KR20240007858A - Graphitized carbon nanosheet with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation and method for synthesizing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멜라민과 염화암모늄을 사용하여 높은 수율과 광 촉매 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트 및 그 합성방법에 관한 것으로, 멜라민을 사용하여 흑연질화탄소의 합성 시에 염화암모늄(NH4Cl)을 고체 공정에서 동적 가스 주형으로 사용하여 흑연질화탄소에 미세 기공을 형성되도록 제조함으로써, 멜라민의 중합 시에 열에 의해 합성되는 흑연질화탄소 벌크 사이에 침투한 염화암모늄(NH4Cl)이 분해하여 발생하는 가스에 의해 흑연질화탄소 벌크가 나노시트 상태로 박리되어 간단한 방법에 의해 높은 수율을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 제조가 가능하고, 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 우수한 광 촉매 성능을 나타내는 효과가 있다.The present invention relates to a graphitic carbon nitride nanosheet with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation, characterized by high yield and photocatalytic efficiency using melamine and ammonium chloride, and a method for synthesizing the same. , When synthesizing graphitic carbon nitride using melamine, ammonium chloride (NH 4 Cl) is used as a dynamic gas template in a solid process to form micropores in graphitic carbon nitride, which is synthesized by heat during polymerization of melamine. The graphite carbon nitride bulk is exfoliated into nanosheets by the gas generated by the decomposition of ammonium chloride (NH 4 Cl) that has penetrated between the graphite carbon nitride bulk, making it possible to manufacture graphite carbon nitride nanosheets with high yield by a simple method. It is possible and has the effect of showing excellent photocatalytic performance for the decomposition of rhodamine B under visible light irradiation.

Description

가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트 및 그 합성방법{Graphitized carbon nanosheet with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation and method for synthesizing the same}Graphitized carbon nanosheet with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation and method for synthesizing the same}

본 발명은 멜라민과 염화암모늄을 사용하여 높은 수율과 광 촉매 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트 및 그 합성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a graphitic carbon nitride nanosheet with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation, characterized by high yield and photocatalytic efficiency using melamine and ammonium chloride, and a method for synthesizing the same. .

오늘날 산업의 성장과 사람들의 생활수준의 향상은 에너지의 부족과 환경을 오염시키는 문제점의 원인이 되고 있으며, 광 촉매 기술은 유기오염물질의 분해 및 수소 생성의 잠재적인 기술로서 상기 문제점의 해결책으로 많은 주목을 받고 있다. Today, the growth of industry and the improvement of people's living standards are causing problems such as lack of energy and polluting the environment, and photocatalyst technology is a potential technology for decomposing organic pollutants and generating hydrogen, and is a solution to many of these problems. It is attracting attention.

이산화티탄(TiO2)은 1972년 후지시마(Fujishima)와 혼다(Honda)의 보고에 의해 이산화티탄(TiO2)을 이용한 물의 분해에 의한 수소의 생성이 알려진 이후 이산화티탄(TiO2)은 무독성, 수불용성, 친수성, 저렴하고 안정적인 것과 같은 많은 장점을 가지고 있어 이산화티탄(TiO2)을 광 촉매로 사용하기 위한 많은 연구가 수행되었지만 이산화티탄(TiO2)은 자외선만 흡수하는 특성이 있으므로 가시광선 또는 태양광 조사 하에서 TiO2의 실제 환경 적용을 제한받는 문제점이 있었다. Since the production of hydrogen by decomposition of water using titanium dioxide (TiO 2 ) was known in 1972 through a report by Fujishima and Honda, titanium dioxide (TiO 2 ) has been used as a non-toxic and water - soluble substance. Much research has been conducted to use titanium dioxide (TiO 2 ) as a photocatalyst because it has many advantages such as insolubility, hydrophilicity, cheapness, and stability. However, titanium dioxide (TiO 2 ) has the property of absorbing only ultraviolet rays, so it does not absorb visible light or solar radiation. There was a problem that limited the application of TiO 2 to the actual environment under light irradiation.

한편, 이산화티탄(TiO2)의 기능을 대체할 수 있는 화합물인 흑연질화탄소(graphitic carbon nitride, g-C3N4)는 열적, 화학적 안정성이 좋고 밴드갭이 좁아 가시광에서도 반응할 수 있는 광 촉매 물질이지만, 전자/정공 쌍의 재결합율이 커서 광 촉매로서의 활용이 제한되었다.Meanwhile, graphitic carbon nitride (gC 3 N 4 ), a compound that can replace the function of titanium dioxide (TiO 2 ), is a photocatalyst material that has good thermal and chemical stability and a narrow band gap that can react even in visible light. However, the recombination rate of electron/hole pairs was large, limiting its use as a photocatalyst.

특히 흑연질화탄소(g-C3N4) 벌크의 광 촉매 활성은 작은 표면적과 빠른 전자-정공 쌍 재결합 속도 및 낮은 전기 전도도로 인해 광 촉매 효율이 떨어지므로 이러한 단점을 극복하여 흑연질화탄소(g-C3N4)의 광 촉매 성능을 향상시키기 위해 흑연질화탄소(g-C3N4)의 비표면적을 증가시키기 위한 다양한 연구가 시도되고 있다. In particular, the photocatalytic activity of graphitic carbon nitride (gC 3 N 4 ) bulk has low photocatalytic efficiency due to its small surface area, fast electron-hole pair recombination rate, and low electrical conductivity. By overcoming these shortcomings, graphitic carbon nitride (gC 3 N 4 ), various studies are being attempted to increase the specific surface area of graphitic carbon nitride (gC 3 N 4 ) to improve the photocatalytic performance.

장(Zhang) 등은 비특허문헌 1에 알려진 바와 같이, 흑연질화탄소 벌크의 물 박리에 의해 흑연질화탄소 나노시트를 성공적으로 제조하였으나, 이와 같은 제조방법은 흑연질화탄소를 벌크 상태로 제조한 다음 이를 다시 박리시켜 나노시트 상태로 제조하는 방법으로 복잡한 과정을 거치는 문제점이 있었다.As known in Non-Patent Document 1, Zhang et al. successfully manufactured graphite carbon nitride nanosheets by water exfoliation of graphite carbon nitride bulk, but this manufacturing method involves manufacturing graphite carbon nitride in bulk and then There was a problem with the method of peeling it again and manufacturing it into nanosheets, which required a complicated process.

그리고 동(Dong) 등은 비특허문헌 2에 알려진 바와 같이 체류 시간 연장을 통해 우레아를 직접 열처리하여 흑연질화탄소 나노시트를 제조하였지만 우레아는 흑연질화탄소 나노시트 합성을 위한 저비용 및 활성 전구체이지만, 수율이 좋지 않다는 단점이 있어 대규모로 응용되지 못하는 문제점이 있었다. And Dong et al. manufactured graphitic carbon nitride nanosheets by directly heat-treating urea by extending the residence time, as known in Non-Patent Document 2. Although urea is a low-cost and active precursor for synthesizing graphitic carbon nitride nanosheets, the yield There was a problem that it could not be applied on a large scale due to its poor quality.

또한 희(He) 등은 비특허문헌 3에서 연질 주형제로서 승화 황을 사용하여 멜라민의 가열축합에 의해 다공성 흑연질화탄소를 생성하는 방법을 제안한 바 있으며, 흑연질화탄소 나노 시트를 생산하기 위해 수많은 연구가 사용되었지만 거의 현재의 방법은 종종 수율이 낮고 시간이 많이 걸리는 문제점이 있으며, 높은 수율과 높은 광 촉매 효율을 갖는 흑연질화탄소 나노시트를 제조하기 위한 새로운 방법이 여전히 요구되고 있다.In addition, He et al., in Non-Patent Document 3, proposed a method of producing porous graphitic carbon nitride by heat condensation of melamine using sublimated sulfur as a soft template, and numerous methods were used to produce graphitic carbon nitride nanosheets. Although research has been used, most current methods often suffer from low yield and time consuming problems, and new methods to prepare graphitic carbon nitride nanosheets with high yield and high photocatalytic efficiency are still required.

그리고 특허문헌 1에 우레아(urea)와 티오우레아(thiourea)를 이용하여 은이온의 선택적 검출 및 유기물질의 광 촉매 분해에 사용하기 위한 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트를 제조하는 방법을 제안하고 있다.In addition, Patent Document 1 proposes a method of manufacturing porous sulfur-doped graphitic carbon nitride nanosheets for use in the selective detection of silver ions and photocatalytic decomposition of organic materials using urea and thiourea. there is.

따라서, 본 발명자들은 상기에서와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 멜라민과 염화암모늄을 사용하여 높은 수율과 높은 광 촉매 효율을 갖는 흑연질화탄소 나노시트를 합성함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors completed the present invention by synthesizing graphitic carbon nitride nanosheets with high yield and high photocatalytic efficiency using melamine and ammonium chloride as a solution to the conventional problems described above.

국내 등록특허공보 제10-2333766호(2021.11.30. 공고) 은이온의 선택적 검출 및 유기물질의 광 촉매 분해에 사용하기 위한 다공성 황-도핑 흑연질화탄소 나노시트 및 그의 제조방법Domestic Registered Patent Publication No. 10-2333766 (announced on November 30, 2021) Porous sulfur-doped graphite carbon nitride nanosheet for use in selective detection of silver ions and photocatalytic decomposition of organic materials and method for manufacturing the same

X. Zhang, X. Xie, H. Wang, J. Zhang, B. Pan, and Y. Xie, "Enhanced photoresponsive ultrathin graphitic-phase C3N 4 nanosheets for bioimaging," J Am ChemSoc, vol. 135, no. 1, pp. 18-21, Jan. 2013, doi: 10.1021/ja308249k. X. Zhang, X. Xie, H. Wang, J. Zhang, B. Pan, and Y. 135, no. 1, pp. 18-21, Jan. 2013, doi: 10.1021/ja308249k. F. Dong, Z. Wang, Y. Sun, W. K. Ho, and H. Zhang, "Engineering the nanoarchitecture and texture of polymeric carbon nitride semiconductor for enhanced visible light photocatalytic activity," Journal of Colloid and Interface Science, vol. 401, pp. 70-79, Jul. 2013, doi: 10.1016/j.jcis.2013.03.034. F. Dong, Z. Wang, Y. Sun, W. K. Ho, and H. Zhang, "Engineering the nanoarchitecture and texture of polymeric carbon nitride semiconductor for enhanced visible light photocatalytic activity," Journal of Colloid and Interface Science, vol. 401, pp. 70-79, Jul. 2013, doi: 10.1016/j.jcis.2013.03.034. F. He, G. Chen, Y. Yu, Y. Zhou, Y. Zheng, and S. Hao, "The sulfur-bubble template-mediated synthesis of uniform porous g-C3N4 with superior photocatalytic performance," Chemical Communications, vol. 51, no. 2, pp. 425-427, Jan. 2015, doi: 10.1039/c4cc07106a. F. He, G. Chen, Y. Yu, Y. Zhou, Y. Zheng, and S. Hao, "The sulfur-bubble template-mediated synthesis of uniform porous g-C3N4 with superior photocatalytic performance," Chemical Communications, vol. . 51, no. 2, pp. 425-427, Jan. 2015, doi: 10.1039/c4cc07106a.

본 발명은 멜라민을 사용하여 흑연질화탄소의 합성 시에 염화암모늄(NH4Cl)을 고체 공정에서 동적 가스 주형으로 사용하여 흑연질화탄소에 미세 기공을 형성되도록 제조함으로써, 멜라민의 중합 시에 열에 의해 합성되는 흑연질화탄소 벌크 사이에 침투한 염화암모늄(NH4Cl)이 분해하여 발생하는 가스에 의해 흑연질화탄소 벌크가 나노시트 상태로 박리되어 높은 수율과 광 촉매 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 우수한 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트 및 그 합성방법을 제공하는 것을 과제로 한다.The present invention uses ammonium chloride (NH 4 Cl) as a dynamic gas template in a solid process during the synthesis of graphitic carbon nitride using melamine to form fine pores in the graphitic carbon nitride, thereby forming the graphite carbon nitride by heat during polymerization of melamine. Visible light characterized in that the graphite carbon nitride bulk is exfoliated into nanosheets by the gas generated by decomposition of ammonium chloride (NH 4 Cl) that penetrates between the synthesized graphite carbon nitride bulk, resulting in high yield and photocatalytic efficiency. The object is to provide graphitic carbon nitride nanosheets with excellent photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under irradiation and a method for synthesizing the same.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 합성방법은 전구체 화합물과 주형 화합물을 분쇄하여 혼합물 분말로 가공하는 단계(P100); 상기 혼합물 분말을 열처리하여 소성물 분말로 가공하는 단계(P200); 및, 상기 소성물 분말을 냉각, 분쇄, 수세 및 건조 가공하는 후처리 가공 단계(P300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above problem, the method for synthesizing graphitic carbon nitride nanosheets with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation according to a preferred embodiment of the present invention is to pulverize the precursor compound and the template compound to obtain a mixture powder. Processing step (P100); Processing the mixture powder into a fired powder by heat treatment (P200); And, a post-processing step (P300) of cooling, grinding, washing, and drying the fired powder.

그리고 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 흑연질화탄소 나노시트는 전구체 화합물과 주형 화합물을 이용하여 상기의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.And the graphitic carbon nitride nanosheet according to another preferred embodiment of the present invention is characterized in that it is manufactured by the above method using a precursor compound and a template compound.

또한, 본 발명은 상기 P100 단계에서, 혼합물은 전구체 화합물 100 중량부에 대하여 주형 화합물 100 내지 120 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that in the P100 step, 100 to 120 parts by weight of the template compound are mixed with 100 parts by weight of the precursor compound.

한편, 상기에서 전구체 화합물은 멜라민(C3N6H6)이고, 주형 화합물은 염화암모늄(NH4Cl)인 것을 특징으로 한다.Meanwhile, in the above, the precursor compound is melamine (C 3 N 6 H 6 ), and the template compound is ammonium chloride (NH 4 Cl).

그리고 상기 P200 단계에서, 열처리는 520 내지 580℃의 온도에서 2.5 내지 3.5 시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하며, 상기 P300 단계에서, 건조는 85 내지 95℃에서 10 내지 14 시간 동안 실시하는 것을 특징으로 한다.In the P200 step, heat treatment is performed at a temperature of 520 to 580 ℃ for 2.5 to 3.5 hours, and in the P300 step, drying is performed at 85 to 95 ℃ for 10 to 14 hours. .

본 발명에 따른 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소(g-C3N4) 나노시트는 멜라민을 사용하여 흑연질화탄소의 합성 시에 염화암모늄(NH4Cl)을 고체 공정에서 동적 가스 주형으로 사용하여 흑연질화탄소에 미세 기공을 형성되도록 제조함으로써, 멜라민의 중합 시에 열에 의해 합성되는 흑연질화탄소 벌크 사이에 침투한 염화암모늄(NH4Cl)이 분해하여 발생하는 가스에 의해 흑연질화탄소 벌크가 나노시트 상태로 박리되어 간단한 방법에 의해 높은 수율을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 제조가 가능하고, 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 우수한 광 촉매 성능을 나타내는 효과가 있다.Graphite carbon nitride (gC 3 N 4 ) nanosheets with improved photocatalytic performance for the decomposition of rhodamine B under visible light irradiation according to the present invention are ammonium chloride (NH 4 Cl) during the synthesis of graphite carbon nitride using melamine. By using it as a dynamic gas template in the solid process to form fine pores in graphite carbon nitride, ammonium chloride (NH 4 Cl) that penetrates between the bulk of graphite carbon nitride synthesized by heat decomposes during the polymerization of melamine. The graphite carbon nitride bulk is exfoliated into a nanosheet state by the gas, making it possible to produce graphite carbon nitride nanosheets with high yield by a simple method, and showing excellent photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation. It works.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 흑연질화탄소 나노시트의 제조 공정을 나타내는 공정블럭도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 흑연질화탄소 나노시트(ECN)와 비교 예인 흑연질화탄소 벌크(BCN)의 TEM 이미지이다.
도 3의 (A)는 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 XRD 패턴, (B)는 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 FITR 스펙트럼을 각각 나타낸 그래프이다.
도 4의 (A)는 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 UV-가시 흡수 스펙트럼, (B) 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 추정된 밴드 갭을 각각 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 정상 상태의 PL 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5의 (A)는 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)에 의해 광 촉매화한 RhB의 분해, (B)는 가시광선 하에서 RhB의 광분해를 위한 일차 운동 곡선, (C)는 다양한 시간 간격으로 실시예(ECN)에 의해 분해된 RhB 용액의 UV-vis 스팩트럼을 각각 나타낸 그래프이다.
도 7의 (A)는 가시광선에서 제거 효율 RhB에 대한 촉매 투여량의 영향, (B)는 가시광선 하에서 제거 효율 RhB에 대한 초기 염료 농도의 영향, (C)는 가시광선 하에서 pH가 제거 효율 RhB에 미치는 영향을 각각 나타낸 그래프이다.
도 8의 (A)는 4 사이클에 걸친 실시예(ECN)의 광분해 효율, (B)는 이상 전후의 실시예(ECN)의 XRD 패턴을 각각 나타낸 그래프이다.
도 9의 (A)는 가시광선 조사 하에서 다른 반응성 종 제거제를 추가하여 실시예(ECN)에 대한 RhB의 광 촉매 분해 효율을 나타낸 그래프이고, (B)는 가시광선 노출 시 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 흑연질화탄소 나노시트를 사용한 RhB 분해 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a process block diagram showing the manufacturing process of graphitic carbon nitride nanosheets according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a TEM image of a graphite carbon nitride nanosheet (ECN) according to a preferred embodiment of the present invention and a graphite carbon nitride bulk (BCN) as a comparative example.
Figure 3 (A) is a graph showing the XRD pattern of the example (ECN) and the comparative example (BCN), and (B) is a graph showing the FITR spectrum of the example (ECN) and the comparative example (BCN).
Figure 4 (A) is a graph showing the UV-visible absorption spectra of Example (ECN) and Comparative Example (BCN), and (B) the estimated band gap of Example (ECN) and Comparative Example (BCN).
Figure 5 is a graph showing the steady-state PL spectra of the example (ECN) and the comparative example (BCN).
In Figure 5, (A) is the photocatalyzed decomposition of RhB according to the example (ECN) and the comparative example (BCN), (B) is the primary kinetic curve for photodecomposition of RhB under visible light, and (C) is the decomposition at various times. This is a graph showing the UV-vis spectrum of the RhB solution decomposed by Example (ECN) at intervals.
Figure 7 (A) shows the effect of catalyst dosage on the removal efficiency RhB under visible light, (B) shows the effect of initial dye concentration on the removal efficiency RhB under visible light, and (C) shows the effect of pH on the removal efficiency under visible light. This graph shows each effect on RhB.
Figure 8 (A) is a graph showing the photodecomposition efficiency of the example (ECN) over 4 cycles, and (B) is a graph showing the XRD patterns of the example (ECN) before and after the above process.
Figure 9 (A) is a graph showing the photocatalytic decomposition efficiency of RhB for the example (ECN) by adding another reactive species remover under visible light irradiation, and (B) is a graph showing the preferred embodiment of the present invention when exposed to visible light. This is a diagram to explain the RhB decomposition mechanism using graphitic carbon nitride nanosheets.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트 및 그 합성방법을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하였다. 한편, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 가시광 감응형 광 촉매 제조 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다.Hereinafter, a graphitic carbon nitride nanosheet with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation and a method for synthesizing the same according to a preferred embodiment of the present invention have been described in detail based on the attached drawings. Meanwhile, in each drawing and detailed description, illustrations and references to structures and operations that can be easily recognized by those in the field of general visible light-sensitive photocatalyst manufacturing are simplified or omitted.

본 발명의 명세서에 기재된 용어 중 화합물의 제조시에 사용하는 용어인 '제조' 또는 '합성'은 같은 의미로 사용되는 용어로서, 명세서의 기재 내용에서 문맥의 흐름이 자연스럽도록 혼용하여 사용함에 유의하여야 한다.Among the terms described in the specification of the present invention, the terms 'manufacture' and 'synthesis', which are used in the production of compounds, are terms used with the same meaning, and should be used interchangeably to ensure a natural flow of context in the description of the specification. shall.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트(이하, '흑연질화탄소 나노시트'라 한다.)는 도 1에 도시된 바와 같이 열처리 방법에 의해 제조되며, 구체적으로는 전구체 화합물과 주형 화합물을 분쇄하여 혼합물 분말로 가공하는 단계(P100); 상기 혼합물 분말을 열처리하여 소성물 분말로 가공하는 단계(P200); 및, 상기 소성물 분말을 냉각, 분쇄, 수세 및 건조 가공하는 후처리 가공 단계(P300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.The graphitic carbon nitride nanosheet (hereinafter referred to as 'graphitic carbon nitride nanosheet') with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation according to a preferred embodiment of the present invention is shown in FIG. 1. Likewise, it is manufactured by a heat treatment method, and specifically, the step of pulverizing the precursor compound and the template compound and processing it into a mixture powder (P100); Processing the mixture powder into a fired powder by heat treatment (P200); And, a post-processing step (P300) of cooling, grinding, washing, and drying the fired powder.

이하, 흑연질화탄소 나노시트(graphitic carbon nitride, g-C3N4)의 합성방법을 단계별로 상세히 설명하면 아래의 내용과 같다. Hereinafter, the method of synthesizing graphitic carbon nitride (gC 3 N 4 ) nanosheets will be described in detail step by step as follows.

혼합물 분말 가공 단계(P100)는 전구체 화합물(F1)과 주형 화합물(F2)을 혼합한 혼합물을 분쇄하여 혼합물 분말로 가공하는 단계로서, 본 단계에는 상기 혼합물을 마노 절구(agate mortar)에서 10 내지 20분 동안 분쇄한다.The mixture powder processing step (P100) is a step of pulverizing the mixture of the precursor compound (F1) and the template compound (F2) and processing it into a mixture powder. In this step, the mixture is crushed in an agate mortar for 10 to 20 minutes. Grind for minutes.

본 단계에서는 먼저, 동일한 양의 전구체 화합물(F1)인 멜라민과 주형 화합물(F2)인 염화암모늄을 마노 절구에 혼합하며, 본 발명에서 멜라민과 염화암모늄의 완전한 혼합이 대단히 중요한 공정이다. In this step, first, equal amounts of melamine, a precursor compound (F1), and ammonium chloride, a template compound (F2), are mixed in an agate mortar, and complete mixing of melamine and ammonium chloride is a very important process in the present invention.

전구체 화합물(F1)은 구체적으로 멜라민(C3N6H6)으로, 아래 구조식 1에 도시된 바와 같은 흑연질화탄소(g-C3N4)를 합성하기 위한 화합물이다.The precursor compound (F1) is specifically melamine (C 3 N 6 H 6 ), which is a compound for synthesizing graphitic carbon nitride (gC 3 N 4 ) as shown in Structural Formula 1 below.

그리고 주형 화합물(F2)은 구체적으로 염화암모늄(NH4Cl)으로, 백색의 결정성 고체로 존재하며, 350℃에서 분해되며, 통제된 환경에서는 520℃에서 승화되며, 물에 쉽게 용해되는 특성이 있으므로 고체 공정에서 동적 가스 주형으로 사용할 수 있는 것이 특징이다.And the template compound (F2) is specifically ammonium chloride (NH 4 Cl), which exists as a white crystalline solid, decomposes at 350°C, sublimes at 520°C in a controlled environment, and is easily soluble in water. Therefore, it can be used as a dynamic gas mold in solid processes.

즉, 멜라민의 중합 시에 열에 의해 염화암모늄(NH4Cl)이 분해하여 발생하는 가스에 의해 합성되는 흑연질화탄소 벌크에 침투한 염화암모늄(NH4Cl)이 분해하면서 발생하는 암모니아(NH3)와 염화수소(HCl) 가스에 의해 흑연질화탄소 벌크가 나노시트 상태로 박리되어 간단한 방법에 의해 높은 수율을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 제조가 가능한 작용을 한다.In other words, ammonia (NH 3 ) is generated when ammonium chloride (NH 4 Cl) penetrates into the bulk of graphite carbon nitride, which is synthesized by gas generated by decomposition of ammonium chloride (NH 4 Cl) due to heat during polymerization of melamine. and hydrogen chloride (HCl) gas to exfoliate the graphite carbon nitride bulk into nanosheets, enabling the production of graphite carbon nitride nanosheets with high yield by a simple method.

상기 혼합물은 전구체 화합물(F1) 100 중량부에 대하여 주형 화합물(F2) 100 내지 120 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 주형 화합물(F2)의 혼합량이 100 중량부 미만이 될 경우에는 흑연질화탄소 벌크가 충분하게 박리되지 아니하여 흑연질화탄소 나노시트의 합성 수율이 저하할 우려가 있고, 120 중량부를 초과하더라도 흑연질화탄소 나노시트의 합성 수율이 더 이상 높아지지 않으므로 비효율적인 공정이 수행될 수 있다.The mixture preferably contains 100 to 120 parts by weight of the template compound (F2) based on 100 parts by weight of the precursor compound (F1). If the mixing amount of the template compound (F2) is less than 100 parts by weight, the bulk of the graphite carbon nitride is not sufficiently exfoliated, and there is a risk that the synthesis yield of the graphite carbon nitride nanosheet may decrease, and even if it exceeds 120 parts by weight, the graphite carbon nitride bulk is not sufficiently exfoliated. Since the synthesis yield of nanosheets is no longer high, an inefficient process may be performed.

상기 혼합물에서 전구체 화합물(F1)인 멜라민과 주형 화합물(F2)인 염화암모늄의 혼합량은 동일한 양으로 예를 들면, 멜라민 100 중량부에 염화암모늄 100 중량부를 혼합하는 것이 가장 바람직하다. In the above mixture, it is most preferable to mix melamine, which is the precursor compound (F1), and ammonium chloride, which is the template compound (F2), in the same amount, for example, mixing 100 parts by weight of ammonium chloride with 100 parts by weight of melamine.

소성물 분말 가공 단계(P200)는 전구체 화합물(F1)인 멜라민에 열처리하여 소성물 상태의 흑연질화탄소를 합성하는 단계로서, 상기 혼합물은 덮개가 있는 알루미늄 도가니에 넣고 가열로에서 520 내지 580℃의 온도에서 2.5 내지 3.5 시간 동안 소성하여 얻어진 생성물을 실온으로 냉각시킨 후, 분말로 분쇄하는 단계이다.The fired powder processing step (P200) is a step of synthesizing graphite carbon nitride in a fired state by heat-treating melamine, which is a precursor compound (F1). The mixture is placed in an aluminum crucible with a cover and heated in a heating furnace at 520 to 580°C. This is the step of cooling the product obtained by calcining at room temperature for 2.5 to 3.5 hours and then pulverizing it into powder.

본 단계에서 소성 조건이 상기에서 한정한 조건의 범위 미만이 될 경우에는 전구체 화합물(F1)인 멜라민으로부터 흑연질화탄소가 충분하게 합성되지 않거나 또는 주형 화합물인 염화암모늄(NH4Cl)이 제대로 승화되지 아니하여 흑연질화탄소 나노시트의 합성 수율이 저하할 우려가 있고, 상기에서 한정한 조건의 범위를 초과하더라도 흑연질화탄소 나노시트의 합성 수율이 더 이상 높아지지 않으므로 비효율적인 공정이 수행될 수 있다.If the firing conditions in this step are below the range of conditions limited above, graphitic carbon nitride is not sufficiently synthesized from melamine, the precursor compound (F1), or ammonium chloride (NH 4 Cl), the template compound, is not properly sublimated. As a result, there is a risk that the synthesis yield of graphite carbon nitride nanosheets may decrease, and even if the range of conditions limited above is exceeded, the synthesis yield of graphite carbon nitride nanosheets does not increase any further, so an inefficient process may be performed.

소성물 분말 후처리 가공 단계(P300)는 상기 소성물 분말을 냉각, 분쇄, 수세 및 건조 공정을 거치는 가공 단계로서, 소성물 분말 가공 단계(P200)에서 가열된 소성물 분말을 실온으로 냉각시킨 후, 냉각시킨 소성물 분말을 마노 절구(agate mortar)를 이용하여 10 내지 20분 동안 분쇄하여 분말 형태로 가공한다.The fired powder post-processing step (P300) is a processing step in which the fired powder goes through cooling, grinding, washing, and drying processes. After cooling the fired powder heated in the fired powder processing step (P200) to room temperature, , the cooled fired product powder is ground for 10 to 20 minutes using an agate mortar and processed into powder form.

상기 혼합물 분말 가공 단계(P100) 및 본 단계에서 가공하는 분말 입자의 크기는 특별히 한정하지는 않지만 10 ~ 30 ㎛인 것이 바람직하다. The size of the powder particles processed in the mixture powder processing step (P100) and this step is not particularly limited, but is preferably 10 to 30 ㎛.

그리고 분쇄한 소성물 분말은 흑연질화탄소에 함유된 불순물을 제거하기 위해 증류수로 수회 세척한 다음 흑연질화탄소에 잔존하는 수분이 제거될 수 있도록 진공 건조기로 85~95℃에서 10~14 시간 동안 건조시키는 것이 바람직하며, 건조 조건은 상기의 조건에만 특별히 한정하지 아니하고, 흑연질화탄소에 잔존하는 수분이 제거될 수 있을 정도의 조건이면 가능하다.The pulverized fired powder is washed with distilled water several times to remove impurities contained in the graphite carbon nitride, and then dried in a vacuum dryer at 85 to 95°C for 10 to 14 hours to remove the remaining moisture in the graphite carbon nitride. It is preferable to do this, and the drying conditions are not particularly limited to the above conditions, and any condition that allows the moisture remaining in the graphite carbon nitride to be removed is possible.

상기 P100 내지 P300 단계의 공정을 거쳐 제조한 나노시트 형태의 흑연질화탄소는 아래 [구조식 1]로 표시되는 구조를 포함하며, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 제조한 흑연질화탄소 나노시트의 특성에 대해서는 아래 실시 예에서 상세히 설명하며, 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.The graphite carbon nitride in the form of a nanosheet manufactured through the process of steps P100 to P300 includes a structure shown in [Structural Formula 1] below, and has the characteristics of the graphite carbon nitride nanosheet manufactured according to a preferred embodiment of the present invention. This will be explained in detail in the examples below, and the description will be omitted here.

[구조식 1][Structural Formula 1]

상기에서 설명드린 바와 같은 방법에 의해 제조한 흑연질화탄소 나노시트는 멜라민과 염화암모늄을 사용하여 흑연질화탄소 나노시트의 제조 시에 염화암모늄(NH4Cl)을 고체 공정에서 동적 가스 주형으로 사용하여 제조함으로써, 간단한 방법에 의해 높은 수율을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 제조가 가능하고, 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 것을 특징으로 한다.The graphite carbon nitride nanosheet manufactured by the method described above uses melamine and ammonium chloride. When producing the graphite carbon nitride nanosheet, ammonium chloride (NH 4 Cl) is used as a dynamic gas template in the solid process. By manufacturing, it is possible to manufacture graphitic carbon nitride nanosheets with high yield by a simple method, and is characterized by improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation.

이하 본 발명에 따른 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소(g-C3N4) 나노시트의 합성방법은 아래의 내용과 같으며, 본 발명은 아래의 실시 예에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니다.Hereinafter, the method for synthesizing graphitic carbon nitride (gC 3 N 4 ) nanosheets with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation according to the present invention is as follows, and the present invention is described in the examples below. It is not necessarily limited by .

1. 실시예 :흑연질화탄소 나노시트의 합성1. Example: Synthesis of graphitic carbon nitride nanosheets

멜라민(C3H6N6,99.5%) 100g과 염화암모늄(NH4Cl, 99.5%) 100g을 마노 절구에 투입하고 10 분간 분쇄한 혼합물을 덮개가 있는 알루미늄 도가니에 넣고, 덮개를 덮은 다음 가열로 내에 넣고 10℃min-1의 승온 속도로 온도를 높여 550℃로 3시간 동안 가열하여 소성하였다. 상기의 방법에 의해 제조한 소성물을 실온으로 냉각시킨 후, 소성물을 마노 절구를 이용하여 10 분간 분쇄하여 분말 형태로 분쇄하였다. 분쇄한 분말을 증류수로 수회 세척하고 진공 건조기로 90℃에서 12시간 동안 건조시켜 흑연질화탄소 나노시트를 합성하였다. 본 실시 예에서는 상기 흑연질화탄소 나노시트를 '실시예(ECN)'라 한다. Add 100 g of melamine (C 3 H 6 N 6 , 99.5%) and 100 g of ammonium chloride (NH 4 Cl, 99.5%) into an agate mortar, grind for 10 minutes, place the mixture in an aluminum crucible with a cover, cover, and heat. It was placed in a furnace, raised at a temperature increase rate of 10°C min -1, heated to 550°C for 3 hours, and fired. After the fired product prepared by the above method was cooled to room temperature, the fired product was pulverized into powder using an agate mortar for 10 minutes. The ground powder was washed with distilled water several times and dried in a vacuum dryer at 90°C for 12 hours to synthesize graphitic carbon nitride nanosheets. In this example, the graphitic carbon nitride nanosheet is referred to as 'Example (ECN)'.

2. 비교예 : 흑연질화탄소 벌크(BCN)의 합성2. Comparative example: Synthesis of bulk graphitic carbon nitride (BCN)

염화암모늄은 사용하지 아니하고, 멜라민(C3H6N6,99.5%) 만을 사용하여 상기 1의 합성방법과 동일한 방법에 의해 흑연질화탄소 벌크를 합성하였다. 본 비교 예에서는 상기 흑연질화탄소 벌크를 '비교예(BCN)'라 한다. Graphite carbon nitride bulk was synthesized using the same method as the synthesis method in 1 above, using only melamine (C 3 H 6 N 6 , 99.5%) without using ammonium chloride. In this comparative example, the graphitic carbon nitride bulk is referred to as 'comparative example (BCN)'.

3. 흑연질화탄소의 특성 시험3. Characteristic test of graphitic carbon nitride

흑연질화탄소의 특성은 X선 회절계(XRD)[Rigaku(Ultima IV)]를 사용하여 시료의 결정 구조를 결정하였다. 형태는 투과전자현미경[TEM, JEOL(JEM-F200)]으로 측정하였다. 화학적 결합 상태를 조사하기 위해 푸리에 변환 적외선 분광기[Bruker(CARY 600)]를 사용하였고, 시료의 자외선-가시광(UV-vis) 흡수 스펙트럼은 UV-가시광 분광계[JASCO(V-670)]를 사용하여 측정하였으며, 형광 분광계[Horiba(Fluorolog-QM)]를 사용하여 광발광 스펙트럼(PL)을 측정하였다.The properties of graphitic carbon nitride were determined using an X-ray diffractometer (XRD) [Rigaku (Ultima IV)] to determine the crystal structure of the sample. The morphology was measured using a transmission electron microscope [TEM, JEOL (JEM-F200)]. To investigate the chemical bonding state, a Fourier transform infrared spectrometer [Bruker (CARY 600)] was used, and the ultraviolet-visible (UV-vis) absorption spectrum of the sample was measured using a UV-visible spectrometer [JASCO (V-670)]. The photoluminescence spectrum (PL) was measured using a fluorescence spectrometer [Horiba (Fluorolog-QM)].

4. 광 촉매 활성 시험4. Photocatalytic activity test

가시광선 하에서 모든 시료의 광 촉매 효율을 조사하기 위해 로다민 B (RhB, 20 mg L1)의 광분해를 300W Xe-arc 램프 및 400 nm UV 차단 필터를 사용하여 평가하였다. 조명을 켜기 전에 12.5mg 촉매를 25ml RhB 용액(20 mg L- 1)으로 분산시키고 자석 교반하였다. 광 촉매 과정에서 1ml의 용액을 (0, 15, 30, 60, 90, 150 및 210)분의 시간 간격으로 취하였다. 현탁액을 0.22 mm PTPE 필터를 사용하여 여과하여 고체 입자를 제거하였다. t에서 RhB 용액의 농도 감소는 최대 파장 554 nm에서 UV-vis 분광 광도계를 사용하여 측정하였고, 유기 염료의 효율(H)은 아래 수학식 1에 의해 계산되었다.To investigate the photocatalytic efficiency of all samples under visible light, the photodegradation of rhodamine B (RhB, 20 mg L1) was evaluated using a 300 W Xe-arc lamp and a 400 nm UV cutoff filter. Before turning on the light, 12.5 mg catalyst was dispersed in 25 ml RhB solution (20 mg L - 1 ) and stirred magnetically. During the photocatalytic process, 1 ml of solution was taken at time intervals of (0, 15, 30, 60, 90, 150, and 210) min. The suspension was filtered using a 0.22 mm PTPE filter to remove solid particles. The decrease in concentration of the RhB solution at t was measured using a UV-vis spectrophotometer at a maximum wavelength of 554 nm, and the efficiency (H) of the organic dye was calculated by Equation 1 below.

여기서, 은 RhB의 초기 농도이고, here, is the initial concentration of RhB,

는 시간 t(min)에서의 RhB의 농도이다. is the concentration of RhB at time t (min).

5. 활성 종 포획 실험5. Active species capture experiment

로다민 B[95%, 준세이화학(주)]의 분해는 광 촉매 과정에서 생성되는 등의 활성종에 의해 발생하며, 이는 간접 화학 프로브 방법으로 검출할 수 있다. 이소프로필 알코올(IPA)[심천당화학(주)], 트리에탄올아민(TEA, C6H15NO3, 98%, Sigma Aldrich) 및 p-벤조퀴논(BQ, C6H4O2, 98 %, Sigma Aldrich사)을 의 스캐빈저로서 사용하였다. 상기 실험은 화학약품의 존재하에서 상기 광 촉매 실험과 동일한 절차로 수행되었다. 화학 작용제는 광 촉매 실험의 시작 전에 첨가되었다. IPA와 TEA의 농도는 0.1 M인 반면에 BQ의 농도는 10-3 M이었기 때문에 RhB의 농도는 BQ의 농도가 더 높은 UV-vis 스펙트럼에 의해 결정하기가 어려울 수 있기 때문이다. The decomposition of rhodamine B [95%, Junsei Chemical Co., Ltd.] is produced in the photocatalytic process. and It is caused by active species such as, and can be detected by indirect chemical probe method. Isopropyl alcohol (IPA) [Shenzhen Dang Chemical Co., Ltd.], triethanolamine (TEA, C 6 H 15 NO 3 , 98%, Sigma Aldrich) and p-benzoquinone (BQ, C 6 H 4 O 2 , 98%) , Sigma Aldrich) and It was used as a scavenger. The experiment was performed with the same procedure as the photocatalyst experiment in the presence of chemicals. Chemical agents were added before the start of the photocatalysis experiment. Since the concentration of IPA and TEA was 0.1 M, while the concentration of BQ was 10 -3 M, the concentration of RhB may be difficult to determine by UV-vis spectrum where the concentration of BQ is higher.

6. 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 평가6. Evaluation of examples (ECN) and comparative examples (BCN)

가. 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 특성go. Characteristics of Examples (ECN) and Comparative Examples (BCN)

실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 시료의 특성을 조사하기 위하여 TEM을 사용하였다. 도 2에서 (A)는 실시예(ECN)의 TEM(× 500,000배)이고, (B)는 비교예(BCN)의 TEM(× 500,000배)이다.TEM was used to investigate the characteristics of the samples of Example (ECN) and Comparative Example (BCN). In Figure 2, (A) is a TEM (×500,000 times) of the example (ECN), and (B) is a TEM (×500,000 times) of the comparative example (BCN).

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 흑연질화탄소 나노시트(ECN)와 비교 예인 흑연질화탄소 벌크(BCN)의 TEM 이미지이다.Figure 2 is a TEM image of a graphite carbon nitride nanosheet (ECN) according to a preferred embodiment of the present invention and a graphite carbon nitride bulk (BCN) as a comparative example.

실시예(ECN)는 비교예(BCN)보다 얇은 층으로 인해 전자빔에 투명한 것으로 나타났고, 또한, 기본 시트 모서리는 시트의 표면 에너지를 최소화하기 위해 롤업되어 있는 것이 확인되었다. 그리고 실시예(ECN)는 비교예(BCN)의 XRD 패턴은 도 3(A)에 도시된 바와 같이 약 13°및 27.4°에 있는 두 개의 뚜렷한 회절 피크를 나타내었다. 이 두 피크는 이전에 개발된 흑연질화탄소의 흑연과 같은 육각형 상과 호환된다. 준비된 시료로 표시된 이러한 피크는 흑연질화탄소와 동일한 결정 구조를 가지고 있다. 낮은 피크는 약 13.0°에서 (100) 평면에 해당하며 평면에서 트리-s-트리아진(tri-s-triazine) 단위의 구조적 적층에 해당한다. 공액 방향족 시스템의 층간 적층은 (002) 평면에 기인하는 대략 27.4°의 일반적으로 돌출된 피크를 담당한다. (002) 결정면은 27.45°에서 비교예(BCN)의 날카로운 회절 피크에 해당하는 반면 실시예(ECN)의 경우 피크가 27.49°로 이동하였다. 이는 기본층 단위 사이의 갤러리 거리가 짧아짐을 의미하며, 멜라민과 NH4Cl의 열처리 동안 흑연질화탄소 나노시트가 형성되었음을 입증할 수 있었다. The example (ECN) was found to be transparent to the electron beam due to the thinner layer than the comparative example (BCN), and it was also confirmed that the base sheet edges were rolled up to minimize the surface energy of the sheet. And the XRD pattern of the example (ECN) and the comparative example (BCN) showed two distinct diffraction peaks at about 13° and 27.4°, as shown in FIG. 3(A). These two peaks are compatible with the previously developed graphite-like hexagonal phase of graphitic carbon nitride. These peaks indicated for the as-prepared sample have the same crystal structure as graphitic carbon nitride. The lower peak corresponds to the (100) plane at approximately 13.0° and corresponds to structural stacking of tri-s-triazine units in the plane. The interlayer stacking of the conjugated aromatic system is responsible for the generally protruding peak at approximately 27.4°, which is attributed to the (002) plane. The (002) crystal plane corresponds to the sharp diffraction peak of the comparative example (BCN) at 27.45°, while the peak shifted to 27.49° in the example (ECN). This means that the gallery distance between base layer units is shortened, and it could be proven that graphitic carbon nitride nanosheets were formed during heat treatment of melamine and NH 4 Cl.

피크의 강도는 3(A)에 도시된 바와 같이 급격히 감소하여 실시예(ECN)의 결정도가 비교예(BCN)의 결정도보다 낮다는 것을 나타낸다. 그 외에, 피크(100)는 12.9°에서 12.7°로 하향 이동하는데, 이는 평면 내 정공 간 거리가 증가함에 따라 흑연질화탄소층의 평탄화가 촉진되었기 때문이다. 상기와 같이 제조된 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 표면 작용기를 조사하기 위해 FTIR 분광기는 700-4000 cm-1 범위에서 수행되었다.The intensity of the peak decreases rapidly as shown in 3(A), indicating that the crystallinity of the example (ECN) is lower than that of the comparative example (BCN). In addition, the peak 100 moves downward from 12.9° to 12.7°, which is because flattening of the graphitic carbon nitride layer is promoted as the distance between holes in the plane increases. FTIR spectroscopy was performed in the range of 700-4000 cm -1 to investigate the surface functional groups of the examples (ECN) and comparative examples (BCN) prepared as above.

도 3의 (A)는 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 XRD 패턴, (B)는 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 FITR 스펙트럼을 각각 나타낸 그래프이다.Figure 3 (A) is a graph showing the XRD pattern of the example (ECN) and the comparative example (BCN), and (B) is a graph showing the FITR spectrum of the example (ECN) and the comparative example (BCN).

일반적으로 특성 FTIR 스펙트럼에서 CN-벌크와 CN-나노시트 사이에는 큰 차이가 없다. 이들 스펙트럼은 CN-나노시트가 여전히 흑연질화탄소 벌크와 동일한 화학 구조를 유지하고 있음을 확인하였다. 구체적으로, 3000 cm-1에서 3500 cm-1 사이의 넓은 피크는 NH 스트레칭을 나타낸다. 1200cm-1에서 1600cm-1 사이의 피크 집합은 방향족 C-N 헤테로고리 단위의 진동 흡수이다. 둥근 800cm-1에서 뾰족한 피크는 XRD 스펙트럼에서도 확인된 트리-s-트리아진(tri-s-triazine) 단위의 특징적인 피크이다. In general, there is no significant difference between CN-bulk and CN-nanosheets in the characteristic FTIR spectra. These spectra confirmed that the CN-nanosheets still maintained the same chemical structure as the graphitic carbon nitride bulk. Specifically, the broad peak between 3000 cm -1 and 3500 cm -1 represents NH stretching. The set of peaks between 1200 cm -1 and 1600 cm -1 is the vibrational absorption of the aromatic CN heterocyclic unit. The sharp peak at 800 cm -1 is the characteristic peak of the tri-s-triazine unit, which was also confirmed in the XRD spectrum.

상기 관찰에 따르면, 합성된 흑연질화탄소 나노시트의 결정 구조 및 화학적 조성은 벌크 흑연질화탄소와 대체로 유사하다. 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 광학 성능을 연구하기 위해, UV-vis DRS가 사용되었다. 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의의 흡수 역치는 도 4(A)에 도시된 바와 같이 462 및 471 nm에서 발생한다. 이것은 CN 벌크 및 CN 나노 시트 모두 가시광선 하에서 가시광선에서 효율적으로 사용할 수 있음을 시사한다. 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 광학 성능을 시험하기 위해 UV-vis DRS가 사용되었으며, 준비된 시료(BCN 및 ECN)들의 흡수 임계값은 도 4(A)에 도시된 바와 같이 471 및 462 nm에서 발생하였다. 이는 CN-벌크 및 CN-나노시트 모두 가시광선 하에서 효율적으로 사용할 수 있음을 시사한다.According to the above observations, the crystal structure and chemical composition of the synthesized graphitic carbon nitride nanosheets are generally similar to bulk graphitic carbon nitride. To study the optical performance of the examples (ECN) and comparative examples (BCN), UV-vis DRS was used. The absorption thresholds of the example (ECN) and comparative example (BCN) occur at 462 and 471 nm, as shown in Figure 4(A). This suggests that both CN bulk and CN nanosheets can be efficiently used under visible light. UV-vis DRS was used to test the optical performance of the examples (ECN) and comparative examples (BCN), and the absorption thresholds of the prepared samples (BCN and ECN) were 471 and 471, as shown in FIG. 4(A). Occurred at 462 nm. This suggests that both CN-bulk and CN-nanosheets can be used efficiently under visible light.

UV-vis DRS 데이터를 기반으로 준비된 시료의 밴드 갭 에너지를 계산하였다. (Ahv)2 대 광자 에너지 플롯으로부터 파생된 밴드갭은 도 4(B)에 도시된 바와 같다. CN-벌크 및 CN-나노시트의 밴드 갭 에너지는 2.68 eV 및 2.78 eV로 추정되었다. 다른 밴드 갭은 다양한 밴드 갭 수준을 초래할 수 있으며, 이는 흑연질화탄소의 광산화 및 환원 능력에 큰 영향을 미칠 수 있다. CN-나노시트가 CN-벌크보다 밴드갭이 더 크지만, 이는 CN-나노시트가 CN-벌크보다 더 강한 산화환원 능력을 갖는다는 것을 의미한다. The band gap energy of the prepared sample was calculated based on UV-vis DRS data. The bandgap derived from the (Ahv) two versus photon energy plot is as shown in Figure 4(B). The band gap energies of CN-bulk and CN-nanosheets were estimated to be 2.68 eV and 2.78 eV. Different band gaps can result in different band gap levels, which can greatly affect the photooxidation and reduction abilities of graphitic carbon nitride. Although CN-nanosheets have a larger bandgap than CN-bulk, this means that CN-nanosheets have a stronger redox ability than CN-bulk.

참고로, 도 4의 (A)는 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 UV-가시 흡수 스펙트럼, (B) 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 추정된 밴드 갭을 각각 나타낸 그래프이다. For reference, Figure 4 (A) shows the UV-visible absorption spectrum of Example (ECN) and Comparative Example (BCN), and (B) shows the estimated band gap of Example (ECN) and Comparative Example (BCN), respectively. It's a graph.

광발광(PL) 분석은 광 생성 전자와 정공의 재결합을 명확히 하기 위해 준비된 시료에 대해 수행되었고, CN-벌크 및 CN-나노시트의 PL 스펙트럼은 도 5에 도시된 바와 같이 360 nm에서 여기되었다.Photoluminescence (PL) analysis was performed on the prepared samples to clarify the recombination of photogenerated electrons and holes, and the PL spectra of CN-bulk and CN-nanosheets were excited at 360 nm, as shown in Figure 5 .

참고로, 도 5는 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)의 정상 상태의 PL 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.For reference, Figure 5 is a graph showing the steady-state PL spectra of the example (ECN) and the comparative example (BCN).

CN-벌크 및 CN-나노시트의 방출 피크는 약 455 nm 및 460 nm에 위치하며 이는 DRS의 결과에 적합하다. CN 나노 시트를 CN 벌크의 피크 강도를 비교하면, CN 나노 시트의 피크 강도가 훨씬 약하며, 이는 CN 나노 시트의 전하 분리 및 전달 능력이 상당히 우수한 반면에 전자-정공 쌍의 방사선 재결합 속도가 감소함을 의미한다.The emission peaks of CN-bulk and CN-nanosheets are located at approximately 455 nm and 460 nm, which fit the results of DRS. Comparing the peak intensity of CN nanosheets with CN bulk, the peak intensity of CN nanosheets is much weaker, which indicates that the charge separation and transfer ability of CN nanosheets is quite good, while the radiation recombination rate of electron-hole pairs is reduced. it means.

나. 광 촉매 활성 시험me. Photocatalytic activity test

염화암모늄으로 합성한 CN-나노시트의 광 촉매 성능은 가시광선 조사하에서의 로다민 B 분해로 평가하였다. 도 6(A)는 준비된 시료의 가시광선(≥400nm) 하에서 로다민 B(Rhodamine B)의 분해에 대한 광촉매 활성을 보여준다. 멜라민과 염화암모늄으로 만든 CN-나노시트는 흑연질화탄소 벌크에 비해 광 촉매 성능이 더 높음을 알 수 있다. 광 촉매 없는 상태에서의 로다민 B의 자체 분해는 거의 무시할 수 있다. The photocatalytic performance of CN-nanosheets synthesized from ammonium chloride was evaluated by decomposition of rhodamine B under visible light irradiation. Figure 6(A) shows the photocatalytic activity of the prepared sample for the decomposition of Rhodamine B under visible light (≥400 nm). It can be seen that CN-nanosheets made of melamine and ammonium chloride have higher photocatalytic performance compared to bulk graphitic carbon nitride. The self-decomposition of rhodamine B in the absence of a photocatalyst is almost negligible.

210분의 조사 후, 로다민 B의 분해 백분율은 흑연질화탄소 벌크 및 CN-나노시트의 경우 약 63% 및 98%이다. 이것은 CN-나노시트가 흑연질화탄소 벌크보다 광촉매 활성이 더 높다는 것을 의미한다. UV-vis 흡광도 스펙트럼은 또한 광분해 반응 동안 로다민 B의 광물화 정도를 보여주기 위해 사용하였다. 가시광선 조사 하에서는 로다민 B의 흡수 피크가554nm에서 더 짧은 파장으로 이동하여 강도가 떨어지는 것을 알 수 있다. CN-나노시트의 경우 변화가 CN-벌크보다 훨씬 강하며, 이는 도 6(B)에 도시된 바와 같이 흑연질화탄소 나노시트의 활성이 더 높다는 것을 보여준다. After 210 min of irradiation, the decomposition percentage of rhodamine B is about 63% and 98% for graphitic carbon nitride bulk and CN-nanosheets. This means that CN-nanosheets have higher photocatalytic activity than bulk graphitic carbon nitride. UV-vis absorbance spectra were also used to show the degree of mineralization of rhodamine B during the photolysis reaction. It can be seen that under visible light irradiation, the absorption peak of rhodamine B moves from 554 nm to a shorter wavelength and the intensity decreases. In the case of CN-nanosheets, the change is much stronger than that of CN-bulk, which shows that the activity of graphitic carbon nitride nanosheets is higher, as shown in Figure 6(B).

RhB의 광분해에 대한 두 시료의 1차 동역학은 도 6(C)에 나타내었다. 가시광선 조사 하에서의 CN-나노시트의 분해속도상수는 0.0211 min-1로, 이는 CN-벌크의 약 4.7배이다. RhB 광분해 실험에 따르면 CN-나노시트의 광 촉매 산화 능력은 CN-벌크의 광 촉매 산화 능력보다 훨씬 뛰어나다. 이러한 결과는 CN-나노시트가 CN-벌크에 비해 비표면적이 더 크고 가시광선 흡수 범위가 더 길기 때문이다.The first-order kinetics of the photodegradation of RhB for both samples are shown in Figure 6(C). The decomposition rate constant of CN-nanosheets under visible light irradiation is 0.0211 min -1 , which is about 4.7 times that of CN-bulk. According to the RhB photodecomposition experiment, the photocatalytic oxidation ability of CN-nanosheets is much better than that of CN-bulk. This result is because CN-nanosheets have a larger specific surface area and longer visible light absorption range than CN-bulk.

참고로, 도 6의 (A)는 실시예(ECN) 및 비교예(BCN)에 의해 광 촉매화한 RhB의 분해, (B)는 가시광선 하에서 RhB의 광분해를 위한 1차 운동 곡선, (C)는 다양한 시간 간격으로 실시예(ECN)에 의해 분해된 RhB 용액의 UV-vis 스팩트럼을 각각 나타낸 그래프이다.For reference, Figure 6 (A) is the decomposition of RhB photocatalyzed by Example (ECN) and Comparative Example (BCN), (B) is the first kinetic curve for photodecomposition of RhB under visible light, (C) ) is a graph showing the UV-vis spectrum of the RhB solution decomposed by Example (ECN) at various time intervals.

(1) 촉매 투입의 영향(1) Effect of catalyst input

로다민 B 분해에 대한 CN-나노시트의 영향은 도 7(A)에 도시된 바와 같이 210분 동안 광 촉매 반응에서 CN-나노시트의 투여량을 0.1 내지 0.9 gL-1로 조정하여 시험하였다. 결과는 촉매의 양이 0.9 gL-1까지 증가함에 따라, 로다민 B의 분해 효율이 거의 99% 증가하는 것을 보여준다. 광자 흡수 부위의 수는 촉매의 양이 증가함에 따라 증가하였다. 이로 인해 로다민 B의 광분해율을 증가시켰다.The effect of CN-nanosheets on rhodamine B decomposition was tested by adjusting the dosage of CN-nanosheets from 0.1 to 0.9 gL -1 in the photocatalytic reaction for 210 minutes, as shown in FIG. 7(A). The results show that as the amount of catalyst increases to 0.9 gL -1 , the decomposition efficiency of rhodamine B increases by almost 99%. The number of photon absorption sites increased with increasing amount of catalyst. This increased the photodegradation rate of rhodamine B.

(2) 염료 농도의 영향 (2) Effect of dye concentration

CN-나노시트에 대한 최적 농도(0.5 gL-1 사용)를 찾기 위해 초기 농도의 영향을 10, 20, 30 및 40mgL-1의 4가지 농도에서 평가하였다. 결과는 도 7(B)에 도시된 바와 같이 광 촉매 분해의 백분율이 로다민 B의 출발 농도에 크게 의존한다는 것을 보여준다. 가시광선 조사 210분 후에 로다민 B의 제거율은 로다민 B의 초기 농도 10, 20, 30, 및 40 mgL-1에 대해 각각 99.5%, 98.4%, 90.5% 및 78.1%였다. 한편, 더 낮은 농도(10 mg L- 1)에서는 표면 촉매가 로다민 B 분자를 흡수하고 그 후 표면 촉매에 형성된 슈퍼옥사이드 라디칼()이 로다민 B 분자와 반응하였다. 로다민 B의 농도는 낮기 때문에 생성되는 의 수는 염료 분자를 효과적으로 분해시키기에 충분하다. 다른 한편으로는, 높은 로다민 B 농도는 빛의 차폐로 이어질 수 있고, 최종적으로 전자-정공 쌍의 생성과 수퍼옥사이드 라디칼의 수를 제한할 수 있다. 또한 농도가 높을수록 염료 분자가 촉매 표면을 가로질러 차단하여 광촉매 분해 비율이 감소할 수 있다.To find the optimal concentration (0.5 gL -1 used) for CN-nanosheets, the effect of initial concentration was evaluated at four concentrations: 10, 20, 30, and 40 mgL -1 . The results show that the percentage of photocatalytic degradation is highly dependent on the starting concentration of rhodamine B, as shown in Figure 7(B). The removal rates of rhodamine B after 210 minutes of visible light irradiation were 99.5%, 98.4%, 90.5%, and 78.1% for initial concentrations of rhodamine B of 10, 20, 30, and 40 mgL -1 , respectively. Meanwhile, at lower concentrations (10 mg L - 1 ), the surface catalyst absorbs rhodamine B molecules and then superoxide radicals formed on the surface catalyst ( ) reacted with rhodamine B molecules. Because the concentration of rhodamine B is low, The number of is sufficient to effectively decompose the dye molecules. On the other hand, high rhodamine B concentration may lead to light shielding, ultimately limiting the generation of electron-hole pairs and the number of superoxide radicals. Additionally, at higher concentrations, dye molecules may block across the catalyst surface, reducing the photocatalytic decomposition rate.

(3) pH의 효과(3) Effect of pH

실험은 염료 용액의 pH를 조절하여 로다민 B의 분해에 어떤 영향이 미치는지 조사한 결과를 도 7(C)에 나타내었다. 로다민 B의 농도는 20 mgL-1로 유지하였고 촉매의 질량은 0.5g L-1이었다. pH는 3, 5, 7, 9 및 조정되지 않은 다른 값으로 변경되었다. 도 7(C)는 모든 pH 조건에 대한 분해율의 결과를 보여준다. 제거 효율의 순서는 pH 3 > pH 5 > pH 7 > pH 9이다. The results of the experiment were investigated to determine the effect on the decomposition of rhodamine B by adjusting the pH of the dye solution, and the results are shown in Figure 7(C). The concentration of rhodamine B was maintained at 20 mgL -1 and the mass of the catalyst was 0.5g L -1 . The pH was changed to 3, 5, 7, 9 and other unadjusted values. Figure 7(C) shows the results of decomposition rate for all pH conditions. The order of removal efficiency is pH 3 > pH 5 > pH 7 > pH 9.

촉매의 재사용성은 실제 적용에서의 효율성 측면에서 중요한 측면이다. 여기에서, CN-나노시트의 재사용성을 도 8(A)에 도시된 바와 같이 4 주기(cycles) 동안 시험하였다. 각 실험이 끝난 후 촉매를 고속 냉장 원심분리기를 이용하여 원심분리하고 다음 실험을 위해 에탄올과 증류수로 여러 번 세척하였다. 결과는 도 8(A)에 도시된 바와 같다. 주기(cycles)가 반복될수록 광촉매의 광촉매 효율이 감소하였다. 각 주기(cycles)에서 로다민 B의 제거 백분율은 98%, 95%, 88% 및 84%였다. 이러한 결과는 원심분리 및 세척 과정에서 촉매가 감소하고 촉매 표면에 염료가 흡수되기 때문이다. 첫 번째 주기와 비교하여, 두 번째 주기에서 로다민 B의 제거 비율은 세 번째 및 네 번째 사주기서 완만하고 유의하게 감소하였다. The reusability of catalysts is an important aspect in terms of efficiency in practical applications. Here, the reusability of CN-nanosheets was tested for 4 cycles as shown in Figure 8(A). After each experiment, the catalyst was centrifuged using a high-speed refrigerated centrifuge and washed several times with ethanol and distilled water for the next experiment. The results are as shown in Figure 8(A). As cycles were repeated, the photocatalytic efficiency of the photocatalyst decreased. The percentage removal of rhodamine B in each cycle was 98%, 95%, 88% and 84%. This result is because the catalyst is reduced during the centrifugation and washing process and the dye is absorbed onto the catalyst surface. Compared with the first cycle, the removal rate of rhodamine B in the second cycle decreased moderately and significantly in the third and fourth cycles.

메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 광 촉매 과정에서 반응성 종을 발견하기 위해 소거 실험을 하였다.와 같은 스캐빈저에 대해 트리에탄올아민(TEA, C6H15NO3, 98%), 벤조퀴논(BQ, C6H4O2, 98%) 및 이소프로필알코올[IPA, 삼천화학(주)]을 사용하였다. 혼합물에 h+ 소거제인 TEA를 첨가했을 때, 광촉매의 분해 효율은 도 9(A)에 도시된 바와 같이 상당히 감소하였다. 이러한 변화는 광발생 구멍이 RhB 분해 과정에서 중요한 역할을 한다는 것을 니타낸다. 또한, 혼합물에 BQ를 추가하면 분해 효율의 현저한 감소하여 반응성 종의 존재가 RhB 분해에 대한 광 촉매 활성의 개선에 중요하다는 것을 보여준다. 놀랍게도, 스캐빈저로서 IPA를 포함하는 것은 CN-나노시트의 분해 효율에 약간의 영향만 미쳤다. 이 결과는 가 광반응 전반에 걸쳐 가장 적은 활성 종이었음을 추론했다. To better understand the mechanism, scavenging experiments were conducted to discover the reactive species during the photocatalytic process. and For scavengers such as triethanolamine (TEA, C6H 15 NO 3 , 98%) , benzoquinone (BQ, C 6 H 4 O 2 , 98%) and isopropyl alcohol [IPA, Samcheon Chemical Co., Ltd.] used. When the h+ scavenger TEA was added to the mixture, the decomposition efficiency of the photocatalyst decreased significantly, as shown in Figure 9(A). These changes indicate that the photogenerated hole plays an important role in the RhB degradation process. Additionally, adding BQ to the mixture significantly reduces the decomposition efficiency, Presence of reactive species is a photocatalyst for RhB degradation It shows that it is important for improving activity. Surprisingly, including IPA as a scavenger had only a slight effect on the degradation efficiency of CN-nanosheets. This result is Least active throughout the photoreaction I deduced that it was a bell.

광 촉매 시스템을 이용하여 폐수 내 유기오염물질을 효과적으로 제거하기 위해서는 물리적 또는 생물학적 전처리를 통해 TEA(아민 기반) 및 IPA(히드록실 기반)와 같은 소거제 농도를 현저히 줄여야 한다. 트래핑 실험을 기반으로 ECN을 사용하여 가시광선에서 RhB가 분해되는 메커니즘이 도 9(B)에 도시된 바와 같이 제안되었다. 일반적으로 RhB의 분해에 대해 예상되는 두 가지 가능한 경로는 자가 광염료 감작 과정과 반도체 매개 광분해 과정이다. 도 9(B)에 도시된 바와 같이 광감작 과정에서, RhB 분자는가시광선을 흡수하고 자체 산화 변형을 거쳐 산화 OH 라디칼을 직접 생성한다. RhB는 빛을 조사하면 가전자대에서 전도대로 전자를 방출하여 RhB를 단일항 또는 삼중항이 될 수 있는 여기 상태(RhB*)로 남겨 둔다. 이것은 광유도 전자가 CN 나노 시트의 전도대에 주입되고 RhB *는 라디칼 양이온 RhB *+로 변환되며, 결과적으로, RhB는 광감작제 역할을 한다. RhB*+ 라디칼은 그 자체 또는 형성된 반응성 산소 종에 의해 분해된다. CN 나노시트의 전도대는 이 과정에서 전자 수용체 수준으로만 사용되며 가전자대는 사용되지 않는다. 반도체 매개 광분해 과정에서 가시광선은 전자를 VB에서 흑연질화탄소의 CB로 여기시켜 VB에 정공을 남기는 데 사용된다. 그런 다음 전자-정공 쌍이 생성되어 산화 및 환원 공정에 사용된다. 환원 과정에서 생성된 과산화물 라디칼 는 유기 오염물질인 로다민 B와 상호작용하여 무독성 화합물인 H2O와 CO2로 전환된다. In order to effectively remove organic pollutants in wastewater using a photocatalytic system, the concentration of scavengers such as TEA (amine-based) and IPA (hydroxyl-based) must be significantly reduced through physical or biological pretreatment. Based on trapping experiments, a mechanism for RhB decomposition in visible light using ECN was proposed, as shown in Figure 9(B). In general, the two possible pathways predicted for the degradation of RhB are the autologous photodye sensitization process and the semiconductor-mediated photodegradation process. As shown in Figure 9(B), during the photosensitization process, RhB molecules absorb visible light and undergo self-oxidative transformation to directly generate oxidized OH radicals. When RhB is irradiated with light, it emits electrons from the valence band to the conduction band, leaving RhB in an excited state (RhB*) that can be a singlet or triplet. This means that photoinduced electrons are injected into the conduction band of CN nanosheets and RhB* is converted to the radical cation RhB*+, and consequently, RhB acts as a photosensitizer. The RhB*+ radical is decomposed by itself or by the reactive oxygen species formed. The conduction band of CN nanosheets is only used at the electron acceptor level in this process, and the valence band is not used. In the semiconductor-mediated photolysis process, visible light is used to excite electrons from VB to CB of graphitic carbon nitride, leaving holes in VB. Electron-hole pairs are then created and used in oxidation and reduction processes. Peroxide radicals generated during reduction process and interacts with rhodamine B, an organic pollutant, and is converted into non-toxic compounds H 2 O and CO 2 .

본 발명은 상기의 실시 예에서 설명드린 바와 같이, 멜라민과 염화암모늄의 열분해 공정에 의해 합성한 흑연질화탄소 나노시트는 흑연질화탄소 나노시트의 생성을 위해 염화암모늄(NH4Cl)을 고체 상태 공정에서 동적 가스 주형으로 사용하였다. 합성한 흑연질화탄소 나노 시트는 흑연질화탄소 벌크보다 4.7배 더 높은 RhB의 분해에서 우수한 광 촉매 활성을 나타내었다. 광이와 같은 촉매 산화 능력의 상당한 향상은 나노 시트 구조로 인한 담체 및 더 많은 반응성 부위의 분리 및 전달 효율의 증가에 기인한다. 또한, 흑연질화탄소는 광 발생 전자와 정공의 높은 재결합율 및 흑연질화탄소 벌크의 낮은 비면적의 한계를 극복하여 높은 수율과 높은 광 촉매 활성을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 제조가 가능하였다.As explained in the above embodiment, the present invention is a graphitic carbon nitride nanosheet synthesized by a thermal decomposition process of melamine and ammonium chloride, using ammonium chloride (NH 4 Cl) in a solid state process to produce graphitic carbon nitride nanosheets. was used as a dynamic gas mold. The synthesized graphitic carbon nitride nanosheets showed excellent photocatalytic activity in the decomposition of RhB, which was 4.7 times higher than that of graphitic carbon nitride bulk. The significant improvement in the oxidation ability of Gwangi-like catalysts is attributed to the increased separation and transfer efficiency of the carrier and more reactive sites due to the nanosheet structure. In addition, graphite carbon nitride overcomes the limitations of the high recombination rate of light-generated electrons and holes and the low specific area of the graphite carbon nitride bulk, making it possible to produce graphite carbon nitride nanosheets with high yield and high photocatalytic activity.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트 및 그 합성방법을 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.As described above, the graphitic carbon nitride nanosheet with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation and the method of synthesizing the same according to a preferred embodiment of the present invention have been described, but this is only an example. Those skilled in the art will be able to understand that various changes and modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention.

F1 : 전구체 화합물
F2 : 주형 화합물
GC : 흑연질화탄소 나노시트
F1: precursor compound
F2: template compound
GC: Graphite carbon nitride nanosheet

Claims (7)

전구체 화합물과 주형 화합물을 분쇄하여 혼합물 분말로 가공하는 단계(P100);
상기 혼합물 분말을 열처리하여 소성물 분말로 가공하는 단계(P200); 및,
상기 소성물 분말을 냉각, 분쇄, 수세 및 건조 가공하는 후처리 가공 단계(P300);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 합성방법.
Grinding the precursor compound and the template compound and processing the mixture powder (P100);
Processing the mixture powder into a fired powder by heat treatment (P200); and,
A post-processing step (P300) of cooling, grinding, washing, and drying the fired powder;
A method for synthesizing graphitic carbon nitride nanosheets with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation, comprising:
제1항에 있어서,
상기 P100 단계에서,
혼합물은 전구체 화합물 100 중량부에 대하여 주형 화합물 100 내지 120 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 합성방법.
According to paragraph 1,
In the P100 step,
A method for synthesizing graphitic carbon nitride nanosheets with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation, characterized in that the mixture is mixed with 100 to 120 parts by weight of the template compound with respect to 100 parts by weight of the precursor compound.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
전구체 화합물은 멜라민(C3N6H6)인 것을 특징으로 하는 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 합성방법.
According to any one of paragraphs 1 and 2,
A method for synthesizing graphitic carbon nitride nanosheets with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation, wherein the precursor compound is melamine (C 3 N 6 H 6 ).
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
주형 화합물은 염화암모늄(NH4Cl)인 것을 특징으로 하는 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 합성방법.
According to any one of paragraphs 1 and 2,
A method for synthesizing graphitic carbon nitride nanosheets with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation, wherein the template compound is ammonium chloride (NH 4 Cl).
상기 P200 단계에서,
열처리는 520 내지 580℃의 온도에서 2.5 내지 3.5 시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 합성방법.
In the P200 step,
A method of synthesizing graphitic carbon nitride nanosheets with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 520 to 580 ° C. for 2.5 to 3.5 hours.
제1항에 있어서,
상기 P300 단계에서,
건조는 85 내지 95℃에서 10 내지 14시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트의 합성방법.
According to paragraph 1,
In the P300 step,
A method of synthesizing graphitic carbon nitride nanosheets with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation, characterized in that drying is carried out at 85 to 95 ° C. for 10 to 14 hours.
전구체 화합물과 주형 화합물을 이용하여 상기 청구항 1 내지 청구항 6의 방법 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 가시광선 조사 하에서의 로다민 B 분해에 대한 향상된 광 촉매 성능을 갖는 흑연질화탄소 나노시트.A graphitic carbon nitride nanosheet with improved photocatalytic performance for rhodamine B decomposition under visible light irradiation, which is prepared by the method of any one of the methods of claims 1 to 6 using a precursor compound and a template compound. .
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