통해 본 발명의 유무기 복합체 광촉매의 광촉매 반응에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, the photocatalytic reaction of the organic-inorganic composite photocatalyst of the present invention will be described in detail through examples using the nanofiber-based organic/inorganic composite photocatalyst of the present invention, that is, CPN-1-MTF to CPN-12-MT.

[[ 실시예Example 1] 염료 분해 반응 1] Dye decomposition reaction

상업적으로 구매할 수 있는 염료인 로다민 B, 메틸렌블루, 메틸오렌지(하기 화학식 3 내지 5 참고)를 물에 용해하여 20 ppm의 농도로 반응용액을 제조한다. 상기 20 ppm의 농도로 제조된 염료의 반응용액을 20 mL의 바이알에 10 mL씩 넣고, 상기와 같이 제조한 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매 CPN-1-MTF 내지 CPN-12-MTF를 상기 염료의 반응용액에 각각 10mg씩 넣어 실시예 1-1 내지 실시예 1-12의 염료분해 반응을 실시하였다. Rhodamine B, methylene blue, and methyl orange (refer to Chemical Formulas 3 to 5 below), which are commercially available dyes, are dissolved in water to prepare a reaction solution at a concentration of 20 ppm. 10 mL of the dye reaction solution prepared at a concentration of 20 ppm is put into a 20 mL vial, and organic-inorganic composite photocatalysts CPN-1-MTF to CPN-12 based on the nanofibers of the present invention prepared as described above -MTF was put into the reaction solution of the dye by 10 mg, respectively, and the dye decomposition reaction of Examples 1-1 to 1-12 was performed.

[화학식 3] [Formula 3]

Figure pat00011
Figure pat00011

Rhodamine BRhodamine B

[화학식 4] [Formula 4]

Figure pat00012
Figure pat00012

Methylene blueMethylene blue

[화학식 5] [Formula 5]

Figure pat00013
Figure pat00013

Methyl orangemethyl orange

상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-12의 염료분해 반응 시 2시간 동안 가시광선 (22 W/m2, λ>450 nm)을 조사하였고, 이때 광원과 염료 용액의 거리는 5 cm로 하였다.In the dye decomposition reaction of Examples 1-1 to 1-12, visible light (22 W/m 2 , λ>450 nm) was irradiated for 2 hours, and the distance between the light source and the dye solution was 5 cm.

광조사 이후 uv-vis 흡수분광계를 이용하여 반응용액의 흡광도를 측정하였으며, 검량선을 통해 흡광도를 농도로 환산하여 아래의 [식 1]에 의거하여 염료분해율(%)을 계산하였다. 각 염료의 최대흡수파장은 로다민 B의 경우 544 nm, 메틸렌 블루의 경우 665 nm, 메틸 오렌지의 경우 500 nm이다. After light irradiation, the absorbance of the reaction solution was measured using a uv-vis absorption spectrometer, and the absorbance was converted into concentration through a calibration curve to calculate the dye decomposition rate (%) based on [Equation 1] below. The maximum absorption wavelength of each dye is 544 nm for rhodamine B, 665 nm for methylene blue, and 500 nm for methyl orange.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00014
Figure pat00014

[비교예 1][Comparative Example 1]

비교예 1-1 내지 1-12는 제조예 2에서 제조한 공액화 고분자 나노입자 CPN-1 내지 CPN-12 나노입자 10mg을 염료의 반응용액에 직접 분산시켜 염료분해율(%)을 측정하였다. . In Comparative Examples 1-1 to 1-12, 10 mg of the conjugated polymer nanoparticles CPN-1 to CPN-12 nanoparticles prepared in Preparation Example 2 were directly dispersed in a dye reaction solution to measure the dye decomposition rate (%). .

[비교예 2][Comparative Example 2]

비교예 2는 제조예 5에서 제조한 이산화티타늄 나노섬유웹 10mg을 염료의 반응용액에 직접 침지하여 염료분해율(%)을 측정하였다.In Comparative Example 2, 10 mg of the titanium dioxide nanofiber web prepared in Preparation Example 5 was directly immersed in the dye reaction solution to measure the dye decomposition rate (%).

이때 상기 비교예 1내지 2에서 염료분해율(%)의 측정 시 기타 조건은 실시예 1과 동일하며, 상기 실시예 1과 비교예 1 및 2에서 수행한 염료분해율(%)의 측정결과를 표 1에 나타내었다. At this time, when measuring the dye degradation rate (%) in Comparative Examples 1 to 2, other conditions are the same as in Example 1, and the measurement results of the dye degradation rate (%) performed in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 shown in

실시예Example 염료분해율(%)Dye degradation rate (%) 로다민 BRhodamine B 메틸렌 블루methylene blue 메틸 오렌지methyl orange 실시예 1-1Example 1-1 99.899.8 99.599.5 7676 실시예 1-2Example 1-2 99.399.3 99.399.3 74.574.5 실시예 1-3Examples 1-3 99.199.1 9999 7373 실시예 1-4Examples 1-4 99.799.7 99.299.2 78.278.2 실시예 1-5Examples 1-5 9999 99.199.1 7676 실시예 1-6Examples 1-6 99.499.4 99.899.8 7474 실시예 1-7Examples 1-7 99.299.2 9999 77.677.6 실시예 1-8Examples 1-8 9999 99.499.4 77.377.3 실시예 1-9Examples 1-9 99.699.6 9999 72.472.4 실시예 1-10Examples 1-10 99.599.5 99.199.1 71.971.9 실시예 1-11Examples 1-11 9999 99.699.6 7070 실시예 1-12Examples 1-12 99.799.7 99.499.4 72.672.6 비교예 1-1Comparative Example 1-1 50.250.2 48.348.3 22.122.1 비교예 1-2Comparative Example 1-2 5151 4444 2525 비교예 1-3Comparative Example 1-3 53.653.6 46.246.2 30.130.1 비교예 1-4Comparative Example 1-4 52.452.4 3838 3131 비교예 1-5Comparative Example 1-5 5454 39.739.7 2828 비교예 1-6Comparative Example 1-6 51.551.5 4242 24.624.6 비교예 1-7Comparative Example 1-7 5252 50.150.1 2525 비교예 1-8Comparative Examples 1-8 53.453.4 4949 26.626.6 비교예 1-9Comparative Example 1-9 5656 47.347.3 20.220.2 비교예 1-10Comparative Example 1-10 57.257.2 42.542.5 2222 비교예 1-11Comparative Example 1-11 5454 48.348.3 23.623.6 비교예 1-12Comparative Example 1-12 56.656.6 5151 2424 비교예 2Comparative Example 2 17.217.2 12.312.3 8.98.9

표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-1-MTF 내지 CPN-12-MTF를 사용한 실시예 1-1 내지 실시예 1-12의 염료분해율(%)을 측정한 결과, 로다민 B와 메틸렌 블루의 경우에는 99 % 이상이 분해되었으며, 메틸오렌지의 경우에는 70 % 이상이 분해된 것으로 측정되었다.As shown in Table 1, dye degradation rates of Examples 1-1 to 1-12 using CPN-1-MTF to CPN-12-MTF, which are organic-inorganic composite photocatalysts based on nanofibers according to the present invention ( %), more than 99% of rhodamine B and methylene blue were decomposed, and more than 70% of methyl orange was decomposed.

이에 반하여, 비교예 1-1 내지 비교예 1-12의 공액화 고분자 나노입자 CPN-1 내지 CPN-12를 나노섬유와 복합하지 않고 염료의 반응용액에 직접 혼합시킨 후, 염료분해율(%)을 측정한 결과, 로다민 B와 메틸렌 블루의 경우에 상기 염료분해율(%)이 50 % 이거나 그 이하의 수준인 것을 확인할 수 있다. 비교예는 1-1 내지 1-12는 이산화티타늄 나노섬유가 없기 때문에 분리된 전자-정공이 이동하지 못하고 다시 재결합하면서 형광으로 발하기 때문이다. 또한 비교예 2의 경우, 이산화티타늄은 가시광을 흡수하지 못하기 때문에 낮은 염료분해율을 나타내었다. In contrast, the conjugated polymer nanoparticles CPN-1 to CPN-12 of Comparative Examples 1-1 to 1-12 were directly mixed in the reaction solution of the dye without complexing with the nanofiber, and then the dye decomposition rate (%) was As a result of the measurement, in the case of rhodamine B and methylene blue, it can be confirmed that the dye decomposition rate (%) is 50% or less. In Comparative Examples 1-1 to 1-12, since there is no titanium dioxide nanofiber, the separated electron-holes do not move and are recombined and emit fluorescence. In addition, in the case of Comparative Example 2, titanium dioxide showed a low dye decomposition rate because it did not absorb visible light.

[[ 실시예Example 2] 벤질아민유도체의 산화성 커플링 반응 2] Oxidative coupling reaction of benzylamine derivatives

아래와 같은 벤질아민 유도체 1 mmol을 5 mL의 아세토나이트릴에 녹인 뒤, 반응용액을 제조하였다. 상기와 같이 제조한 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-1-MTF 내지 CPN-12-MTF를 상기 반응용액에 각각 20 mg씩 넣어 실시예 2-1 내지 실시예 2-12의 산화성 커플링 반응을 실시하였다. After dissolving 1 mmol of the benzylamine derivative as shown below in 5 mL of acetonitrile, a reaction solution was prepared. CPN-1-MTF to CPN-12-MTF, which are organic-inorganic composite photocatalysts based on the nanofibers of the present invention prepared as described above, were added to the reaction solution by 20 mg, respectively, in Examples 2-1 to 2- The oxidative coupling reaction of 12 was carried out.

이때 반응물인 상기 벤질아민 유도체에서 생성물인 다이벤질이민 유도체로의 전환 시 화학반응식은 하기 식 2로 나타낼 수 있다.At this time, when the benzylamine derivative as a reactant is converted into a product, a dibenzylimine derivative, a chemical reaction formula can be expressed by the following Formula 2.

..

[식 2][Equation 2]

Figure pat00015
Figure pat00015

상기 실시예 2-1 내지 실시예 2-12의 반응용액에 4시간 동안 가시광선 (22 W/m2, λ>450 nm)을 조사하여 전환 반응을 실시하였으며, 이때 광원과 반응 용액의 거리는 5 cm로 하였다.The reaction solution of Examples 2-1 to 2-12 was irradiated with visible light (22 W/m 2 , λ>450 nm) for 4 hours to carry out a conversion reaction, wherein the distance between the light source and the reaction solution was 5 cm.

광조사 이후 반응 용액의 용매를 증발시켜 제거한 뒤, 핵자기공명스펙트럼(1H NMR, 300 MHz, CDCl3)로 분석하였다. After light irradiation, the solvent of the reaction solution was evaporated and removed, and then analyzed by nuclear magnetic resonance spectrum (1 H NMR, 300 MHz, CDCl 3 ).

핵자기공명스펙트럼 분석에 있어서, 3.48 ppm에서 나타나는 벤질아민 유도체(반응물)의 벤질 위치 탄소의 수소 스펙트럼과 4.8 ppm에서 나타나는 다이벤질이민 유도체(생성물)의 벤질 위치 탄소의 수소 스펙트럼의 면적 비율로 전환율을 계산하였다. 상기 전환율(%)은 하기 식 3로부터 계산할 수 있다.In nuclear magnetic resonance spectral analysis, the conversion rate was determined by the area ratio of the hydrogen spectrum of the benzyl-position carbon of the benzylamine derivative (reactant) at 3.48 ppm and the hydrogen spectrum of the benzyl-position carbon of the dibenzyl imine derivative (product) at 4.8 ppm. Calculated. The conversion rate (%) can be calculated from Equation 3 below.

[식 3] [Equation 3]

Figure pat00016
Figure pat00016

상기 [식 3]에서 Xb는 생성물인 다이벤질이민 유도체의 벤질 자리 탄소의 수소 스펙트럼의 면적이고, Xd는 반응물인 벤질아민 유도체의 벤질 자리 탄소의 수소 스펙트럼의 면적을 나타낸다.In [Equation 3], Xb is the area of the hydrogen spectrum of the benzyl site carbon of the dibenzylamine derivative as a product, and Xd represents the area of the hydrogen spectrum of the benzyl site carbon of the benzylamine derivative as the reactant.

[비교예 3] [Comparative Example 3]

비교예 3-1 내지 3-12는 제조예 2에서 제조한 공액화 고분자 나노입자 CPN-1 내지 CPN-12을 벤질아민 유도체의 반응용액에 각각 20 mg씩 직접 혼합시켜 전환율(%)을 측정하였다. . In Comparative Examples 3-1 to 3-12, the conversion rate (%) was measured by directly mixing 20 mg each of the conjugated polymer nanoparticles CPN-1 to CPN-12 prepared in Preparation Example 2 into the reaction solution of the benzylamine derivative. . .

[비교예 4][Comparative Example 4]

비교예 4는 제조예 5에서 제조한 이산화티타늄 나노섬유웹을 20 mg을 벤질아민 유도체의 반응용액에 직접 침지하여 전환율(%)을 측정하였다.In Comparative Example 4, 20 mg of the titanium dioxide nanofiber web prepared in Preparation Example 5 was directly immersed in a reaction solution of a benzylamine derivative to measure the conversion rate (%).

이때 상기 비교예 3-1 내지 비교예 3-12 및 비교예 4 에서 전환율(%)의 측정시 기타 조건은 실시예 2과 동일하며, 상기 실시예 2와 비교예 3및 4에서 수행한 전환율(%)의 측정결과를 표 2, 3에 나타내었다.At this time, in Comparative Examples 3-1 to 3-12 and Comparative Example 4, when the conversion rate (%) was measured, other conditions were the same as in Example 2, and the conversion rates performed in Example 2 and Comparative Examples 3 and 4 ( %) are shown in Tables 2 and 3.

실시예Example 전환율(%)Conversion rate (%)

Figure pat00017
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00020
실시예 2-1Example 2-1 95.495.4 9898 94.694.6 96.396.3 실시예 2-2Example 2-2 9393 9595 9494 9797 실시예 2-3Example 2-3 91.291.2 94.394.3 9696 98.298.2 실시예 2-4Example 2-4 94.294.2 95.395.3 95.395.3 93.493.4 실시예 2-5Example 2-5 9595 96.196.1 9696 94.294.2 실시예 2-6Example 2-6 93.493.4 9494 9494 9191 실시예 2-7Example 2-7 9494 9393 96.396.3 96.596.5 실시예 2-8Examples 2-8 96.496.4 98.398.3 9292 9494 실시예 2-9Examples 2-9 92.392.3 96.396.3 90.390.3 9595 실시예 2-10Example 2-10 9090 9292 91.891.8 96.396.3 실시예 2-11Example 2-11 9191 94.294.2 9292 94.294.2 실시예 2-12Example 2-12 9494 9595 93.393.3 9292 비교예 3-1Comparative Example 3-1 0.50.5 0.60.6 1.21.2 1.61.6 비교예 3-2Comparative Example 3-2 0.20.2 1.21.2 0.50.5 0.80.8 비교예 3-3Comparative Example 3-3 1.21.2 1.31.3 0.70.7 0.60.6 비교예 3-4Comparative Example 3-4 1.01.0 0.80.8 1.31.3 1.51.5 비교예 3-5Comparative Example 3-5 1.81.8 0.90.9 1One 1.31.3 비교예 3-6Comparative Example 3-6 0.60.6 1.21.2 0.90.9 1One 비교예 3-7Comparative Example 3-7 1.31.3 1.31.3 0.70.7 0.90.9 비교예 3-8Comparative Example 3-8 22 0.80.8 1.31.3 0.70.7 비교예 3-9Comparative Example 3-9 1.51.5 1One 1.51.5 1.31.3 비교예 3-10Comparative Example 3-10 1.21.2 2.12.1 1One 1.31.3 비교예 3-11Comparative Example 3-11 0.20.2 1.91.9 0.90.9 1.51.5 비교예 3-12Comparative Example 3-12 1.31.3 1.71.7 1.31.3 0.60.6 비교예 4Comparative Example 4 1One 1.31.3 1.41.4 1.61.6

실시예Example 전환율(%)Conversion rate (%)

Figure pat00021
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00023
실시예 2-1Example 2-1 82.382.3 37.137.1 79.279.2 실시예 2-2Example 2-2 8383 40.240.2 78.678.6 실시예 2-3Example 2-3 8484 41.341.3 81.381.3 실시예 2-4Example 2-4 8888 3838 80.280.2 실시예 2-5Example 2-5 85.985.9 3939 8383 실시예 2-6Example 2-6 84.284.2 37.337.3 86.586.5 실시예 2-7Example 2-7 79.279.2 3939 79.379.3 실시예 2-8Examples 2-8 77.877.8 42.342.3 76.076.0 실시예 2-9Examples 2-9 80.280.2 41.241.2 77.277.2 실시예 2-10Example 2-10 8181 40.840.8 75.375.3 실시예 2-11Example 2-11 84.384.3 45.245.2 7676 실시예 2-12Example 2-12 8888 4242 7272 비교예 3-1Comparative Example 3-1 0.20.2 0.50.5 0.40.4 비교예 3-2Comparative Example 3-2 0.30.3 0.40.4 0.30.3 비교예 3-3Comparative Example 3-3 0.20.2 0.40.4 0.60.6 비교예 3-4Comparative Example 3-4 0.10.1 0.080.08 0.30.3 비교예 3-5Comparative Example 3-5 0.20.2 0.60.6 0.40.4 비교예 3-6Comparative Example 3-6 0.60.6 0.20.2 0.40.4 비교예 3-7Comparative Example 3-7 0.50.5 0.10.1 0.50.5 비교예 3-8Comparative Example 3-8 0.60.6 0.10.1 0.10.1 비교예 3-9Comparative Example 3-9 0.20.2 0.070.07 0.090.09 비교예 3-10Comparative Example 3-10 0.10.1 0.30.3 0.080.08 비교예 3-11Comparative Example 3-11 0.20.2 0.50.5 0.60.6 비교예 3-12Comparative Example 3-12 0.60.6 0.50.5 0.40.4 비교예 4Comparative Example 4 0.40.4 0.60.6 0.60.6

표 2, 3에 기재된 바와 같이, 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매 CPN-1-MTF 내지 CPN-12-MTF를 사용한 실시예 2-1 내지 실시예 2-12의 전환율(%)을 측정한 결과, 37.1 내지 98.3 %의 전환율(%)을 나타내는 것을 통해 다양한 벤질아민 유도체의 산화성 커플링 반응이 가능함을 보여준다. As shown in Tables 2 and 3, conversion rates (%) of Examples 2-1 to 2-12 using the organic-inorganic composite photocatalyst CPN-1-MTF to CPN-12-MTF based on the nanofibers of the present invention ), it shows that the oxidative coupling reaction of various benzylamine derivatives is possible through the conversion (%) of 37.1 to 98.3%.

이에 반하여, 비교예 3-1 내지 비교예 3-12, 비교예 4의 공액화 고분자 나노입자 CPN-1 내지 CPN-12의 20mg을 이산화티타늄 나노섬유를 사용하지 않고 벤질아민의 반응용액에 직접 혼합시키거나, 공액화 고분자 나노입자가 도입되지 않은 이산화티타늄 나노섬유를 침지한 후 전환율(%)을 측정한 결과, 벤질아민 유도체에서 다이벤질이민 유도체로의 전환이 거의 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다. In contrast, 20 mg of the conjugated polymer nanoparticles CPN-1 to CPN-12 of Comparative Examples 3-1 to 3-12 and Comparative Example 4 were directly mixed with the reaction solution of benzylamine without using titanium dioxide nanofibers. Or, as a result of measuring the conversion rate (%) after immersing the titanium dioxide nanofiber into which the conjugated polymer nanoparticles are not introduced, it can be confirmed that almost no conversion from the benzylamine derivative to the dibenzylimine derivative has occurred.

이는 염료분해에서 설명한 것과 같이 벤질아민의 산화성 커플링반응은 나노섬유기반 유무기 복합체 광촉매에 가시광이 조사되면 가시광을 흡수한 공액화 고분자 나노입자의 전자가 여기되고, 이 여기된 전자가 이산화티타늄 나노섬유로 이동하게 되면서 공기중이나 용매중에 녹아있는 용존산소가 superhydroxy radical (

Figure pat00024
)을 형성하면서 강력한 산화제로 작용하여 벤질아민을 산화시켜 중간체를 형성하고, 주변에 존재하는 또다른 벤질아민과 커플링반응하여 다이벤질이민 유도체를 형성하는 메커니즘이다. 따라서, 가시광을 흡수하는 공액화 고분자 나노입자 또는 이산화티타늄 나노섬유 한 가지만 존재하게 되면 활성산소종을 원활하게 형성시킬 수 없기 때문에 현저히 낮은 전환율을 나타낸다.As described in the dye decomposition, the oxidative coupling reaction of benzylamine is when visible light is irradiated to the nanofiber-based organic-inorganic composite photocatalyst, the electrons of the conjugated polymer nanoparticles absorbing the visible light are excited, and the excited electrons are the titanium dioxide nano As it moves to the fibers, dissolved oxygen dissolved in air or solvent is converted into superhydroxy radicals (
Figure pat00024
), acts as a strong oxidizing agent to oxidize benzylamine to form an intermediate, and is a mechanism for forming a dibenzylimine derivative by coupling with another benzylamine present in the vicinity. Therefore, when only one of the conjugated polymer nanoparticles or titanium dioxide nanofibers absorbing visible light is present, the active oxygen species cannot be smoothly formed, and thus the conversion rate is significantly low.

[[ 실시예Example 3] 3] 퓨로산puroic acid 산화반응 oxidation reaction

아래와 같은 퓨로산 1 mmol을 5 mL의 물에 녹인 뒤, 반응용액을 제조하였다. 상기와 같이 제조한 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-1-MTF 내지 CPN-12-MTF를 상기 반응용액에 각각 20 mg씩 넣어 실시예 3-1 내지 실시예 3-12의 산화반응을 실시하였다. After dissolving 1 mmol of puroic acid as follows in 5 mL of water, a reaction solution was prepared. CPN-1-MTF to CPN-12-MTF, which are organic-inorganic composite photocatalysts based on the nanofibers of the present invention prepared as described above, were put into the reaction solution by 20 mg, respectively, in Examples 3-1 to 3- 12 was carried out.

이때 반응물인 상기 퓨로산에서 생성물인 퓨라논으로의 전환 시 화학반응식은 하기 식 4과 같이 나타낼 수 있다.In this case, the chemical reaction formula at the time of conversion from the furo acid as a reactant to a furanone as a product can be expressed as in Equation 4 below.

[식 4][Equation 4]

Figure pat00025
Figure pat00025

상기 실시예 3-1 내지 실시예 3-12의 반응용액에 4시간 동안 가시광선 (22 W/m2, λ>450 nm)을 조사하여 전환 반응을 실시하였으며, 이때 광원과 반응 용액의 거리는 5 cm로 하였다.The reaction solution of Examples 3-1 to 3-12 was irradiated with visible light (22 W/m 2 , λ>450 nm) for 4 hours to carry out a conversion reaction, wherein the distance between the light source and the reaction solution was 5 cm.

광조사 이후 반응 용액의 물을 증발시켜 제거한 뒤, 핵자기공명스펙트럼(1H NMR, 300 MHz, D2O)로 분석하였다. After light irradiation, the water in the reaction solution was evaporated to remove it, and then analyzed by nuclear magnetic resonance spectrum (1 H NMR, 300 MHz, D 2 O).

핵자기공명스펙트럼 분석에 있어서, 7.67, 7.25, 65.7 ppm에서 나타나는 퓨로산(반응물) 수소의 스펙트럼과 7.42, 6.25 ppm에서 나타나는 퓨라논(생성물) 수소 스펙트럼의 면적 비율로 전환율을 계산하였다. 상기 전환율(%)은 하기 식 5로부터 계산할 수 있다.In nuclear magnetic resonance spectral analysis, the conversion rate was calculated from the area ratio of the hydrogen spectrum of furo acid (reactant) at 7.67, 7.25, and 65.7 ppm and the spectrum of furanone (product) hydrogen at 7.42 and 6.25 ppm. The conversion rate (%) can be calculated from Equation 5 below.

[식 5] [Equation 5]

Figure pat00026
Figure pat00026

[비교예 5][Comparative Example 5]

비교예 5-1 내지 5-12는 제조예 2에서 제조한 공액화 고분자 나노입자 CPN-1 내지 CPN-12을 퓨로산의 반응용액에 각각 20 mg씩 직접 혼합시켜 전환율(%)을 측정하였다. In Comparative Examples 5-1 to 5-12, the conversion rate (%) was measured by directly mixing 20 mg of each of the conjugated polymer nanoparticles CPN-1 to CPN-12 prepared in Preparation Example 2 in a reaction solution of puroic acid.

[비교예 6][Comparative Example 6]

비교예 6은 제조예 5에서 제조한 이산화티타늄 나노섬유웹을 20 mg을 퓨로산의 반응용액에 직접 침지하여 전환율(%)을 측정하였다In Comparative Example 6, 20 mg of the titanium dioxide nanofiber web prepared in Preparation Example 5 was directly immersed in a reaction solution of furoic acid to measure the conversion rate (%).

이때 상기 비교예 5-1 내지 비교예 5-12및 비교예 6에서 전환율(%)의 측정 시 기타 조건은 실시예 3과 동일하며, 상기 실시예 3과 비교예 5및6에서 수행한 전환율(%)의 측정결과를 표 4에 나타내었다.At this time, the other conditions when measuring the conversion rate (%) in Comparative Examples 5-1 to 5-12 and Comparative Example 6 were the same as in Example 3, and the conversion rates performed in Example 3 and Comparative Examples 5 and 6 ( %) is shown in Table 4.

실시예Example 전환율(%)Conversion rate (%) 비교예comparative example 전환율(%)Conversion rate (%) 실시예 3-1Example 3-1 96.296.2 비교예 5-1Comparative Example 5-1 0.30.3 실시예 3-2Example 3-2 9494 비교예 5-2Comparative Example 5-2 0.60.6 실시예 3-3Example 3-3 9393 비교예 5-3Comparative Example 5-3 1.21.2 실시예 3-4Example 3-4 9292 비교예 5-4Comparative Example 5-4 1.61.6 실시예 3-5Example 3-5 91.991.9 비교예 5-5Comparative Example 5-5 1.41.4 실시예 3-6Example 3-6 9191 비교예 5-6Comparative Example 5-6 0.80.8 실시예 3-7Example 3-7 9797 비교예 5-7Comparative Example 5-7 1One 실시예 3-8Example 3-8 94.694.6 비교예 5-8Comparative Example 5-8 1.61.6 실시예 3-9Example 3-9 9595 비교예 5-9Comparative Example 5-9 0.90.9 실시예 3-10Example 3-10 92.392.3 비교예 5-10Comparative Example 5-10 2.12.1 실시예 3-11Example 3-11 9090 비교예 5-11Comparative Example 5-11 0.50.5 실시예 3-12Example 3-12 8888 비교예 5-12Comparative Example 5-12 0.60.6 비교예 6Comparative Example 6 1.31.3

표 4에 기재된 바와 같이, 본 발명의 광촉매 복합체 CPN-1-MTF 내지 CPN-12-MTF 를 사용한 실시예 3-1 내지 실시예 3-12의 전환율(%)을 측정한 결과, 모두 88 % 이상 전환된 것으로 측정되었다. As shown in Table 4, as a result of measuring the conversion rates (%) of Examples 3-1 to 3-12 using the photocatalyst complexes CPN-1-MTF to CPN-12-MTF of the present invention, all were 88% or more conversion was measured.

이에 반하여, 비교예 5-1 내지 비교예 5-12 및 비교예 6의 공액화 고분자 나노입자 CPN-1 내지 CPN-12을 이산화티타늄 나노섬유를 사용하지 않고 퓨로산의 반응용액에 직접 혼합시키거나, 공액화 고분자 나노입자가 도입되지 않은 이산화티타늄 나노섬유 20mg을 침지한 후 전환율(%)을 측정한 결과, 퓨로산에서 디퓨라논으로의 전환이 거의 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다. In contrast, the conjugated polymer nanoparticles CPN-1 to CPN-12 of Comparative Examples 5-1 to 5-12 and Comparative Example 6 were directly mixed with the reaction solution of puroic acid without using titanium dioxide nanofibers, or , As a result of measuring the conversion rate (%) after immersing 20 mg of titanium dioxide nanofibers in which the conjugated polymer nanoparticles are not introduced, it can be confirmed that almost no conversion of puroic acid to difuranone occurs.

이 또한 공액화 고분자 나노입자 또는 이산화티타늄 나노섬유 한 가지만 존재하게 되면 활성산소종을 원활하게 형성시킬 수 없기 때문에 산화제로서의 작용을 할 수 없으므로, 비교예 5에서는 퓨로산이 디퓨라논으로의 낮은 전환율을 나타내는 것을 알 수 있다.In addition, when only one conjugated polymer nanoparticle or titanium dioxide nanofiber is present, active oxygen species cannot be smoothly formed, so it cannot function as an oxidizing agent, so in Comparative Example 5, furo acid shows a low conversion rate to difuranone it can be seen that

[[ 실시예Example 4] 4- 4] 4- 나이트로페놀의of nitrophenol 환원반응 reduction reaction

아래와 같은 4-나이트로페놀을 1,100 ppm의 용액으로 제조한 후, 20 mL의 바이알에 11 mL씩 넣고, 수소붕소나트륨을 넣어 반응용액을 제조하였다. 이후에 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-1-MTF 내지 CPN-12-MTF를 상기 반응용액에 넣어 실시예 4-1 내지 실시예 4-12의 반응용액을 제조하였다.After preparing a solution of 1,100 ppm of 4-nitrophenol as shown below, 11 mL each was put into a 20 mL vial, and sodium borohydride was added to prepare a reaction solution. Then, CPN-1-MTF to CPN-12-MTF, which are organic-inorganic composite photocatalysts based on the nanofibers of the present invention, were added to the reaction solution to prepare the reaction solutions of Examples 4-1 to 4-12. .

이때 반응물인 상기 4-나이트로페놀에서 생성물인 4-아미노페놀로의 전환 시 전체 화학반응식은 하기 식 6과 같이 나타낼 수 있다.In this case, the overall chemical reaction formula when the reactant, 4-nitrophenol, is converted to the product, 4-aminophenol, can be expressed as in Equation 6 below.

[식 6][Equation 6]

Figure pat00027
Figure pat00027

상기 실시예 4-1 내지 실시예 4-12의 반응용액에 4시간 동안 가시광선 (22 W/m2, λ>450 nm)을 조사하여 전환 반응을 실시하였으며, 이때 광원과 반응 용액의 거리는 5 cm로 하였다.The reaction solution of Examples 4-1 to 4-12 was irradiated with visible light (22 W/m 2 , λ>450 nm) for 4 hours to carry out a conversion reaction, wherein the distance between the light source and the reaction solution was 5 cm.

광조사 이후 반응 용액은 uv-vis 흡수분광계를 이용해 전환율(%)을 측정하였다. 즉, 4-나이트로페놀(반응물)이 4-아미노페놀(생성물)로 전환되면 4-나이트로페놀의 최대 흡수파장인 400 nm에서 흡광도가 감소하게 되므로, 하기 식 7로 4-나이트로페놀에서 4-아미노페놀로의 전환율(%)을 계산할 수 있다. After light irradiation, the conversion rate (%) of the reaction solution was measured using a uv-vis absorption spectrometer. That is, when 4-nitrophenol (reactant) is converted to 4-aminophenol (product), the absorbance decreases at 400 nm, which is the maximum absorption wavelength of 4-nitrophenol. The conversion (%) to 4-aminophenol can be calculated.

[식 7] [Equation 7]

Figure pat00028
Figure pat00028

[비교예 7][Comparative Example 7]

비교예 7-1 내지 7-12는 제조예 2에서 제조한 공액화 고분자 나노입자 CPN-1 내지 CPN-12를 4-나이트로페놀 반응용액에 20mg씩 각각 혼합시켜 전환율(%)을 측정하였다.In Comparative Examples 7-1 to 7-12, the conversion rate (%) was measured by mixing 20 mg each of the conjugated polymer nanoparticles CPN-1 to CPN-12 prepared in Preparation Example 2 in the 4-nitrophenol reaction solution.

[비교예 8] [Comparative Example 8]

비교예 8은 제조예 5에서 제조한 이산화티타늄 나노섬유웹을 20 mg을 퓨로산의 반응용액에 직접 침지하여 전환율(%)을 측정하였다.In Comparative Example 8, 20 mg of the titanium dioxide nanofiber web prepared in Preparation Example 5 was directly immersed in a reaction solution of furoic acid to measure the conversion (%).

이때 상기 비교예 7-1 내지 비교예 7-12및 8에서 전환율(%)의 측정 시 기타 조건은 실시예 4와 동일하며, 상기 실시예 4와 비교예 7 및 8에서 수행한 전환율(%)의 측정결과를 표 5에 나타내었다.At this time, other conditions when measuring the conversion rate (%) in Comparative Examples 7-1 to 7-12 and 8 are the same as in Example 4, and the conversion rate (%) performed in Example 4 and Comparative Examples 7 and 8 The measurement results are shown in Table 5.

실시예Example 전환율(%)Conversion rate (%) 비교예comparative example 전환율(%)Conversion rate (%) 실시예 4-1Example 4-1 87.387.3 비교예 7-1Comparative Example 7-1 0.30.3 실시예 4-2Example 4-2 9191 비교예 7-2Comparative Example 7-2 0.80.8 실시예 4-3Example 4-3 98.898.8 비교예 7-3Comparative Example 7-3 0.070.07 실시예 4-4Example 4-4 94.594.5 비교예 7-4Comparative Example 7-4 0.10.1 실시예 4-5Example 4-5 81.581.5 비교예 7-5Comparative Example 7-5 0.60.6 실시예 4-6Example 4-6 82.482.4 비교예 7-6Comparative Example 7-6 0.080.08 실시예 4-7Example 4-7 8585 비교예 7-7Comparative Example 7-7 0.20.2 실시예 4-8Examples 4-8 82.682.6 비교예 7-8Comparative Examples 7-8 0.50.5 실시예 4-9Examples 4-9 8181 비교예 7-9Comparative Example 7-9 0.70.7 실시예 4-10Example 4-10 85.485.4 비교예 7-10Comparative Example 7-10 0.060.06 실시예 4-11Examples 4-11 89.889.8 비교예 7-11Comparative Example 7-11 0.80.8 실시예 4-12Example 4-12 8484 비교예 7-12Comparative Example 7-12 0.70.7 비교예 8Comparative Example 8 1.21.2

표 5에 기재된 바와 같이, 본 발명의 나노섬유기반 유무기 복합체 광촉매 CPN-1-MTF 내지 CPN-12-MTF를 사용한 실시예 4-1 내지 실시예 4-12의 전환율(%)을 측정한 결과, 모두 81 % 이상 전환된 것 측정되었다. As described in Table 5, the result of measuring the conversion rate (%) of Examples 4-1 to 4-12 using the nanofiber-based organic-inorganic composite photocatalyst CPN-1-MTF to CPN-12-MTF of the present invention , both were measured to have more than 81% conversion.

이에 반하여, 비교예 7-1 내지 비교예 7-12의 공액화 고분자 나노입자 CPN-1 내지 CPN-12의 20mg을 반응용액에 직접 혼합시킨 후 전환율(%)을 측정한 결과, 4-나이트로페놀에서 4-아미노페놀로의 전환이 거의 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한 비교예 8의 이산화티타늄 나노섬유 20mg을 반응용액에 직접 침지시킨 후 전환율(%)을 측정한 결과 또한 4-나이트로페놀에서 4-아미노페놀로의 전환이 거의 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다.In contrast, 20 mg of the conjugated polymer nanoparticles CPN-1 to CPN-12 of Comparative Examples 7-1 to 7-12 were directly mixed in the reaction solution, and then the conversion (%) was measured. It can be seen that the conversion of phenol to 4-aminophenol hardly occurred. In addition, as a result of measuring the conversion rate (%) after immersing 20 mg of the titanium dioxide nanofiber of Comparative Example 8 directly in the reaction solution, it can also be confirmed that the conversion from 4-nitrophenol to 4-aminophenol hardly occurred.

이는 4-나이트로페놀의 환원반응에 있어서, 환원제 존재 하에 산화-환원 반응이 수반되는데, 이때 필요한 산화제 역할을 해줄 수 있는 활성산소종이 효율적으로 생성되지 못하게 되면 환원 전환율이 낮아지게 된다. 따라서 공액화 고분자 나노입자 또는 이산화티타늄 나노섬유 한 가지만 존재하게 되면 활성산소종을 원활하게 형성시킬 수 없기 때문에 산화제로서의 작용을 할 수 없으므로, 비교예 7 및 8에서는 4-나이트로페놀이 4-아미노페놀로의 낮은 환원전환율을 나타내는 것을 알 수 있다.In the reduction reaction of 4-nitrophenol, an oxidation-reduction reaction is accompanied in the presence of a reducing agent. At this time, if active oxygen species that can serve as a necessary oxidizing agent are not efficiently generated, the reduction conversion rate is lowered. Therefore, when only one conjugated polymer nanoparticle or titanium dioxide nanofiber is present, it cannot function as an oxidizing agent because active oxygen species cannot be smoothly formed, so in Comparative Examples 7 and 8, 4-nitrophenol was 4-amino It can be seen that the reduction conversion to phenol is low.

[[ 실시예Example 5] 5] 흡수부재형Absorption member type 광촉매의photocatalytic 재사용 실험 reuse experiment

[실시예 5-1] 염료분해 반응에서 재사용 실험[Example 5-1] Reuse experiment in dye decomposition reaction

본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF(제조예 1-3의 공액화 고분자 나노입자를 사용한 광촉매)을 사용하여 염료분해시 재사용 실험을 하였다. 본 발명에서 사용한 로다민 B와 메틸렌블루 및 메틸오렌지를 각각 물에 용해하여 20 ppm의 농도로 실시예 5-1-1 내지 실시예 5-1-3의 반응용액을 제조하였다. 이후에 20 ml의 바이알에 상기 반응용액 10 ml 와 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF를 10mg 함께 넣고 2 시간 동안 가시광선 (22 W/m2, λ>450 nm)을 조사하여 염료분해 반응을 실시하였으며, 이때 광원과 염료 용액의 거리는 5 cm로 하였다.A reuse experiment was performed during dye decomposition using CPN-3-MTF (photocatalyst using conjugated polymer nanoparticles of Preparation Example 1-3), which is an organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers of the present invention. Rhodamine B, methylene blue and methyl orange used in the present invention were each dissolved in water to prepare reaction solutions of Examples 5-1-1 to 5-1-3 at a concentration of 20 ppm. After that, 10 ml of the reaction solution and 10 mg of CPN-3-MTF, an organic/inorganic composite photocatalyst based on nanofibers, were put together in a 20 ml vial and visible light for 2 hours (22 W/m 2 , λ>450 nm) A dye decomposition reaction was carried out by irradiating the light, and the distance between the light source and the dye solution was 5 cm.

2시간 동안 광조사한 후 상기 CPN-3-MTF를 꺼내고 물로 세척한 뒤 건조하여 새로운 상기 반응용액에 침지하고, 다시 2 시간 동안 동일한 조건으로 광조사를 실시하여 염료분해 반응을 실시하였다. 상기 염료분해 반응을 총 4회 실시하였으며, 반응 후 반응용액의 흡수스펙트럼을 측정하였다.After irradiating with light for 2 hours, the CPN-3-MTF was taken out, washed with water, dried, immersed in the new reaction solution, and irradiated with light under the same conditions for 2 hours to carry out a dye decomposition reaction. The dye decomposition reaction was performed a total of 4 times, and the absorption spectrum of the reaction solution was measured after the reaction.

상기와 같이 측정된 반응용액의 흡수스펙트럼을 이용하여 식 1에 의거하여 염료분해율(%)을 측정하였다. 이때 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF의 재사용 횟수에 따른 반응용액의 흡수스펙트럼의 변화를 도 2의 (a) 내지 (c)로 나타내었다. 즉, 도 2의 (a) 내지 (c)는 실시예 5-1-1 내지 실시예 5-1-3의 반응용액을 이용하여 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF의 재사용 횟수에 따른 반응용액의 최대흡수파장에서의 흠광도(absorbance)의 변화를 나타낸 것이다. The dye decomposition rate (%) was measured based on Equation 1 using the absorption spectrum of the reaction solution measured as described above. At this time, the change of the absorption spectrum of the reaction solution according to the number of reuse of CPN-3-MTF, which is an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers, is shown in (a) to (c) of FIG. 2 . That is, (a) to (c) of FIG. 2 shows CPN-3-MTF which is an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers using the reaction solutions of Examples 5-1-1 to 5-1-3. It shows the change in absorbance at the maximum absorption wavelength of the reaction solution according to the number of times of reuse.

도 2의 (a)를 살펴보면, 로다민 B의 반응용액의 경우에 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF의 경우에 4회 재사용시에도 염료분해율(%)이 95.3%로 나타났다. 또한 메틸렌 블루와 메틸 오렌지의 경우에는 상기 흡수부재형 광촉매인 CPN-3-MTF를 4회 재사용시에도 염료분해율(%)이 각각 93.1%, 70.2%로 측정되었다. 즉, 본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매는 4회 재사용한 경우에도 여전히 높은 염료분해효율을 유지함으로써, 재사용이 가능함을 알 수 있다. Looking at (a) of Figure 2, in the case of the reaction solution of rhodamine B, in the case of CPN-3-MTF, which is an organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers of the present invention, even when reused 4 times (%) This was found to be 95.3%. In addition, in the case of methylene blue and methyl orange, the dye decomposition rates (%) were measured to be 93.1% and 70.2%, respectively, even when CPN-3-MTF, which is the absorption-free photocatalyst, was reused 4 times. That is, it can be seen that the organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers of the present invention can be reused by still maintaining high dye decomposition efficiency even after being reused 4 times.

[실시예 5-2] 유기화학반응에서 재사용 실험[Example 5-2] Reuse experiment in organic chemical reaction

본 발명의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF을 사용하여 유기화학반응의 재사용 실험을 하였다. 즉, 벤질아민, 퓨론산 및 4-나이트로페놀을 1 mmol의 농도로 각각 제조하여 실시예 5-2-1 내지 실시예 5-2-3의 반응용액을 제조하였다. 상기 반응용액의 제조시 상기 벤질아민은 용매로 아세토나이트릴을 이용하였으며, 상기 퓨론산과 4-나이트로페놀의 용매는 물을 이용하였다. An organic chemical reaction reuse experiment was conducted using CPN-3-MTF, an organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofibers of the present invention. That is, benzylamine, furonic acid and 4-nitrophenol were each prepared at a concentration of 1 mmol to prepare reaction solutions of Examples 5-2-1 to 5-2-3. When preparing the reaction solution, acetonitrile was used as a solvent for the benzylamine, and water was used as a solvent for the furonic acid and 4-nitrophenol.

상기와 같이 제조된 실시예 5-2-1 내지 실시예 5-2-3의 반응용액 5 ml를 20 ml의 바이알에 넣고, 각각 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF을 20mg 침지하였다. 이후에 4 시간 동안 가시광선 (22 W/m2, λ>450 nm)을 조사하여 반응을 실시하였으며, 이때 광원과 염료 용액의 거리는 5 cm로 하였다.5 ml of the reaction solutions of Examples 5-2-1 to 5-2-3 prepared as described above were put into a 20 ml vial, and CPN-3-MTF, which is an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers, respectively was immersed in 20 mg. Thereafter, the reaction was carried out by irradiating visible light (22 W/m 2 , λ>450 nm) for 4 hours, and the distance between the light source and the dye solution was 5 cm.

광조사 4 시간 후 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF을 꺼내고 각각의 용매로 세척한 뒤 건조하여 새로운 상기 반응용액에 다시 침지하고 다시 4 시간 동안 광조사 하였다. 상기 반응을 총 4회 실시하였으며, 반응 후 반응용액의 용매를 증발하여 제거한 뒤, 실시예 5-2-1과 5-2-2는 핵자기공명분광분석하였으며, 실시예 5-2-3은 흡수스펙트럼을 측정하여 전환율을 계산하였다..After 4 hours of light irradiation, CPN-3-MTF, which is an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers, was taken out, washed with each solvent, dried, immersed again in the new reaction solution, and irradiated with light for 4 hours again. The reaction was carried out a total of 4 times, and after the reaction was removed by evaporation of the solvent of the reaction solution, Examples 5-2-1 and 5-2-2 were analyzed by nuclear magnetic resonance spectroscopy, and in Example 5-2-3, The conversion rate was calculated by measuring the absorption spectrum.

상기 벤질아민, 퓨론산 및 4-나이트로페놀에서 각각의 생성물로의 전환율(%)은 상기 식 3, 5, 7를 통해 계산하였으며, 각각의 전환반응은 아래의 식 8 내지 식 11과 같다.The conversion rates (%) of the benzylamine, furonic acid and 4-nitrophenol to each product were calculated through Equations 3, 5, and 7 above, and each conversion reaction is shown in Equations 8 to 11 below.

즉, 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF의 재사용 횟수에 따른 반응용액의 전환율(%)의 변화를 도 3의 (a) 내지 (d) 및 표 9에 나타내었다. 즉, 도 3의 (a) 내지 (c)는 실시예 5-2-1 내지 실시예 5-2-4의 반응용액을 이용하여 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF의 재사용 횟수에 전환율(%)을 나타낸 것이다. That is, the change in the conversion rate (%) of the reaction solution according to the number of reuse of CPN-3-MTF, which is an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers, is shown in (a) to (d) of FIG. 3 and Table 9. That is, (a) to (c) of FIG. 3 shows CPN-3-MTF which is an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers using the reaction solutions of Examples 5-2-1 to 5-2-4. It shows the conversion rate (%) in the number of reuses.

도 3의 (a) 내지 (c) 및 표 6를 살펴보면, 벤질아민과 퓨론산 및 4-나이트로페놀의 경우에도 각각 다이벤질이민과 퓨라논 및 4-아미노페놀로의 전환율(%)이 상기 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매인 CPN-3-MTF를 4회 재사용시에도 각각 85.7 %, 83.3 % 및 82%로 측정되었다. 즉, 본 발명의 흡수부재형 광촉매는 4회 재사용한 경우에도 여전히 높은 유기화합물의 전환율(%)을 나타냄으로써, 재사용이 가능함을 알 수 있다. 3 (a) to (c) and Table 6, even in the case of benzylamine, furonic acid, and 4-nitrophenol, the conversion rates (%) of dibenzylimine, furanone, and 4-aminophenol were the above. Even when CPN-3-MTF, an organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers, was reused 4 times, 85.7%, 83.3%, and 82% were measured, respectively. That is, it can be seen that the absorption member-type photocatalyst of the present invention can be reused because it still shows a high conversion rate (%) of organic compounds even after being reused 4 times.

[식 8][Equation 8]

Figure pat00029
Figure pat00029

[식 9] [Equation 9]

Figure pat00030
Figure pat00030

[식 10] [Equation 10]

Figure pat00031
Figure pat00031

[식 11] [Equation 11]

Figure pat00032
Figure pat00032

실시예 5-2-1Example 5-2-1 실시예 5-2-2Example 5-2-2 실시예 5-2-3Example 5-2-3 재사용 횟수number of reuses 전환율 (%)Conversion rate (%) 1st 1 st 99.299.2 99.799.7 9898 2nd 2 nd 98.498.4 8585 96.496.4 3rd 3 rd 9494 8888 8787 4th 4 th 85.785.7 83.383.3 8282

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 공액화 고분자를 이용한 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매는 용매에 용해하여 사용하는 용액상 광촉매 또는 용매에 분산시켜 사용하는 분산상 광촉매와 달리, 다공성이고 표면적이 넓은 이산화티타늄 나노섬유 기반에 물 또는 극성용매에 친화력이 우수하고 가시광을 흡수하여 광촉해 활성을 나타낼 수 있는 공액화 고분자 나노입자로 복합화되어 있기 때문에 반응계 내에서 젖음성이 우수하므로 반응물과의 상호작용과 반응표면적이 증가하여 가시광 조사하에서 촉매효율이 향상된다. 또한, 가시광을 흡수하여 광촉매 기능을 갖는 공액화 고분자 나노입자를 이산화티타늄 나노섬유에 고정화시킴으로써 산란(scattering)에 의하여 빛을 다시 재흡수하는 과정을 반복하기 때문에 적은양의 공액화 고분자 나노입자가 도입되어 있어도 높은효율의 광촉매 특성을 나타내는 장점이 있으며, 광촉매성분 자체가 나노섬유로 구성되어 있기 때문에 사용 후 회수가 용이하고 재사용이 가능하다. 그리고 원하는 흡수 파장을 갖는 공액화 고분자를 나노입자로 제조하기만 하면 이산화티타늄 나노섬유에 정전기적인력으로 도입할 수 있기 때문에 제조과정이 간단하고 편리하며, 필요에 따라서 흡수부재의 모양을 자유자재로 변형시킬 수 있으므로 응용범위가 넓은 특징을 갖는다. As described above, the organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers using the conjugated polymer of the present invention is porous and has a surface area unlike a solution-phase photocatalyst used by dissolving in a solvent or a dispersed-phase photocatalyst used by dispersing in a solvent. Because it is complexed with conjugated polymer nanoparticles that have excellent affinity for water or polar solvents based on a wide titanium dioxide nanofiber and can exhibit photocatalytic activity by absorbing visible light, it has excellent wettability in the reaction system, so that the interaction with reactants and The catalytic efficiency is improved under visible light irradiation by increasing the reaction surface area. In addition, since the process of reabsorbing light by scattering is repeated by fixing the conjugated polymer nanoparticles having a photocatalytic function by absorbing visible light to the titanium dioxide nanofiber, a small amount of conjugated polymer nanoparticles is introduced It has the advantage of exhibiting high-efficiency photocatalytic properties even though it is used, and since the photocatalyst itself is composed of nanofibers, it is easy to recover after use and can be reused. And, as long as the conjugated polymer having the desired absorption wavelength is manufactured as nanoparticles, it can be introduced into the titanium dioxide nanofiber by electrostatic force, so the manufacturing process is simple and convenient, and the shape of the absorption member can be freely changed as needed. Because it can be deformed, it has a wide range of applications.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (7)

아래의 화학식 1 또는 화학식 2의 구조를 갖는 공액화 고분자 나노입자; 및
상기 공액화 고분자 나노입자가 도입된 이산화티타늄 나노섬유;로 구성되는 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매.

[화학식 1]
Figure pat00033


상기 화학식 1에서 X는 C, CR1R2, N, S, O, NR3, SO2 중 어느 하나이고, 상기 R1, R2, R3은 서로 상이하거나 동일하며, 각각 독립적으로 하나 이상의 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분지쇄이며, 탄소수가 1 내지 12의 알킬기 또는 알콕시기이며,

[화학식 2]
Figure pat00034


상기 화학식 2에서 R4, R5는 H, OR6, R7 중 어느 하나이고, 상기 R6, R7은 서로 상이하거나 동일하며, 각각 독립적으로 하나 이상의 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분지쇄인 1 내지 12의 알킬기 또는 알콕시기이다. 바람직하게는, R4, R5는 n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, n-데실, n-도데실, n-에틸헥실, n-헥실옥시, n-헵틸옥시, n-옥틸옥시, n-데실옥시 및 2-에틸헥실옥시로 이루어진 군으로부터 선택되거나 조합하여 선택될 수 있다. 또한 X와 Y의 값은 각 반복 단위의 조성을 몰분율로 나타낸 것으로서 X는 0 내지 0.99의 실수이고, Y는 1-X이며,
그리고, 상기 화학식 1 또는 하기 화학식 2에서 Ar은
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
,
Figure pat00040
중 어느 하나이다.
Conjugated polymer nanoparticles having a structure of Formula 1 or Formula 2 below; and
An organic-inorganic composite photocatalyst based on nanofibers comprising; titanium dioxide nanofibers introduced with the conjugated polymer nanoparticles.

[Formula 1]
Figure pat00033


In Formula 1, X is any one of C, CR 1 R 2 , N, S, O, NR 3 , and SO 2 , wherein R 1 , R 2 , R 3 are different or the same as each other, and each independently at least one halogen is a substituted or unsubstituted straight-chain or branched chain, an alkyl group or alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms,

[Formula 2]
Figure pat00034


In Formula 2, R 4 , R 5 is any one of H, OR 6 , and R 7 , wherein R 6 , R 7 are different or the same as each other, and each independently one or more halogens are substituted or unsubstituted straight chain or branched chain. It is a chain of 1 to 12 alkyl or alkoxy groups. Preferably, R 4 , R 5 is n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, n-decyl, n-dodecyl, n-ethylhexyl, n-hexyloxy, n-heptyloxy, n-octyloxy, n-decyloxy and 2-ethylhexyloxy, or a combination thereof. In addition, the values of X and Y represent the composition of each repeating unit in mole fraction, where X is a real number from 0 to 0.99, Y is 1-X,
And, in Formula 1 or Formula 2 below, Ar is
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
,
Figure pat00040
any one of
청구항 1의 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매를 이용하는 광촉매 반응
Photocatalytic reaction using the organic-inorganic composite photocatalyst based on the nanofiber of claim 1
청구항 2에 있어서,
상기 광촉매 반응은 유기 염료의 분해반응, 유기 화합물의 산화반응, 유기 화합물의 환원반응 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광촉매 반응.
3. The method according to claim 2,
The photocatalytic reaction is a photocatalytic reaction, characterized in that any one of a decomposition reaction of an organic dye, an oxidation reaction of an organic compound, and a reduction reaction of an organic compound.
청구항 3에 있어서,
상기 유기 염료는 로다민 B(Rhodamine B), 메틸렌블루(methylene blue), 메틸오렌지(methylorange) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광촉매 반응.
4. The method according to claim 3,
The organic dye is rhodamine B (Rhodamine B), methylene blue (methylene blue), photocatalytic reaction, characterized in that any one of methyl orange (methylorange).
청구항 3에 있어서,
상기 유기 화합물의 산화반응은 벤질아민 유도체 및 퓨로산 중 어느 하나를 대상으로 하는 것을 특징으로 하는 광촉매 반응.
4. The method according to claim 3,
The oxidation reaction of the organic compound is a photocatalytic reaction, characterized in that targeting any one of a benzylamine derivative and a furoic acid.
청구항 3에 있어서,
상기 유기 화합물의 환원반응은 4-나이트로페놀을 대상으로 하는 것을 특징으로 하는 광촉매 반응.
4. The method according to claim 3,
The reduction reaction of the organic compound is a photocatalytic reaction, characterized in that 4-nitrophenol is targeted.
아래의 화학식 1 또는 화학식 2의 구조를 갖는 공액화 고분자를 제조하는 제 1 단계(S100);
상기 제 1 단계에서 제조된 공액화 고분자를 이용하여 공액화 고분자 나노입자 용액을 제조하는 제 2 단계(S200);
이산화티타늄 나노섬유 방사용액을 제조하는 제 3 단계(S300);
상기 제 3 단계에서 제조된 방사용액을 전기방사하여 나노섬유 웹을 제조하는 제 4 단계(S400);
상기 제 4 단계에서 제조된 나노섬유 웹을 열처리 및 소성하는 제 5 단계(S500);
상기 제 5 단계에서 열처리 및 소성된 나노섬유 웹을 아민 처리하는 제 6단계(S600); 및
상기 제 6 단계에서 아민 처리된 나노섬유 웹을 상기 제 2 단계에서 제조된 공액화 고분자 나노입자 용액에 침지하여 복합하는 제 7 단계(S700);를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 기반으로 하는 유무기 복합체 광촉매의 제조방법

[화학식 1]
Figure pat00041


상기 화학식 1에서 X는 C, CR1R2, N, S, O, NR3, SO2 중 어느 하나이고, 상기 R1, R2, R3은 서로 상이하거나 동일하며, 각각 독립적으로 하나 이상의 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분지쇄이며, 탄소수가 1 내지 12의 알킬기 또는 알콕시기이며,

[화학식 2]
Figure pat00042


상기 화학식 2에서 R4, R5는 H, OR6, R7 중 어느 하나이고, 상기 R6, R7은 서로 상이하거나 동일하며, 각각 독립적으로 하나 이상의 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분지쇄인 1 내지 12의 알킬기 또는 알콕시기이다. 바람직하게는, R4, R5는 n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, n-데실, n-도데실, n-에틸헥실, n-헥실옥시, n-헵틸옥시, n-옥틸옥시, n-데실옥시 및 2-에틸헥실옥시로 이루어진 군으로부터 선택되거나 조합하여 선택될 수 있다. 또한 X와 Y의 값은 각 반복 단위의 조성을 몰분율로 나타낸 것으로서 X는 0 내지 0.99의 실수이고, Y는 1-X이며,

또한 상기 화학식 1 또는 하기 화학식 2에서 Ar은
Figure pat00043
,
Figure pat00044
,
Figure pat00045
,
Figure pat00046
,
Figure pat00047
,
Figure pat00048
중 어느 하나이다.

A first step (S100) of preparing a conjugated polymer having a structure of Formula 1 or Formula 2 below;
a second step (S200) of preparing a conjugated polymer nanoparticle solution using the conjugated polymer prepared in the first step;
A third step of preparing a titanium dioxide nanofiber spinning solution (S300);
A fourth step (S400) of producing a nanofiber web by electrospinning the spinning solution prepared in the third step;
a fifth step (S500) of heat-treating and firing the nanofiber web prepared in the fourth step;
A sixth step (S600) of amine treatment of the heat-treated and fired nanofiber web in the fifth step; and
A seventh step (S700) of immersing the amine-treated nanofiber web in the sixth step in the conjugated polymer nanoparticle solution prepared in the second step (S700); Method for manufacturing organic-inorganic composite photocatalyst

[Formula 1]
Figure pat00041


In Formula 1, X is any one of C, CR 1 R 2 , N, S, O, NR 3 , and SO 2 , wherein R 1 , R 2 , R 3 are different or the same as each other, and each independently at least one halogen is a substituted or unsubstituted straight-chain or branched chain, an alkyl group or alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms,

[Formula 2]
Figure pat00042


In Formula 2, R 4 , R 5 is any one of H, OR 6 , and R 7 , wherein R 6 , R 7 are different or the same as each other, and each independently one or more halogens are substituted or unsubstituted straight chain or branched chain. It is a chain of 1 to 12 alkyl or alkoxy groups. Preferably, R 4 , R 5 is n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, n-decyl, n-dodecyl, n-ethylhexyl, n-hexyloxy, n-heptyloxy, n-octyloxy, n-decyloxy and 2-ethylhexyloxy, or a combination thereof. In addition, the values of X and Y represent the composition of each repeating unit in mole fraction, where X is a real number from 0 to 0.99, Y is 1-X,

In addition, in Formula 1 or Formula 2 below, Ar is
Figure pat00043
,
Figure pat00044
,
Figure pat00045
,
Figure pat00046
,
Figure pat00047
,
Figure pat00048
any one of

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