KR20220036255A - Gallium oxide photocatalyst composite, method for the same and filter including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체는 산화갈륨; 및 원자가 4가 원소로 마련되고, 상기 산화갈륨에 도핑되는 도펀트를 포함함에 따라 휘발성 유기화합물(VOCs) 분해를 촉진하는 자유라디칼이 많이 생성되어 휘발성기화합물(VOCs)의 분해 효율을 향상시킬 수 있다. The gallium oxide photocatalyst composite according to an embodiment of the present invention includes gallium oxide; And the valence is provided with a tetravalent element, and as it contains a dopant doped into the gallium oxide, a lot of free radicals that promote the decomposition of volatile organic compounds (VOCs) are generated, thereby improving the decomposition efficiency of volatile organic compounds (VOCs). .
Description
본 발명은 산화갈륨 광촉매 복합체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘발성 유기물질(VOCs)의 제거 효율이 우수한 산화갈륨계 광촉매 복합체에 관한 것이다. The present invention relates to a gallium oxide photocatalyst composite, and more specifically, to a gallium oxide-based photocatalyst composite with excellent removal efficiency of volatile organic substances (VOCs).
산업의 발전으로 유해 화학물질에 의한 환경오염이 심화되어 생태계 파괴, 지구 온난화 현상, 신종 바이러스에 의한 병원성 질환 유병율 증대와 같은 심각한 문제를 야기되고 있다. Due to industrial development, environmental pollution caused by hazardous chemicals is intensifying, causing serious problems such as destruction of ecosystems, global warming, and increased prevalence of pathogenic diseases caused by new viruses.
환경오염 중 유해 화학물질의 사용 및 자동차 배기가스 배출량 증대로 실외 대기오염뿐만 아니라, 실내 환기량 감소, 건축자재 및 마감재로부터의 유해성 화학물질 방출량 증대로 실내·외 대기오염의 심각성이 대두되고 있다. In addition to outdoor air pollution due to the use of hazardous chemicals and increased vehicle exhaust emissions among environmental pollution, indoor and outdoor air pollution is becoming more serious due to decreased indoor ventilation and increased emissions of hazardous chemicals from building materials and finishing materials.
실내·외 공기질을 기준치 이하로 유지하기 위해서는 잠정적인 유해요인 즉, 박테리아, 바이러스, 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 등의 제거기술과 각종 건축 내·외장재로부터 발생되는 포름알데히드, 클로로포름 등과 같은 기존 제품의 성분을 대체하거나 제한하는 기술이 요구된다. In order to maintain indoor and outdoor air quality below the standard level, technology is required to remove potential harmful factors such as bacteria, viruses, volatile organic compounds (VOCs), and formaldehyde and chloroform generated from various building interior and exterior materials. Technologies that replace or limit the ingredients of existing products are required.
그 중 휘발성 유기화합물(VOCs)은 유독성, 돌연변이 유발 및 발암 물질로 작용한다고 보고되고 있다. 이에 효율적인 휘발성 유기화합물의 처리 방안이 요구되었다. Among them, volatile organic compounds (VOCs) are reported to act as toxic, mutagenic, and carcinogenic substances. Accordingly, an efficient method for treating volatile organic compounds was required.
종래 휘발성 유기화합물(VOCs) 저감화 방안으로 가열처리를 통한 직화 연소, 촉매산화연소와 같이 인체 무해물질로 산화 처리 등을 수행하였다. 그러나 상기 제시된 방안으로는 높은 유지비용 및 2차적 환경 오염원이 발생되는 문제점을 가진다. 또한 상기 처리법으로는 대기질 개선에 한계를 보여 유해물질의 분해/제거할 수 있는 추가적인 수단의 적용 필요성에 대한 요구가 증대되고 있어, 이에 광촉매에 의한 유해화합물의 분해/제거하는 방법이 새로운 대안으로 제시되었다. Conventional methods to reduce volatile organic compounds (VOCs) include direct combustion through heat treatment and oxidation treatment with substances harmless to the human body, such as catalytic oxidation combustion. However, the proposed method has the problem of high maintenance costs and secondary environmental pollution. In addition, the above treatment method shows limitations in improving air quality, and the need for the application of additional means to decompose/remove hazardous substances is increasing. Accordingly, a method of decomposing/removing hazardous compounds using a photocatalyst is a new alternative. presented.
일례로 대한민국 등록특허 제10-1039898호에서는 유해화합물의 분해능이 우수하고 인체 무해성으로 대표되는 TiO2 광촉매를 통해 휘발성 유기화합물(VOCs)를 분해 및 제거하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 TiO2의 경우 band gap이 3.0~3.2eV로 400nm 이하의 파장을 갖는 자외선과 일부 가시광에서만 광촉매 분해능을 발휘한다는 점에서 더 넓은 에너지 밴드갭 대역을 가지면서도 휘발성 유기화합물(VOCs)에 우수한 광분해 반응 효율을 갖는 새로운 광촉매 개발이 여전히 요구되고 있다. For example, Republic of Korea Patent No. 10-1039898 discloses a method of decomposing and removing volatile organic compounds (VOCs) through TiO 2 photocatalyst, which has excellent decomposition ability of harmful compounds and is harmless to the human body. However, in the case of TiO 2 , the band gap is 3.0 ~ 3.2 eV, and it has a wider energy band gap in that it only exhibits photocatalytic decomposition ability in ultraviolet rays and some visible light with a wavelength of 400 nm or less, and has an excellent photodecomposition reaction to volatile organic compounds (VOCs). The development of new efficient photocatalysts is still required.
본 발명의 일측면은 4가 원소가 도핑된 산화갈륨을 광촉매로 적용함에 따라 휘발성 유기화합물(VOCs) 분해를 촉진 자유라디칼이 많이 생성되어 종래 분해 불가했던 휘발성 유기화합물(VOCs)의 분해가 가능함을 확인하였다. One aspect of the present invention is that by applying gallium oxide doped with a tetravalent element as a photocatalyst, the decomposition of volatile organic compounds (VOCs) is promoted and a large amount of free radicals are generated, making it possible to decompose volatile organic compounds (VOCs) that were previously impossible to decompose. Confirmed.
따라서, 본 발명은 광촉매 분해 효율이 향상된 4가 원소가 도핑된 산화갈륨을 포함하는 산화갈륨 광촉매 복합체를 제공하고자 한다. Therefore, the present invention seeks to provide a gallium oxide photocatalyst composite containing gallium oxide doped with a tetravalent element with improved photocatalytic decomposition efficiency.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체는, 산화갈륨; 및 원자가 4가 원소로 마련되고, 상기 산화갈륨에 도핑되는 도펀트;를 포함하는 산화갈륨 광촉매 복합체이다. A gallium oxide photocatalyst composite according to an embodiment of the present invention includes gallium oxide; and a dopant whose valence is made of a tetravalent element and doped into the gallium oxide.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도펀트는 Sn, Ge, Si 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 마련된다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the dopant is provided as one selected from the group consisting of Sn, Ge, Si, and Pb.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도펀트는 C로 마련된다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the dopant is prepared as C.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화갈륨 내 도펀트의 농도는 0.1 ~ 10 at.%일 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the concentration of the dopant in the gallium oxide may be 0.1 to 10 at.%.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도펀트는 0.1 ~ 1 at.%의 Sn으로 마련될 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the dopant may be prepared with 0.1 to 1 at.% Sn.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도펀트는 0.1 ~ 1.5 at.%의 Si로 마련될 수 있다. Additionally, according to an embodiment of the present invention, the dopant may be prepared as 0.1 to 1.5 at.% Si.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화갈륨은 단사 결정계의 고전압 β-Ga2O3 결정체로 마련될 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the gallium oxide may be prepared as a monoclinic high-voltage β-Ga2O3 crystal.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체 제조방법은 산화갈륨 및 원자가 4가 원소로 마련되는 도펀트를 혼합하는 단계; 상기 산화갈륨 및 상기 도펀트 혼합물을 수열 합성하는 단계; 및 상기 수열 합성된 혼합물을 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.A method for manufacturing a gallium oxide photocatalyst composite according to an embodiment of the present invention includes mixing gallium oxide and a dopant prepared as a tetravalent element; Hydrothermal synthesis of the gallium oxide and the dopant mixture; and heat-treating the hydrothermally synthesized mixture.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체 제조방법은 산화갈륨 및 원자가 4가 원소로 마련되는 도펀트를 혼합하는 단계; 상기 산화갈륨 및 상기 도펀트 혼합물을 25 KV 에서 전기 방사하는 단계; 및 상기 전기 방사된 혼합물을 1000℃에서 6 시간 동안 열처리 하는 단계;를 포함할 수 있다.A method for manufacturing a gallium oxide photocatalyst composite according to an embodiment of the present invention includes mixing gallium oxide and a dopant prepared as a tetravalent element; Electrospinning the gallium oxide and the dopant mixture at 25 KV; and heat-treating the electrospun mixture at 1000°C for 6 hours.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도펀트는 Sn, Ge, Si 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 마련될 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the dopant may be prepared from any one selected from the group consisting of Sn, Ge, Si, and Pb.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도펀트는 C로 마련될 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the dopant may be prepared as C.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화갈륨은 단사 결정계의 고전압 β-Ga2O3 결정체로 마련될 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the gallium oxide may be prepared as a monoclinic high-voltage β-Ga2O3 crystal.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수열 합성은 140℃ 에서 10 시간 동안 수행할 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the hydrothermal synthesis can be performed at 140°C for 10 hours.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리는 1000℃ 에서 6 시간 동안 수행할 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the heat treatment can be performed at 1000°C for 6 hours.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터는 산화갈륨; 및 원자가 4가 원소로 마련되고, 상기 산화갈륨에 도핑되어 있는 도펀트;를 포함하는 산화갈륨 광촉매 복합체를 포함한다.A filter according to an embodiment of the present invention includes gallium oxide; and a dopant whose valence is made of a tetravalent element and doped into the gallium oxide.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도펀트는 Sn, Ge, Si 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 마련될 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the dopant may be prepared from any one selected from the group consisting of Sn, Ge, Si, and Pb.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도펀트는 C로 마련될 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the dopant may be prepared as C.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화갈륨 내 도펀트의 농도는 0.1 ~ 10 at.%일 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the concentration of the dopant in the gallium oxide may be 0.1 to 10 at.%.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 필터는 공기청정용 필터 및 자동차 배기가스 정화용 필터를 포함할 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, the filter may include a filter for air purification and a filter for purifying automobile exhaust gas.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산화갈륨은 단사 결정계의 고전압 β-Ga2O3 결정체로 마련될 수 있다. Additionally, according to an embodiment of the present invention, the gallium oxide may be prepared as a monoclinic high-voltage β-Ga2O3 crystal.
본 발명의 산화갈륨 광촉매 복합체는 원자가 4가 원소가 도핑된 산화갈륨을 적용함에 따라 휘발성 유기화합물(VOCs)의 분해 효율을 향상시킬 수 있다. The gallium oxide photocatalyst composite of the present invention can improve the decomposition efficiency of volatile organic compounds (VOCs) by applying gallium oxide doped with a tetravalent element.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도펀트가 도핑된 산화갈륨 광촉매 복합체의 광촉매 반응 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 Sn이 농도별로 도핑된 산화갈륨 광촉매 복합체의 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 Sn이 농도별로 도핑된 산화갈륨 광촉매 복합체의 X선 회절 분석(XRD) 결과 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 Sn이 농도별로 도핑된 산화갈륨 광촉매 복합체의 분해효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 Si이 농도별로 도핑된 산화갈륨 광촉매 복합체의 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 Si이 농도별로 도핑된 산화갈륨 광촉매 복합체의 X선 회절 분석(XRD) 결과 그래프이다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 Si이 농도별로 도핑된 산화갈륨 광촉매 복합체의 분해효율을 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a conceptual diagram for explaining the photocatalytic reaction principle of a gallium oxide photocatalyst composite doped with a dopant according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an electron microscope (SEM) photograph of a gallium oxide photocatalyst composite doped with Sn at different concentrations according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis (XRD) of a gallium oxide photocatalyst composite doped with Sn at different concentrations according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the decomposition efficiency of a gallium oxide photocatalyst composite doped with Sn at different concentrations according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an electron microscope (SEM) photograph of a gallium oxide photocatalyst composite doped with Si at different concentrations according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis (XRD) of a gallium oxide photocatalyst composite doped with Si at different concentrations according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the decomposition efficiency of a gallium oxide photocatalyst composite doped with Si according to concentration according to an embodiment of the present invention.
본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. This specification does not describe all elements of the embodiments, and general content or overlapping content between the embodiments in the technical field to which the present invention pertains is omitted.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly makes an exception.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 복합체는 산화갈륨 및 원자가 4가 원소로 마련되고, 상기 산화갈륨에 도핑되는 도펀트를 포함한다.A photocatalyst composite according to an embodiment of the present invention is prepared with gallium oxide and a tetravalent element, and includes a dopant doped into the gallium oxide.
본 발명은 광촉매로 산화갈륨(Ga2O3)을 포함한다.The present invention includes gallium oxide (Ga 2 O 3 ) as a photocatalyst.
종래 휘발성 유기화합물(VOCs)의 분해 및 냄새 제거용 광촉매 물질로 TiO2가 대표적으로 사용되었다. 구체적으로 TiO2는 비용적 측면, 인체 무해성 및 반영구적 사용 가능한 특징을 가지나, 띠간격이 3.0~3.2eV 이상이므로 400nm 이하의 자외선과 일부 가시광에서만 광촉매 분해능을 가진다. 따라서 그 이상의 높은 에너지 대역을 가지며 높은 결합력을 갖는 벤젠고리 화합물 VOCs의 경우 TiO2 광촉매로는 분해에 한계를 가진다.Conventionally, TiO 2 has been typically used as a photocatalyst material for decomposing volatile organic compounds (VOCs) and removing odors. Specifically, TiO 2 has the characteristics of cost, harmlessness to the human body, and semi-permanent use, but since its band gap is 3.0 to 3.2 eV or more, it has photocatalytic resolution only in ultraviolet rays of 400 nm or less and some visible light. Therefore, in the case of VOCs, which are benzene ring compounds with a higher energy band and high binding force, there are limits to decomposition using TiO 2 photocatalyst.
상기 TiO2와 달리 산화갈륨은 도 1에 도시된 바와 같이 밴드갭 이상의 에너지를 제공받으면 전자와 정공(홀)을 생성해 전자와 다른 종의 결합 또는 정공과 다른 종과의 결합을 통해 유기화합물의 분해가 가능한 자유라디칼이 발생된다.Unlike TiO 2 , gallium oxide generates electrons and holes (holes) when provided with energy exceeding the bandgap as shown in FIG. 1, forming an organic compound through the combination of electrons with other species or holes with other species. Free radicals capable of decomposition are generated.
상기 산화갈륨의 전자와 정공의 생성을 위한 밴드갭 이상의 에너지는 자외선 영역의 광 조사로 제공받을 수 있으나, 전자와 정공을 생성할 수 있는 방법이라면 어느 하나로 한정되지 않는다. 구체적으로 본 발명에 따른 밴드갭 이상의 에너지는 전기적, 화학적, 물리적 방법을 통해 에너지를 제공 받을 수 있다.Energy above the band gap for the generation of electrons and holes of the gallium oxide can be provided by light irradiation in the ultraviolet region, but is not limited to any method that can generate electrons and holes. Specifically, energy above the band gap according to the present invention can be provided through electrical, chemical, or physical methods.
일반적으로 밴드갭 이상의 에너지를 받은 광촉매의 전자와 정공은 촉매 표면의 O2, OH- 와 반응하고 흡착된 유기 오염 물질을 분해할 수 있는 자유라디칼의 발생을 위해 매우 강한 환원력 및 산화력이 요구된다.In general, electrons and holes in a photocatalyst that receive energy above the band gap react with O 2 and OH - on the catalyst surface and require very strong reducing and oxidizing power to generate free radicals that can decompose adsorbed organic pollutants.
휘발성 유기화합물(VOCs)의 분해를 위해 광촉매가 활용 시, 밴드갭 이상의 에너지를 통해 여기된 전자는 대기 중의 물, 산소 등과 반응해 강한 산화력과 환원력을 갖는 음이온 라디칼(O2 -)를 형성하고, 가전도대에 남은 정공은 광촉매 표면으로 이동하여 물이나 수산화이온(OH-)을 산화시켜 OH 라디칼을 형성한다. 상기 형성된 OH 라디칼은 산화력이 매우 커 유해한 유기 오염물질을 분해할 수 있다.When a photocatalyst is used to decompose volatile organic compounds (VOCs), electrons excited through energy above the band gap react with water, oxygen, etc. in the atmosphere to form anion radicals (O 2 - ) with strong oxidizing and reducing power, The holes remaining in the valence band move to the photocatalyst surface and oxidize water or hydroxide ions (OH - ) to form OH radicals. The formed OH radicals have a very large oxidizing power and can decompose harmful organic pollutants.
상기 산화갈륨의 광생성된 전자와 정공은 TiO2에서 생성된 전자와 정공에 비해 강한 산화 환원능을 가져, TiO2에 비해 광촉매 효율이 우수하다. 이에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매는 산화갈륨을 포함함에 따라 종래 TiO2 적용 광촉매에 비해 우수한 VOCs 분해 효율을 가질 수 있다.The photogenerated electrons and holes of gallium oxide have a stronger oxidation-reduction ability than the electrons and holes generated from TiO 2 , and thus have superior photocatalytic efficiency compared to TiO 2 . Accordingly, since the photocatalyst according to an embodiment of the present invention contains gallium oxide, it can have superior VOCs decomposition efficiency compared to the conventional photocatalyst using TiO 2 .
본 발명에 따른 산화갈륨은 베타상, 알파상, 감마상 등의 산화갈륨 중 어느 하나를 채택하여 포함할 수 있으며, 어느 하나로 한정되지 않는다. 예를 들어, 산화갈륨은 단사 결정계의 β-Ga2O3 결정체로 마련될 수 있다. β-Ga2O3은 다이렉트 밴드갭(direct band gap), 와이드 밴드갭(wide band gap) 반도체 재료이며, 밴드갭은 약 4.8 내지 4.9eV이다. 이는 밴드갭이 크고, 포화 전자의 드리프트 속도가 빠르며, 절연파괴 전기장 강도가 높고, 화학적 성질이 안정적인 여러가지 장점 등을 가지고 있다.The gallium oxide according to the present invention may include any one of gallium oxide such as beta phase, alpha phase, and gamma phase, and is not limited to any one. For example, gallium oxide may be prepared as a monoclinic β-Ga 2 O 3 crystal. β-Ga 2 O 3 is a direct band gap, wide band gap semiconductor material, and the band gap is about 4.8 to 4.9 eV. It has various advantages such as a large band gap, fast saturation electron drift speed, high dielectric breakdown electric field strength, and stable chemical properties.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체는 산화갈륨에 원자가 4가 원소인 도펀트가 도핑된다.In the gallium oxide photocatalyst composite according to an embodiment of the present invention, gallium oxide is doped with a dopant whose valence is a tetravalent element.
상기 도펀트는 도핑 공정을 통해 형성된 전하와 정공의 재결합을 억제한다. 구체적으로 상기 도펀트를 산화갈륨에 도핑하기 위한 도핑 공정 시 bandgap 내에 trap site를 형성하여 전하와 정공의 재결합이 억제되어 전하의 여기 시간(life-time)이 증가될 수 있다. 이에 의해 상기 도펀트는 산화갈륨의 전도대보다 낮은 전도대를 채택하는 것이 바람직하다.The dopant suppresses recombination of charges and holes formed through the doping process. Specifically, during the doping process for doping gallium oxide with the dopant, a trap site is formed within the bandgap, thereby suppressing recombination of charges and holes, thereby increasing the charge excitation time (life-time). Accordingly, it is desirable that the dopant adopts a conduction band lower than that of gallium oxide.
본 발명에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체는 상기 도펀트를 주입 시 전도대에 전자가 생성된다. 생성된 전자에 의한 자유라디칼이 VOCs의 분해를 촉진시켜 산화갈륨의 광촉매 특성이 향상된다.In the gallium oxide photocatalyst composite according to the present invention, electrons are generated in the conduction band when the dopant is injected. Free radicals from the generated electrons promote the decomposition of VOCs, improving the photocatalytic properties of gallium oxide.
본 발명의 실시예에 따른 산화갈륨에 도핑되는 도펀트의 농도는 0.1 ~ 10at.% 이다. The concentration of the dopant doped into gallium oxide according to an embodiment of the present invention is 0.1 to 10 at.%.
상기 도펀트는 도핑 시 전도대역에 더 많은 전자를 여기시켜 산화갈륨의 광촉매 특성을 향상시키며, 0.1at.% 이상 주입될 수 있다. 다만, 상기 산화갈륨 내 도펀트의 농도가 10at.% 이상 주입될 경우 상기 도펀트의 상분리로 광촉매 특성이 열화되는 문제가 있어, 그 상한을 10at.%로 한정하는 것이 바람직하다. The dopant improves the photocatalytic properties of gallium oxide by exciting more electrons in the conduction band during doping, and can be injected at 0.1 at.% or more. However, when the concentration of the dopant in the gallium oxide is more than 10 at.%, there is a problem that photocatalytic properties are deteriorated due to phase separation of the dopant, so it is preferable to limit the upper limit to 10 at.%.
상기 산화갈륨에 도핑되는 도펀트는 금속 또는 비금속인 것이 바람직하며, 구체적으로 원자가 4가 원소인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에 따른 4가 원소는 어느 하나로 한정되지 않으나, Sn, Ge, Si 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속 또는 비금속 원소인 C로 마련될 수 있다.The dopant doped into the gallium oxide is preferably a metal or non-metal, and more preferably, the dopant is a tetravalent element. The tetravalent element according to the present invention is not limited to any one, but may be prepared as C, which is any one metal or non-metallic element selected from the group consisting of Sn, Ge, Si, and Pb.
산화갈륨에 도핑되는 도펀트로 Sn을 채택할 경우 산화갈륨 내 Sn의 농도는 0.1 ~ 1at.%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이는 산화갈륨 내 Sn의 농도가 0.1at.% 미만일 경우 광촉매 효과를 얻기가 어렵고, 1at.% 이상의 고용도 Sn을 주입 시 SnO2로 상분리되어 광촉매 특성이 열화될 수 있어, 그 상한을 1at.%로 한정하는 것이 바람직하다. When Sn is adopted as a dopant for doping gallium oxide, it is preferable that the concentration of Sn in gallium oxide is in the range of 0.1 to 1 at.%. This is because it is difficult to obtain a photocatalytic effect when the concentration of Sn in gallium oxide is less than 0.1 at.%, and when high-solubility Sn of more than 1 at.% is injected, the photocatalytic properties may deteriorate due to phase separation into SnO 2 , so the upper limit is 1 at.%. It is desirable to limit it to .
또한, 산화갈륨에 도핑되는 도펀트로 Si를 채택할 경우 산화갈륨 내 Si 농도는 0.1~1.5at.%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이는 산화갈륨 내 Si 농도가 0.1at.% 미만일 경우 광촉매 효과를 얻기 어려우며, 1.5at.% 이상의 경우 더욱 효율적인 광촉매능을 기대하기 어렵다. In addition, when Si is adopted as a dopant for doping gallium oxide, it is preferable that the Si concentration in gallium oxide is in the range of 0.1 to 1.5 at.%. This means that if the Si concentration in gallium oxide is less than 0.1 at.%, it is difficult to obtain a photocatalytic effect, and if it is more than 1.5 at.%, it is difficult to expect more efficient photocatalytic performance.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체 제조방법과 관련하여 상기 산화갈륨 광촉매 복합체에서 설명한 구성에 대해 중복되는 설명은 간략하거나 생략한다.In relation to the gallium oxide photocatalyst composite manufacturing method according to an embodiment of the present invention, overlapping descriptions of the components described in the gallium oxide photocatalyst composite will be simplified or omitted.
본 발명의 일 실시예에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체는 산화갈륨 및 원자가 4가 원소로 마련되는 도펀트를 혼합하는 단계; 상기 산화갈륨 및 상기 도펀트 혼합물을 수열 합성하는 단계; 및 상기 수열 합성된 혼합물을 열처리하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.The gallium oxide photocatalyst composite according to an embodiment of the present invention includes the steps of mixing gallium oxide and a dopant prepared as a tetravalent element; Hydrothermal synthesis of the gallium oxide and the dopant mixture; and heat-treating the hydrothermally synthesized mixture.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체는 산화갈륨 및 원자가 4가 원소로 마련되는 도펀트를 혼합하는 단계; 상기 산화갈륨 및 상기 도펀트 혼합물을 25 KV 에서 전기 방사 하는 단계; 및 상기 전기 방사된 혼합물을 1000℃에서 6 시간 동안 열처리 하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다. In addition, the gallium oxide photocatalyst composite according to another embodiment of the present invention includes the steps of mixing gallium oxide and a dopant prepared as a tetravalent element; Electrospinning the gallium oxide and the dopant mixture at 25 KV; and heat-treating the electrospun mixture at 1000°C for 6 hours.
이하 각 단계별로 상세히 설명하면,Below is a detailed explanation of each step:
먼저, 산화갈륨 및 원자가 4가 원소로 마련되는 도펀트를 준비한다.First, a dopant made of gallium oxide and a tetravalent element is prepared.
상기 산화갈륨은 광촉매능을 가지면 어느 하나로 한정되지 않으며, 베타상, 알파상, 감마상 등의 산화갈륨 중 어느 하나로 마련될 수 있다. 또한 상기 산화갈륨에 도핑되는 원자가 4가 원소로 마련되는 도펀트는 전자를 생성시켜 자유라디칼이 생성됨에 따라 휘발성 유기화합물(VOCs)의 분해를 촉진한다. 상기 산화갈륨 내 도펀트는 Sn, Ge, Si 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속 또는 C로 마련되는 비금속 일 수 있으며, 도펀트의 농도는 0.1 ~ 10 at.%인 것이 바람직하다.The gallium oxide is not limited to any one as long as it has photocatalytic ability, and may be prepared as any one of gallium oxide such as beta phase, alpha phase, and gamma phase. In addition, the dopant prepared as a tetravalent element doped into the gallium oxide generates electrons and generates free radicals, thereby promoting the decomposition of volatile organic compounds (VOCs). The dopant in the gallium oxide may be any one metal selected from the group consisting of Sn, Ge, Si, and Pb, or a non-metal made of C, and the concentration of the dopant is preferably 0.1 to 10 at.%.
다음으로, 상기 산화갈륨 및 상기 도펀트가 혼합된 혼합물을 통해 도펀트가 도핑된 산화갈륨 광촉매 복합체를 제조하기 위해서는 (1)수열 합성법을 이용하거나, (2) 전기방사를 통해 제조할 수 있으며, 경우에 따라 적절하게 채택하여 제조할 수 있다.Next, in order to manufacture a gallium oxide photocatalyst composite doped with a dopant through a mixture of the gallium oxide and the dopant, it can be manufactured through (1) hydrothermal synthesis, or (2) electrospinning. It can be manufactured by appropriately adopting it.
본 발명의 일 실시예 따른 수열 합성을 통한 제조 시 우선적으로 상기 산화갈륨 및 상기 도펀트가 혼합된 혼합물을 (1)수열합성 후 열처리해 도펀트가 도핑된 산화갈륨을 제조할 수 있다.When manufacturing through hydrothermal synthesis according to an embodiment of the present invention, gallium oxide doped with a dopant can be manufactured by first heat-treating a mixture of the gallium oxide and the dopant after (1) hydrothermal synthesis.
수열합성을 통한 산화갈륨 광촉매 복합체 제조 시 증류수에 상기 산화갈륨과 상기 원자가 4가 원소로 마련되는 도펀트를 혼합 후 Sn, Ge, Si, Pb 및 C 중 어느 하나의 전구체를 포함한다. 이때 pH를 9 ~ 11로 조정 후 140℃, 10 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. When manufacturing a gallium oxide photocatalyst composite through hydrothermal synthesis, the gallium oxide and a dopant prepared as a tetravalent element are mixed in distilled water, and then a precursor of any one of Sn, Ge, Si, Pb, and C is included. At this time, it is desirable to adjust the pH to 9 to 11 and then carry out the treatment at 140°C for 10 hours.
다음으로 상기 수열 합성된 혼합물을 열처리한다.Next, the hydrothermally synthesized mixture is heat treated.
상기 수열 합성으로 도펀트가 도핑된 수산화갈륨을 증류수로 세정 후 1000℃, 6 시간 동안 열처리를 수행하여 다결정 도펀트가 도핑된 산화갈륨을 얻을 수 있다. Gallium hydroxide doped with a polycrystalline dopant can be obtained by washing gallium hydroxide doped with a dopant through the hydrothermal synthesis with distilled water and then performing heat treatment at 1000°C for 6 hours.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체는 상기 산화갈륨 및 상기 원자가 4가 원소로 마련되는 도펀트 혼합물을 전기방사해 제조할 수 있다. 구체적으로 상기 산화갈륨 및 상기 원자가 4가 원소로 마련되는 도펀트 혼합물을 25 KV 에서 전기 방사 후 1000℃, 6 시간 동안 열처리를 함에 따라 원자가 4가 원소가 도핑된 산화갈륨 광촉매 복합체를 얻을 수 있다. In addition, the gallium oxide photocatalyst composite according to another embodiment of the present invention can be manufactured by electrospinning a dopant mixture prepared from the gallium oxide and the tetravalent element. Specifically, a dopant mixture prepared with the gallium oxide and the tetravalent element is electrospun at 25 KV and then heat-treated at 1000° C. for 6 hours to obtain a gallium oxide photocatalyst composite doped with the tetravalent element.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터는 산화갈륨; 및 원자가 4가 원소로 마련되고, 상기 산화갈륨에 도핑되어 있는 도펀트;를 포함하는 산화갈륨 광촉매 복합체를 포함할 수 있다. A filter according to an embodiment of the present invention includes gallium oxide; and a dopant whose valence is made of a tetravalent element and doped into the gallium oxide.
구체적으로 원자가 4가 원소가 도핑된 산화갈륨 광촉매 복합체를 증착법 또는 코팅법을 통해 필터상에 형성시켜 광촉매능을 갖는 필터를 제조할 수 있다. 또한 경우에 따라서는 산화갈륨 광촉매 복합체와 활성탄을 동시 처리해 제조함에 따라 휘발성 유기화합물(VOCs)의 분해 및 냄새 제거 효과를 동시에 갖는 필터를 제조할 수 있다. Specifically, a filter with photocatalytic activity can be manufactured by forming a gallium oxide photocatalyst complex doped with a tetravalent element on a filter through deposition or coating. In addition, in some cases, a filter that simultaneously decomposes volatile organic compounds (VOCs) and removes odors can be manufactured by simultaneously processing gallium oxide photocatalyst composite and activated carbon.
상기와 같은 광촉매능을 갖는 필터는 공기청정기용 또는 자동차 배기가스 정화용 필터로 적용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. A filter having the above photocatalytic ability can be applied as a filter for air purifiers or automobile exhaust gas purification, but is not limited thereto.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변경될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되지 않는다. Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, examples will be given in detail. However, the embodiments according to the present invention may be changed into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described in detail below.
실시예 1 내지 3: Sn이 도핑된 산화갈륨 제조Examples 1 to 3: Production of Sn-doped gallium oxide
하기 순서와 같은 방법을 이용하여 농도별(Sn 농도: 0.1, 0.15, 0.9at.%) Sn이 도핑된 실시예 1 내지 3 산화갈륨을 제조하였다. 상기 실시예 1 내지 3 산화갈륨은 경우에 따라 수열합성법 또는 전기방사법을 수행하여 제조할 수 있다. Gallium oxide of Examples 1 to 3 doped with Sn at different concentrations (Sn concentration: 0.1, 0.15, 0.9 at.%) was manufactured using the following procedure. Gallium oxide in Examples 1 to 3 may be produced by hydrothermal synthesis or electrospinning, depending on the case.
1. 수열합성 후 열처리 공정을 통해 제조 시,1. When manufactured through a heat treatment process after hydrothermal synthesis,
증류수에 질산갈륨 및 염화갈륨을 혼합한 후, Sn 전구체(SnCl3)를 첨가한다. pH는 암모니아수를 이용하여 9.0~10.5로 조정 후 혼합 용액을 140℃, 10시간 동안 수열 합성한다. 증류수로 세척 후 Sn이 도핑된 수산화갈륨을 1000℃ 조건 하에서 6시간 동안 열처리해 다결정 Sn이 도핑된 산화갈륨을 얻는다. After mixing gallium nitrate and gallium chloride in distilled water, Sn precursor (SnCl 3 ) is added. The pH is adjusted to 9.0~10.5 using aqueous ammonia, and then the mixed solution is hydrothermally synthesized at 140°C for 10 hours. After washing with distilled water, the Sn-doped gallium hydroxide is heat-treated at 1000°C for 6 hours to obtain polycrystalline Sn-doped gallium oxide.
2. 전기방사 후 열처리 공정을 통해 제조 시, 2. When manufactured through a heat treatment process after electrospinning,
하기 표 1의 조건으로, 증류수에 질산갈륨 및 염화갈륨을 혼합한 후, Sn전구체(SnCl3)를 첨가한다. 혼합물의 점도 증가를 위해 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP)를 첨가 후 전기방사 장비에 혼합 용액을 주입한다. 25KV의 고전압에서 전기방사 수행 후 1000℃ 조건 하에서 10시간 동안 열처리해 Sn이 도핑된 산화갈륨을 얻는다.Under the conditions in Table 1 below, gallium nitrate and gallium chloride are mixed in distilled water, and then Sn precursor (SnCl 3 ) is added. To increase the viscosity of the mixture, polyvinylpyrrolidone (PVP) is added and the mixed solution is injected into the electrospinning equipment. After electrospinning at a high voltage of 25KV, Sn-doped gallium oxide is obtained by heat treatment at 1000℃ for 10 hours.
실시예 4 내지 7: Si이 도핑된 산화갈륨 제조Examples 4 to 7: Preparation of Si-doped gallium oxide
하기 표 2의 조건으로, 농도별(Si 농도: 0.1, 0.15, 0.9, 1.4at.%) Si가 도핑된 실시예 4 내지 7 산화갈륨을 제조하였다. 상기 실시예 4 내지 7 산화갈륨 또한 수열합성법 또는 전기방사법을 통해 제조될 수 있으며, 제조방법은 상기 방법과 동일하다. Under the conditions in Table 2 below, gallium oxide of Examples 4 to 7 doped with Si at different concentrations (Si concentration: 0.1, 0.15, 0.9, 1.4 at.%) was manufactured. The gallium oxide of Examples 4 to 7 can also be produced through hydrothermal synthesis or electrospinning, and the production method is the same as the above method.
비교예 1: TiO2가 0at.% 도핑된 산화갈륨을 제조하였다.Comparative Example 1: Gallium oxide doped with TiO 2 at 0 at.% was prepared.
비교예 2 내지 3: Sn이 0at.% 및 1.4at.%로 도핑된 산화갈륨을 제조하였다.Comparative Examples 2 to 3: Gallium oxide doped with Sn at 0 at.% and 1.4 at.% was prepared.
비교예 4: Si가 0at.% 도핑된 산화갈륨을 제조하였다.Comparative Example 4: Gallium oxide doped with 0 at.% Si was prepared.
at.%Dopant concentration in gallium oxide
at.%
실험예 1: Sn의 광촉매 특성 평가Experimental Example 1: Evaluation of photocatalytic properties of Sn
도 2에 도시된 바와 같이 산화갈륨에 Sn이 0.1~10at.%의 농도로 도핑된 실시예 1 내지 3 및 비교예 2 내지 3 산화갈륨의 XRD 분석 결과 및 광촉매 성능을 수치화한 제거 효율을 측정한 결과를 도 3 내지 4에 나타내었다. 제거 효율은 하기 식을 통한 정량적인 수치를 나타내었다.As shown in Figure 2, the removal efficiency was measured to quantify the XRD analysis results and photocatalytic performance of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 3 gallium oxide doped with Sn at a concentration of 0.1 to 10 at.%. The results are shown in Figures 3 and 4. Removal efficiency was expressed quantitatively through the following equation.
식:(Co-C/Co)*100 (여기서, Co: 초기농도, C: 나중농도)Formula: (C o -C/C o )*100 (where, C o : initial concentration, C: final concentration)
도 2에 도시된 바와 같이, 산화갈륨에 도핑되는 Sn의 도핑 농도가 증가할수록 형성되는 나노 로드의 크기가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, Sn의 도핑 농도가 증가할수록 증가된 전자의 수에 기인해 광촉매 특성이 향상되는 것을 알 수 있으나, 도핑농도가 1at.% 이상일 경우 Ga2O3와 SNO2로 상분리가 일어나 광촉매 특성이 감소하는 것을 알 수 있다. As shown in Figure 2, it can be seen that as the doping concentration of Sn doped into gallium oxide increases, the size of the formed nanorod increases. Also, as shown in Figures 3 and 4, it can be seen that as the doping concentration of Sn increases, the photocatalytic properties improve due to the increased number of electrons. However, when the doping concentration is 1 at.% or more, Ga 2 O 3 and SNO 2, it can be seen that phase separation occurs and the photocatalytic properties decrease.
실험예 2: Si의 광촉매 특성 평가Experimental Example 2: Evaluation of photocatalytic properties of Si
도 5에 도시된 바와 같이 산화갈륨에 Si가 0.1~10at.%의 농도로 도핑된 실시예 4 내지 7 산화갈륨의 XRD 분석 결과 및 광촉매 성능을 수치화한 제거 효율을 측정한 결과를 도 6 내지 7에 나타내었다. 제거 효율은 하기 식을 통한 정량적인 수치를 나타내었다. As shown in Figure 5, the results of XRD analysis of gallium oxide in Examples 4 to 7 in which gallium oxide was doped with Si at a concentration of 0.1 to 10 at.% and the results of measuring the removal efficiency, which quantifies the photocatalytic performance, are shown in Figures 6 to 7. shown in Removal efficiency was expressed quantitatively through the following equation.
식:(Co-C/Co)*100 (여기서, Co: 초기농도, C: 나중농도) Formula: (C o -C/C o )*100 (where, C o : initial concentration, C: final concentration)
도 5에 도시된 바와 같이, Si 역시 도핑 농도가 증가할수록 형성되는 나노 로드의 width가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 산화갈륨에 도핑된 Si의 농도가 증가할수록 광촉매 특성이 향상되는 것을 알 수 있으며, 그 중 Si의 도핑농도가 1.4at.%일 경우 광촉매 특성이 가장 우수한 것을 알 수 있다.As shown in Figure 5, it can be seen that the width of the nanorod formed also increases as the doping concentration of Si increases. In addition, as shown in Figures 6 and 7, it can be seen that the photocatalytic properties improve as the concentration of Si doped into gallium oxide increases. Among them, the photocatalytic properties are the best when the Si doping concentration is 1.4 at.%. You can see that
실험예 3: 산화갈륨 광촉매의 메틸렌 블루 흡착 활성 평가Experimental Example 3: Evaluation of methylene blue adsorption activity of gallium oxide photocatalyst
본 발명의 실시예에 따른 산화갈륨 광촉매 복합체의 메틸렌 블루 흡착 활성을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다. The methylene blue adsorption activity of the gallium oxide photocatalyst composite according to an example of the present invention was evaluated and is shown in Table 3 below.
메틸렌 블루의 흡착 활성을 평가하기 위해 증류수 640g에 메틸렌 블루 파우더 2mg을 함유하였다. 그 후 실시예 1 내지 7 및 비교예 2 내지 4의 산화갈륨 4mg을 각각의 메틸렌 블루 용액 4ml에 넣었으며, 비교예 1의 경우 산화갈륨 대신 종래 사용된 TiO2를 메틸렌 블루 용액 4ml에 넣어 메틸렌 블루 혼합용액을 제조하였다. UVC(254nm/6W/distance 6초)의 램프를 이용하여 메틸렌 블루 혼합용액을 20분간 UVC를 조사해 메틸렌 블루의 제거 효율을 평가하였다. To evaluate the adsorption activity of methylene blue, 2 mg of methylene blue powder was contained in 640 g of distilled water. Then, 4 mg of gallium oxide of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 2 to 4 was added to 4 ml of each methylene blue solution. In Comparative Example 1, TiO 2 conventionally used instead of gallium oxide was added to 4 ml of methylene blue solution to obtain methylene blue. A mixed solution was prepared. The removal efficiency of methylene blue was evaluated by irradiating the methylene blue mixed solution with UVC for 20 minutes using a UVC lamp (254 nm/6 W/distance 6 seconds).
at.%Dopant concentration in gallium oxide
at.%
(%)Removal efficiency
(%)
상기 [표 2]에 되시된 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 7 산화갈륨 광촉매 복합체의 경우 산화갈륨 광촉매에 의해 흡착과 광분해가 동시에 발생해 용액 내 용해된 메틸렌 블루가 효과적으로 제거되었음을 확인하였다. As shown in [Table 2], it was confirmed that in the case of the gallium oxide photocatalyst composites of Examples 1 to 7, adsorption and photodecomposition occurred simultaneously by the gallium oxide photocatalyst, and methylene blue dissolved in the solution was effectively removed.
구체적으로 Sn을 0.1 내지 1at.% 이내의 농도로 도핑한 실시예 1 내지 3 산화갈륨 광촉매의 경우 상기 농도 범위를 벗어난 비교예 2 내지 3 산화갈륨 광촉매 복합체에 비해 메틸렌 블루의 제거 효율이 우수한 것을 알 수 있다. 또한 Si를 0.1 내지 10at.% 이내의 농도 범위로 도핑한 실시예 4 내지 7 산화갈륨 광촉매 복합체의 경우 상기 농도범위를 벗어난 비교예 4 산화갈륨 광촉매에 비해 메틸렌 블루의 제거 효율이 우수한 것을 알 수 있다. Specifically, it was found that the gallium oxide photocatalysts of Examples 1 to 3 doped with Sn at a concentration within 0.1 to 1 at.% had superior methylene blue removal efficiency compared to the gallium oxide photocatalyst composites of Comparative Examples 2 to 3 outside the above concentration range. You can. In addition, it can be seen that the gallium oxide photocatalyst composites of Examples 4 to 7 doped with Si in a concentration range of 0.1 to 10 at.% have superior methylene blue removal efficiency compared to the gallium oxide photocatalyst of Comparative Example 4 doped with Si outside the concentration range. .
도핑 농도가 동일한 비교예 1 내지 2 및 4 광촉매 중 종래 TiO2를 적용한 비교예 1 광촉매에 비해 원자가 4가 원소를 도펀트로 도핑한 비교예 2 및 4 산화갈륨 광촉매의 메틸렌 블루 제거 효율이 우수한 것을 알 수 있다. 이를 통해 원자가 4가 원소인 Sn 및 Si의 경우 TiO2에 비해 광촉매능이 우수한 것을 알 수 있다. Among the photocatalysts of Comparative Examples 1 to 2 and 4 with the same doping concentration, it was found that the methylene blue removal efficiency of the gallium oxide photocatalysts of Comparative Examples 2 and 4 doped with a tetravalent element as a dopant was superior to that of the photocatalyst of Comparative Example 1 using conventional TiO 2 . You can. Through this, it can be seen that Sn and Si, which are tetravalent elements, have superior photocatalytic ability compared to TiO 2 .
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시 예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시 예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시 예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.As described above, the disclosed embodiments have been described with reference to the attached drawings. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be practiced in forms different from the disclosed embodiments without changing the technical idea or essential features of the present invention. The disclosed embodiments are illustrative and should not be construed as limiting.
Claims (20)
원자가 4가 원소로 마련되고, 상기 산화갈륨에 도핑되는 도펀트;를 포함하는 산화갈륨 광촉매 복합체.gallium oxide; and
A gallium oxide photocatalyst composite comprising a dopant whose valence is a tetravalent element and doped into the gallium oxide.
상기 도펀트는 Sn, Ge, Si 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 마련되는 산화갈륨 광촉매 복합체.According to clause 1,
The dopant is a gallium oxide photocatalyst composite prepared as one selected from the group consisting of Sn, Ge, Si, and Pb.
상기 도펀트는 C로 마련되는 산화갈륨 광촉매 복합체. According to clause 1,
The dopant is a gallium oxide photocatalyst composite prepared with C.
상기 도펀트의 농도는 0.1 ~ 10 at.%인 산화갈륨 광촉매 복합체.
(여기서, at.%는 원자 백분율을 의미한다.)According to clause 1,
A gallium oxide photocatalyst composite where the concentration of the dopant is 0.1 to 10 at.%.
(Here, at.% means atomic percentage.)
상기 도펀트는 0.1 ~ 1 at.%의 Sn으로 마련되는 산화갈륨 광촉매 복합체.According to clause 1,
The dopant is a gallium oxide photocatalyst composite prepared with 0.1 to 1 at.% Sn.
상기 도펀트는 0.1 ~ 1.5at.%의 Si로 마련되는 산화갈륨 광촉매 복합체. According to clause 1,
The dopant is a gallium oxide photocatalyst composite prepared with 0.1 to 1.5 at.% Si.
상기 산화갈륨은 단사 결정계의 고전압 β-Ga2O3 결정체로 마련되는 산화갈륨 광촉매 복합체.According to clause 1,
The gallium oxide is a gallium oxide photocatalyst composite prepared as a monoclinic high-voltage β-Ga 2 O 3 crystal.
상기 산화갈륨 및 상기 도펀트 혼합물을 수열 합성하는 단계; 및
상기 수열 합성된 혼합물을 열처리하는 단계;를 포함하는 산화갈륨 광촉매 복합체 제조방법.Mixing gallium oxide and a dopant prepared as a tetravalent element;
Hydrothermal synthesis of the gallium oxide and the dopant mixture; and
A method for producing a gallium oxide photocatalyst composite comprising the step of heat treating the hydrothermally synthesized mixture.
상기 산화갈륨 및 상기 도펀트 혼합물을 25 KV 에서 전기 방사 하는 단계; 및
상기 전기 방사된 혼합물을 1000℃에서 6 시간 동안 열처리 하는 단계;를 포함하는 산화갈륨 광촉매 복합체 제조방법.Mixing gallium oxide and a dopant prepared as a tetravalent element;
Electrospinning the gallium oxide and the dopant mixture at 25 KV; and
A method for manufacturing a gallium oxide photocatalyst composite comprising: heat-treating the electrospun mixture at 1000° C. for 6 hours.
상기 도펀트는 Sn, Ge, Si 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 마련되는 산화갈륨 광촉매 복합체 제조방법.According to claims 8 to 9,
The dopant is a gallium oxide photocatalyst composite manufacturing method wherein the dopant is provided as one selected from the group consisting of Sn, Ge, Si, and Pb.
상기 도펀트는 C로 마련되는 산화갈륨 광촉매 복합체 제조방법.According to claims 8 to 9,
The dopant is a method of manufacturing a gallium oxide photocatalyst composite prepared with C.
상기 산화갈륨은 단사 결정계의 고전압 β-Ga2O3 결정체로 마련되는 산화갈륨 광촉매 복합체.According to claims 8 to 9,
The gallium oxide is a gallium oxide photocatalyst composite prepared as a monoclinic high-voltage β-Ga 2 O 3 crystal.
상기 수열 합성은 140℃ 에서 10 시간 동안 수행되는 산화갈륨 광촉매 복합체 제조방법.According to clause 8,
A method for producing a gallium oxide photocatalyst composite in which the hydrothermal synthesis is performed at 140° C. for 10 hours.
상기 열처리는 1000℃ 에서 6 시간 동안 수행되는 산화갈륨 광촉매 복합체 제조방법.According to clause 7,
A method of manufacturing a gallium oxide photocatalyst composite in which the heat treatment is performed at 1000° C. for 6 hours.
원자가 4가 원소로 마련되고, 상기 산화갈륨에 도핑되는 도펀트;를 포함하는 산화갈륨 광촉매 복합체를 포함하는 필터. gallium oxide; and
A filter comprising a gallium oxide photocatalyst composite including a dopant whose valence is a tetravalent element and doped into the gallium oxide.
상기 도펀트는 Sn, Ge, Si 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 마련되는 필터.According to clause 15,
The dopant is a filter selected from the group consisting of Sn, Ge, Si, and Pb.
상기 도펀트는 C로 마련되는 필터. According to clause 15,
A filter in which the dopant is C.
상기 도펀트의 농도는 0.1 ~ 10 at.%인 필터.
(여기서, at.%는 원자 백분율을 의미한다.)According to clause 15,
A filter where the concentration of the dopant is 0.1 to 10 at.%.
(Here, at.% means atomic percentage.)
상기 필터는 공기청정용 필터 및 자동차 배기가스 정화용 필터를 포함하는 필터.According to clause 13,
The filter includes a filter for air purification and a filter for purifying automobile exhaust gas.
상기 산화갈륨은 단사 결정계의 고전압 β-Ga2O3 결정체로 마련되는 산화갈륨 광촉매 복합체.According to clause 15,
The gallium oxide is a gallium oxide photocatalyst composite prepared as a monoclinic high-voltage β-Ga 2 O 3 crystal.
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| CN115155625B (en) * | 2022-06-24 | 2023-08-04 | 江西理工大学 | Multi-junction nano catalyst and preparation method and application thereof |
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