WO2022211306A1 - Metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure and method for manufacturing same - Google Patents

Metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure and method for manufacturing same Download PDF

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WO2022211306A1
WO2022211306A1 PCT/KR2022/003427 KR2022003427W WO2022211306A1 WO 2022211306 A1 WO2022211306 A1 WO 2022211306A1 KR 2022003427 W KR2022003427 W KR 2022003427W WO 2022211306 A1 WO2022211306 A1 WO 2022211306A1
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WO
WIPO (PCT)
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metal oxide
transition metal
dichalcogenide
heterostructure
metal dichalcogenide
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Application number
PCT/KR2022/003427
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
이선영
강수희
칸할리탐
Original Assignee
한양대학교에리카산학협력단
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B19/00Selenium; Tellurium; Compounds thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047Titanium dioxide
    • C01G23/08Drying; Calcining ; After treatment of titanium oxide

Definitions

  • the present invention relates to a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure and a method for manufacturing the same, and more particularly, a metal comprising a metal oxide nanofiber, a transition metal dichalcogenide nanosheet, and a transition metal dichalcogenide aggregate It relates to an oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure and a method for manufacturing the same.
  • a transition metal dichalcogenide is a chemical substance in which at least one chalcogen anion and a chalcogen cation are bound.
  • the transition metal dichalcogenide may have a triangular 2H and octahedral 1T crystal structure, have electrical conductivity, and have light absorption for absorbing light of an ultraviolet to infrared wavelength.
  • the transition metal dichalcogenide can be used in various industries such as electrode materials, gas sensors, energy storage materials, and photocatalysts.
  • Korean Patent No. 10-1595429 in an optical semiconductor device containing a transition metal dichalcogenide, a scintillator that converts X-rays into visible or infrared rays, a substrate, and a substrate positioned between the substrate and the scintillator , a photosensitive layer comprising a transition metal dichalcogenide having a first surface and a second surface, detecting visible light or infrared radiation emitted from the scintillator, located on the first surface of the photosensitive layer and electrically connected a first electrode, a second electrode positioned on a second surface of the photosensitive layer and electrically connected thereto, and a switch element electrically connected to the first electrode, wherein the photosensitive layer has the first surface
  • an optical semiconductor device comprising a first conductive layer and a second conductive layer having the second surface, wherein the photosensitive layer includes at least two different types of transition metal dichalc
  • One technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure having an increased surface area and a method for manufacturing the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure having improved hydrophobicity and a method for manufacturing the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is, when used as a photocatalyst, to provide an oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure having improved CO 2 selectivity and a method for manufacturing the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure and a method for manufacturing the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure having a reduced manufacturing time and a method for manufacturing the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure that is easy to mass-produce and a method for manufacturing the same.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a method of manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure.
  • the method for manufacturing the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure includes the steps of preparing a metal oxide nanofiber, heat-treating a transition metal dichalcogenide precursor solution provided with the metal oxide nanofiber to the metal It may include preparing a transition metal dichalcogenide nanosheet on the surface of the oxide nanofiber and preparing a transition metal dichalcogenide aggregate between the plurality of metal oxide nanofibers.
  • the transition metal dichalcogenide precursor solution includes a transition metal source, a solvent, and a reducing agent, and according to the molar ratio of the transition metal source, the surface area of the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure and controlled hydrophobicity.
  • the hydrophobicity of the surface of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure may include increasing.
  • the density of the transition metal dichalcogenide nanosheet on the surface of the metal oxide nanofiber increases, and as the molar ratio of the transition metal source increases, the , it may include an increase in the transition metal dichalcogenide aggregates.
  • the preparing of the metal oxide nanofiber may include preparing a metal oxide precursor solution, electrospinning the metal oxide precursor solution to prepare a preliminary metal oxide nanofiber, and the preliminary metal oxide nanofiber. It may include the step of heat-treating the fiber.
  • the heat treatment temperature may include that of more than 500 °C and less than 600 °C.
  • the transition metal dichalcogenide nanosheet is prepared, and between the plurality of metal oxide nanofibers, after the transition metal dichalcogenide aggregate is prepared,
  • the metal oxide nanofiber, the transition metal dichalcogenide nanosheet, and the step of filtering a solution containing the transition metal dichalcogenide aggregate by providing a membrane, and providing a washing solution on the membrane, to control the pH It may further include the step of
  • the present invention provides a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure.
  • the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure is a metal oxide nanofiber, a transition metal dichalcogenide nanosheet disposed on the surface of the metal oxide nanofiber, and a plurality of the metal oxide nanofibers It may include those provided with metal dichalcogenide aggregates in between.
  • the metal oxide nanofibers have anatase and rutile crystal structures
  • the transition metal dichalcogenide nanosheets have triangular 2H and octahedral 1T crystal structures.
  • the metal oxide nanofiber may include titanium oxide, and the transition metal dichalcogenide nanosheet may include molybdenum selenide.
  • the method of manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure comprises the steps of preparing a metal oxide nanofiber, heat-treating a transition metal dichalcogenide precursor solution provided with the metal oxide nanofiber to the metal It may include preparing a transition metal dichalcogenide nanosheet on the surface of the oxide nanofiber and preparing a transition metal dichalcogenide aggregate between the plurality of metal oxide nanofibers.
  • the transition metal dichalcogenide precursor solution may include a transition metal source, a solvent, and a reducing agent.
  • the surface area and hydrophobicity of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure may be controlled according to the molar ratio of the transition metal source.
  • the molar ratio of the transition metal element is, the molar ratio of the transition metal dichalcogenide in the transition metal dichalcogenide nanosheet and the transition metal dichalcogenide aggregate is the molar ratio of the metal oxide in the metal oxide nanofiber
  • the ratio can be controlled to be 0.48. Accordingly, on the surface of the metal oxide nanofiber, the transition metal dichalcogenide nanosheet may be uniformly and hierarchically generated and grown. Due to this, the surface area of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure may be increased and hydrophobicity may be improved. And, due to the interface formed between the surface of the metal oxide nanofiber and the base surface of the transition metal dichalcogenide nanosheet, a passage through which electrons can easily move may be formed.
  • the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure as a photocatalyst, to provide CO 2 to the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure and irradiating ultraviolet to infrared light, the metal oxide / The transition metal dichalcogenide nanosheet in the transition metal dichalcogenide heterostructure, the CO 2 is easily adsorbed, the CO 2 is reduced by the light, CO and CH 4 can be easily generated . Accordingly, the CO 2 selectivity of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure may be improved.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are views for explaining a step of preparing a metal oxide nanofiber in the method for manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a method of manufacturing a transition metal dichalcogenide nanosheet and a transition metal dichalcogenide aggregate in a method of manufacturing a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a solution containing a metal oxide nanofiber, a transition metal dichalcogenide nanosheet, and a transition metal dichalcogenide aggregate in the method for manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention. It is a view for explaining a method of obtaining a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure by filtering.
  • FIG. 6 is a view for explaining a photocatalytic CO 2 reduction process of a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a graph in which experimental examples of the present invention are analyzed by XPS.
  • FIG. 11 is a graph measuring the photocatalytic CO 2 reduction characteristics of the experimental examples of the present invention.
  • 13 is a graph measuring the surface structure and adsorption/desorption characteristics of gas in experimental examples of the present invention.
  • 16 is an XRD diffraction graph of TiO 2 nanofibers according to experimental examples of the present invention.
  • FIG. 17 is an SEM image for comparatively explaining a process of obtaining TiO 2 /MoSe 2 when manufacturing a TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to experimental examples of the present invention.
  • first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof.
  • 'and/or' is used in the sense of including at least one of the components listed before and after.
  • FIG. 1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are metal oxide/transition metal dichalcogen according to an embodiment of the present invention It is a view for explaining the step of preparing a metal oxide nanofiber in the manufacturing method of the nide heterostructure
  • Figure 4 is a transition metal in the manufacturing method of the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention It is a view for explaining a method for manufacturing a dichalcogenide nanosheet and a transition metal dichalcogenide aggregate
  • 5 is a metal oxide in a method for manufacturing a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention It is a view for explaining a method of obtaining a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure by filtering a solution containing nanofibers, transition metal dichalcogenide nanosheets, and transition metal dichalcogenide aggregates.
  • the metal oxide nanofiber 100 is prepared by electrospinning and heat treating the metal oxide precursor solution 110 ( S110 ).
  • the metal oxide precursor solution 110 may include a metal oxide source, a binder, and a solvent.
  • the metal oxide source may be titanium oxide.
  • the metal oxide source may be titanium butoxide.
  • the binder may be polyvinylpolypyrrolidone.
  • the solvent may be at least one of ethanol and acetylacetone.
  • the preliminary metal oxide nanofiber 120 may be manufactured by providing the metal oxide precursor solution 100 to an electrospinning apparatus and performing electrospinning.
  • the metal oxide nanofiber 100 may be manufactured by heat-treating the preliminary metal oxide nanofiber 120 at a temperature of more than 500° C. and less than 600° C. Accordingly, the metal oxide nanofiber 100 may have an anatase and rutile crystal structure.
  • the metal oxide nanofiber 100 may have an anatase crystal structure.
  • the metal oxide nanofiber 100 may have a rutile crystal structure.
  • the heat treatment temperature of the preliminary metal oxide nanofiber 120 may be controlled to be more than 500 °C and less than 600 °C. Accordingly, the metal oxide nanofiber 100 may have an anatase and rutile crystal structure. Accordingly, CO 2 selectivity may be improved, and photocatalytic properties may be improved.
  • the metal oxide nanofiber 100 may be doped with a doping metal.
  • the doping metal may include at least one of Cu, Ni, and Mn.
  • a doping metal precursor including the doping metal is added to the metal oxide precursor solution 110, and the doping It may be prepared by electrospinning and heat-treating the metal oxide precursor solution 110 to which the metal precursor is added.
  • the metal oxide source eg titanium butoxide
  • ethanol e.g., ethanol
  • the doping metal precursor is added
  • the binder eg polyvinylpyrrolidone
  • the solvent eg acetylacetone
  • the doped metal precursor may be the doped metal acetate.
  • the doping metal precursor may be copper acetate hydrate or Ni acetate tetrahydrate.
  • the doping metal precursor may include acetate, which may be easily dissolved in alcohol (eg, ethanol, etc.), thereby preventing the formation of crystals.
  • electrons When light is irradiated to the metal oxide nanofiber 100 , electrons may function as a support. In other words, since the valence band is the most negative in the bandgap structure state of the metal oxide nanofiber 100, electrons and holes are first generated and moved. In addition, the band gap is extended by the metal oxide nao fiber 100 and the transition metal dichalcogenide to be described later, so that more light can be absorbed.
  • transition metal dichalcogenide precursor solution 210 provided in the metal oxide nanofiber 100, on the surface of the metal oxide nanofiber 100, transition metal dichalcogenide
  • the nanosheet 200 is manufactured, and between the plurality of metal oxide nanofibers 100 , a transition metal dichalcogenide aggregate 210 is prepared ( S120 ).
  • the transition metal dichalcogenide precursor solution 210 may include a transition metal source, a solvent, and a reducing agent.
  • the transition metal source may be molybdenum selenide.
  • the transition metal source may be at least one of sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ) and selenium (Se).
  • the solvent may be at least one of distilled water and ethanol.
  • the reducing agent may be sodium borohydride (NaBH 4 ).
  • the metal oxide nanofiber 100 is provided to the transition metal dichalcogenide precursor solution 210, and heat-treated by a solvothermal method, the metal oxide nanofiber 100 On the surface of the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 may be prepared. Accordingly, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 may have a triangular prism 2H and an octahedral 1T crystal structure. For this reason, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 may have electrical conductivity and light absorption in the ultraviolet to infrared region. And, between the plurality of the metal oxide nanofibers 100, the transition metal dichalcogenide aggregate 220 may be prepared.
  • the heat treatment temperature may be 200 °C.
  • the heat treatment time may be 48 hours.
  • transition metal dichalcogenide aggregate 220 between the transition metal dichalcogenide nanosheet 200, and the plurality of metal oxide nanofibers 100 on the surface of the metal oxide nanofiber 100 A solution including a metal oxide/transition metal dichalcogenide double structure 300 having a solution may be prepared.
  • the transition metal dichalcogenide sheet ( 200) in the transition metal dichalcogenide precursor solution 210, according to the molar ratio of the transition metal source, on the surface of the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide sheet ( 200) can be controlled. As the molar ratio of the transition metal source increases, the density of the transition metal dichalcogenide sheet 200 generated on the surface of the metal oxide nanofiber 100 may increase. Due to this, the surface area of the metal oxide/transition metal dichalcogenide double structure 300 may be increased and hydrophobicity may be improved. In other words, the surface area and hydrophobicity of the metal oxide/transition metal dichalcogenide dual structure 300 may be controlled according to the molar ratio of the transition metal source.
  • the density of the transition metal dichalcogenide sheet 200 generated on the surface of the metal oxide nanofiber 100 may decrease. Due to this, the surface area of the metal oxide/transition metal dichalcogenide double structure 300 may be reduced and hydrophobicity may be reduced.
  • the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 between the plurality of metal oxide nanofibers 100 is controlled can be As the molar ratio of the transition metal source increases, the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 generated between the plurality of metal oxide nanofibers 100 may increase. As the molar ratio of the transition metal source decreases, the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 generated between the plurality of metal oxide nanofibers 100 may be reduced.
  • the surface area and hydrophobicity of the metal oxide/transition metal dichalcogenide double structure 300 may be controlled.
  • the molar ratio of the transition metal source is, the molar ratio of the transition metal dichalcogenide in the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 and the transition metal dichalcogenide aggregate 220 is the metal oxide nano
  • the molar ratio of the metal oxide in the fiber 100 may be controlled to be greater than 0.24 and less than 0.74.
  • the molar ratio of the transition metal element is, the molar ratio of the transition metal dichalcogenide in the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 and the transition metal dichalcogenide aggregate 220 is , compared to the molar ratio of the metal oxide in the metal oxide nanofiber 100, it may be controlled to be 0.48. Accordingly, on the surface of the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 may be uniformly and hierarchically generated and grown. Due to this, the surface area of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be increased and hydrophobicity may be improved. Accordingly, by providing CO 2 gas to the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300 When used as a photocatalyst, the selectivity of the CO 2 of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be improved.
  • the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300 is obtained
  • the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200, and the transition metal dichalcogenide aggregate 220 are filtered can be And, on the membrane, while controlling the pH by providing a cleaning solution, the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200, and the transition metal dichalcogenide aggregate 220 are can be washed.
  • the washing solution may be provided until the pH of the provided washing solution becomes 7.
  • the washing solution may be at least one of distilled water and ethanol.
  • the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be obtained.
  • the solution is separated by using a centrifuge to separate the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300, and by washing with the washing solution to obtain the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300
  • the metal oxide nanofibers 100 in the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be damaged.
  • the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 in the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be increased.
  • the solution is provided to the membrane and filtered, and the washing solution is provided on the membrane to wash and dry while controlling the pH, so that the metal oxide/transition A metal dichalcogenide heterostructure 300 may be obtained. Accordingly, damage to the metal oxide fiber 100 in the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 is prevented, and the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 can be prevented from increasing have.
  • the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300 according to an embodiment of the present invention, as described above, the molar ratio of the transition metal dichalcogenide in the transition metal dichalcogenide aggregate 220 is, Compared to the molar ratio of the metal oxide in the metal oxide nanofiber 100, the molar ratio of the transition metal element in the transition metal dichalcogenide precursor solution 210 may be controlled to be 0.48. Accordingly, on the surface of the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 may be produced and grown uniformly and hierarchically. Due to this, the surface area of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be increased and hydrophobicity may be improved.
  • an interface may be formed between the surface of the metal oxide nanofiber 100 and the base surface of the transition metal dichalcogenide nanosheet 200. Accordingly, a path through which electrons can easily move can be formed by reducing the resistance of the interface.
  • the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to the embodiment of the present invention described above may be used as a photocatalyst.
  • a photocatalytic CO 2 reduction process of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 .
  • FIG. 6 is a view for explaining a photocatalytic CO 2 reduction process of a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention.
  • the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 described in FIGS. 1 to 5 is provided.
  • the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300 on the surface of the metal oxide nanofiber 100 and the metal oxide nanofiber 100, a transition metal dichalcogenide nanosheet 200. can And, between the surface of the metal oxide nanofiber 100 and the base surface of the transition metal dichalcogenide nanosheet 200, an interface through which electrons can easily move may be included.
  • the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure (300, hereinafter photocatalyst) is provided with a TEOA solution, CO 2 , and H 2 O
  • a TEOA solution CO 2
  • the CO 2 may be easily adsorbed to the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 in the photocatalyst.
  • the photocatalyst may easily absorb the light by the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 . Accordingly, at the interface in the photocatalyst, some electrons and holes are easily recombined, and the remaining electrons and holes are easily converted into the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 and the metal oxide nanofiber 100, respectively. can be moved
  • the electrons may be easily moved to the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 through the interface. Due to this, by reacting with the CO 2 adsorbed on the transition metal dichalcogenide nanosheets, the CO 2 is reduced, CO and CH 4 can be easily generated. Accordingly, the CO 2 selectivity of the photocatalyst may be improved.
  • the hole may be moved to the metal oxide nanofiber 100 . Due to this, the TEOA solution may be oxidized, and the TEOA solution may be ionized into TEOA + .
  • TiO 2 As a precursor, titanium butoxide, polyvinylpolypyrrolidone as a binder, and ethanol and acetylacetone as a solvent were prepared.
  • the titanium butoxide was provided in the ethanol and stirred to prepare a mixed solution. Then, 8wt% of the polyvinylpyrrolidone was provided in the mixed solution compared to the mixed solution and stirred for 12 hours, and the acetylacetone was provided and stirred for 1 hour to prepare a TiO 2 precursor solution.
  • the TiO 2 precursor solution was provided to a 25 gauge needle of the electrospinning device, and the TiO 2 precursor solution was electrospun under the process conditions of ⁇ Table 1> to prepare a preliminary TiO 2 nanofiber.
  • the preliminary TiO 2 nanofibers were provided in a box furnace in an oxygen atmosphere, and heat-treated at 550° C. (temperature increase rate: 5° C./min) for 2 hours to prepare TiO 2 nanofibers.
  • Metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure (TiO) according to Experimental Examples 2 to 4 2 /MoSe 2 heterogeneous structure) manufacturing method
  • MoSe 2 Sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ) and selenium (Se) as a source, distilled water and ethanol as a solvent, sodium borohydride (NaBH 4 ) as a reducing agent, TiO 2 nanofiber according to Experimental Example 1 as a metal oxide nanofiber prepared.
  • MoSe 2 precursor solution In a mixed solvent in which distilled water and ethanol were mixed in a 1:1 ratio, 60 mL of the sodium molybdate was provided, and the selenium was further provided and stirred for 30 minutes. Then, the sodium borohydride was provided and stirred for 30 minutes to prepare a MoSe 2 precursor solution.
  • the MoSe 2 precursor solutions according to Experimental Examples 2 to 4 are, as shown in Table 2 below, the sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ), the selenium (Se), and the sodium borohydride (NaBH 4 ) ) differs only in the number of moles.)
  • the TiO 2 nanofiber is provided and left for 1 hour without stirring, and then heat-treated at 200° C. for 48 hours by a solvothermal method, on the surface of the TiO 2 nanofiber , MoSe 2 nanosheets were produced and grown. Then, the TiO 2 nanofibers and the MoSe 2 nanosheet solution were filtered using a membrane filter and washed with distilled water and ethanol until the pH reached 7 and dried in an oven at 60° C. for 2 hours to prepare a TiO 2 / MoSe 2 heterostructure. (TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Examples 2 to 4, except that the MoSe 2 precursor solution according to Experimental Examples 2 to 4 was used, all were prepared in the same manner.)
  • Transition metal dichalcogenide nanosheets according to Experimental Example 5 (MoSe 2 Nanosheet) manufacturing method
  • the TiO 2 nanofiber according to Experimental Example 1 is not provided in the MoSe 2 precursor solution according to Experimental Example 3, except that the same as in Experimental Example 3
  • MoSe 2 nanosheets according to Experimental Example 5 were prepared.
  • TiO 2 nanofibers according to Experimental Example 1 TiO 2 / MoSe 2 heterostructures according to Experimental Examples 2 to 4, and MoSe 2 nanosheets according to Experimental Example 5 were photographed by SEM and TEM.
  • the pictures on the left of FIG. 7 are images taken by SEM of the experimental examples, and the pictures on the right are images taken by the TEM of the experimental examples.
  • the MoSe 2 density of the nanosheets generated on the surface of the TiO 2 nanofibers can be controlled, as well as the amount of the MoSe 2 aggregates generated between the plurality of TiO 2 nanofibers can be controlled.
  • TiO 2 nanofibers according to Experimental Example 1 TiO 2 /MoSe 2 heterostructures according to Experimental Examples 2 to 4, and MoSe 2 nanosheets according to Experimental Example 5 were analyzed by XRD diffraction. And, the XRD diffraction peaks of the experimental examples were compared with the reference peaks (TiO 2 anatase, TiO 2 rutile, MoSe 2 ) of the XRD diffraction analysis equipment.
  • the TiO 2 nanofiber according to Experimental Example 1 has a peak in which TiO 2 anatase and TiO 2 rutile peaks are combined. Therefore, it can be seen that the TiO 2 nanofiber has an anatase and rutile crystal structure.
  • the peak of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Examples 3 and 4 is similar to the MoSe 2 peak distribution than the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 2.
  • the peak of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 2 is similar to the TiO 2 anatase and TiO 2 rutile peaks than the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Examples 3 and 4 Able to know.
  • FIG. 9 is a photograph and graph analyzed by TEM and Raman spectroscopy of experimental examples of the present invention
  • FIG. 10 is a graph analyzed by XPS of experimental examples of the present invention.
  • FIG. 9 is a TEM analysis of the crystal structure of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3 of the present invention
  • FIG. TiO 2 nanofibers, the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3, and MoSe 2 nanosheets according to Experimental Example 5 are graphs analyzed by Raman spectroscopy.
  • FIG. 10 (a) of FIG. 10 is a graph obtained by analyzing the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3 and the MoSe 2 nanosheet according to Experimental Example 5 with respect to Mo 3d by XPS
  • FIG. (b) of 10 is a graph in which the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure and the MoSe 2 nanosheet according to Experimental Example 5 were analyzed by XPS for Se 3d, and the analysis results are summarized as shown in Table 4 below.
  • the TiO 2 nanofiber has an anatase and rutile crystal structure. And, it can be seen that the MoSe 2 nanosheets on the surface of the TiO 2 nanofibers have 1T and 2H crystal structures.
  • the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure may have electrical conductivity and photoreaction properties due to the 1T and 2H crystal structures of the MoSe 2 nanosheet. Accordingly, the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure may be used as a photocatalyst for reducing CO 2 through a photoreaction.
  • FIG. 11 is a graph measuring the photocatalytic CO 2 reduction characteristics of the experimental examples of the present invention.
  • FIG. 11 TiO 2 nanofibers according to Experimental Example 1, TiO 2 /MoSe 2 heterostructures according to Experimental Examples 2 to 4, and MoSe 2 nanosheets according to Experimental Example 5, 12mW/cm 2 intensity of Ultraviolet-visible light was irradiated.
  • UV-visible light is irradiated
  • (a) of FIG. 11 is a graph for comparing the amounts of H 2 , CO, and CH 4 of the experimental examples
  • (b) of FIG. 11 is a comparison of the CO 2 selectivity of the experimental examples is a graph for
  • (c) of FIG. 11 is a graph for comparing the amount of H 2 generation over time of the experimental examples, CO, CH 4 , and CO 2 Selectivity of the experimental examples is summarized as in ⁇ Table 5> did.
  • Experimental Example 3 a factor with higher CO 2 selectivity than Experimental Example 4, is that MoSe 2 nanosheets on the surface of TiO 2 nanofibers in the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experiment 3 were more uniformly generated than in Experiment 4 It can be interpreted as being caused by
  • the factor that generated the highest H 2 gas in Experimental Example 2 is, in the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 2, on the surface of the TiO 2 nanofibers, the MoSe 2 nanosheets, the TiO 2 nano On the surface of the fiber, it can be interpreted that it is due to being partially generated and grown rather than entirely generated and grown.
  • FIG. 12 (a) of FIG. 12 is a graph in which light absorption in the infrared to ultraviolet region is measured by UV-vis-NIR spectrometry for experimental examples, and (b) of FIG. 12 is the band gap of the experimental examples. This is the measured graph.
  • Experimental Example 1 As can be seen from FIG. 12 , in Experimental Example 1, it can be seen that light absorption in the infrared to ultraviolet region is significantly lower than that of other experimental examples (Experimental Examples 2 to 5). And, in Experimental Example 1, it can be seen that the light absorbance is rapidly decreased after about 400 nm, and in Experimental Examples 2 to 5, it can be seen that the light absorption is decreased after about 800 nm. And, it can be seen that Experimental Example 2 and Experimental Example 3 have higher light absorption after about 800 nm than Experimental Example 4.
  • 13 is a graph measuring the surface structure and adsorption/desorption characteristics of gas in experimental examples of the present invention.
  • FIG. 13 shows that the surface area, pore volume, and average size of pores for the experimental examples were measured by the adsorption/desorption method of N 2 gas
  • FIG. 13 (b) shows the experimental examples.
  • the degree of adsorption/desorption of CO 2 gas was measured, and the surface area, pore volume, average pore size, micropore area, and CO 2 adsorption degree of the experimental examples were summarized as shown in Table 6 below.
  • the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3 has the highest surface area.
  • a factor in which the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3 has the highest surface area may be interpreted as having micropores. Accordingly, the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure may easily diffuse and absorb CO 2 gas.
  • the CO 2 gas adsorption amount of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3 is the highest.
  • the reason that the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure has the highest amount of CO 2 gas adsorption may be interpreted as the fact that the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure has the highest surface area.
  • the contact angles of the experimental examples were measured to compare the hydrophobicity of the surfaces of the experimental examples.
  • the photocatalytic CO 2 reduction activity of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure may be improved.
  • FIG. 15 is an SEM image of TiO 2 nanofibers according to experimental examples of the present invention
  • FIG. 16 is an XRD diffraction graph of TiO 2 nanofibers according to experimental examples of the present invention.
  • FIG. 15 is an image taken by SEM of the surface of the TiO 2 nanofiber prepared by heat-treating the preliminary TiO 2 fiber at 500° C. when manufacturing the TiO 2 nanofiber.
  • b) is an image taken by SEM of the surface of the TiO 2 nanofiber prepared by heat-treating the preliminary TiO 2 nanofiber at 550° C. when manufacturing the TiO 2 nanofiber, and
  • c) of FIG. 15 is when the TiO 2 nanofiber is prepared , Preliminary TiO 2 It is an image taken by SEM of the surface of the nanofibers prepared by heat treatment at 600 °C TiO 2 nanofibers.
  • the TiO 2 nanofibers of FIGS. 15 (a) to (c) were analyzed by XRD diffraction.
  • the preliminary TiO 2 nanofibers are heat-treated at 500° C. and the TiO 2 nanofibers have an anatase crystal structure.
  • the TiO 2 nanofiber (Experimental Example 1) prepared by heat-treating the preliminary TiO 2 nanofiber at 550° C. has anatase and rutile crystal structures.
  • the preliminary TiO 2 nanofibers are heat-treated at 600° C. and the TiO 2 fibers have a rutile crystal structure.
  • FIG. 17 is an SEM image for comparatively explaining a process of obtaining TiO 2 /MoSe 2 when manufacturing a TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to experimental examples of the present invention.
  • FIG. 17 shows a solution containing the TiO 2 nanofibers and the MoSe 2 nanosheets, a centrifugal separator A TiO 2 /MoSe 2 heterostructure prepared by centrifugation, washing twice and drying using SEM was photographed.
  • 17 (b) is a TiO 2 /MoSe 2 heterostructure prepared by centrifuging the solution containing the TiO 2 nanofibers and the MoSe 2 nanosheet using a centrifuge, washing 6 times, and drying the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure. Photographed by SEM.
  • Figure 17 (c) shows the TiO 2 TiO 2 /MoSe 2 prepared by filtering the solution containing the nanofibers and the MoSe 2 nanosheets using a membrane filter, washing and drying while lowering the pH to 7 TiO 2 /MoSe 2 The heterogeneous structures were photographed by SEM.
  • the solution containing the TiO 2 nanofiber and the MoSe 2 nanosheet is centrifuged, and as the number of washing increases, the TiO 2 nanofiber is broken in the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure, It can be seen that the amount of MoSe 2 aggregates is increased between the plurality of TiO 2 nanofibers.
  • the method of filtering the solution including the TiO 2 nanofibers and the MoSe 2 nanosheets using a membrane filter and washing the solution while lowering the pH to 7 prevents deformation of the TiO 2 nanofibers, and the MoSe 2 It can be seen that this is a method of preventing an increase in the amount of aggregates.
  • the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure and the manufacturing method thereof according to an embodiment of the present application are aerospace and automobile industries, energy storage and utilization fields, photoelectrochemical electrode cells, artificial photosynthesis, hydrogen storage capacity and energy efficiency fields, It can be used in various industrial fields such as the field of organic pollutants.

Abstract

A metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure is provided. A method for manufacturing a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure may comprise the steps of: preparing metal oxide nanofibers; and heat-treating a transition metal dichalcogenide precursor solution provided with the metal oxide nanofibers to manufacture a transition metal dichalcogenide nanosheet on the surface of the metal oxide nanofibers, and manufacture a transition metal dichalcogenide aggregate between the plurality of metal oxide nanofibers. In addition, in the step of heat-treating the transition metal dichalcogenide precursor solution provided with the metal oxide nanofibers, the transition metal dichalcogenide precursor solution includes a transition metal source, a solvent, and a reducing agent, and the surface area and hydrophobicity of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure can be controlled according to a molar ratio of the transition metal source.

Description

금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 및 그 제조 방법Metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure and manufacturing method thereof
본 발명은 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 금속 산화물 나노 섬유, 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트, 및 전이 금속 디칼코게나이드 응집체를 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure and a method for manufacturing the same, and more particularly, a metal comprising a metal oxide nanofiber, a transition metal dichalcogenide nanosheet, and a transition metal dichalcogenide aggregate It relates to an oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure and a method for manufacturing the same.
전이 금속 디칼코게나이드는, 적어도 한 가지 이상의 칼코겐 음이온 및 칼코겐 양이온이 결합된 화학 물질이다. A transition metal dichalcogenide is a chemical substance in which at least one chalcogen anion and a chalcogen cation are bound.
전이 금속 디칼코게나이드는, 삼각기둥형 2H 및 팔면체형 1T 결정 구조를 가져, 전기 전도성 갖고, 자외선 내지 적외선 파장의 광을 흡수하는 광흡수성을 가질 수 있다.The transition metal dichalcogenide may have a triangular 2H and octahedral 1T crystal structure, have electrical conductivity, and have light absorption for absorbing light of an ultraviolet to infrared wavelength.
이에 따라서, 전이 금속 디칼코게나이드는 전극 소재, 가스 센서, 에너지 저장체, 광촉매 등 다양한 산업에 활용될 수 있다. Accordingly, the transition metal dichalcogenide can be used in various industries such as electrode materials, gas sensors, energy storage materials, and photocatalysts.
활용 분야가 증가함에 따라, 다양한 광반도체 소자와 관련된 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 등록공보 10-1595429에는, 전이 금속 디칼코게나이드를 포함하는 광반도체 소자에 있어서, 엑스선을 가시광선 또는 적외선으로 변환하는 신틸레이터, 기판, 상기 기판과 신틸레이터 사이에 위치하여, 상기 신틸레이터로부터 방출되는 가시광선 또는 적외선을 감지하며, 제1 면 및 제2 면을 가지는 전이 금속 디칼코게나이드를 포함하는 감광층, 상기 감광층의 제1 면 상에 위치하여 전기적으로 연결되는 제1 전극, 상기 감광층의 제2 면 상에 위치하여 전기적으로 연결되는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 스위치 소자를 포함하고, 상기 감광층은, 상기 제1 면을 가지는 제1 전도성 층, 및 상기 제2 면을 가지는 제2 전도성 층을 포함하고, 상기 감광층은, 서로 다른 적어도 두 종류의 전이 금속 디칼코게나이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자를 개시하고 있다.As the field of application increases, research related to various optical semiconductor devices is being conducted. For example, in Korean Patent No. 10-1595429, in an optical semiconductor device containing a transition metal dichalcogenide, a scintillator that converts X-rays into visible or infrared rays, a substrate, and a substrate positioned between the substrate and the scintillator , a photosensitive layer comprising a transition metal dichalcogenide having a first surface and a second surface, detecting visible light or infrared radiation emitted from the scintillator, located on the first surface of the photosensitive layer and electrically connected a first electrode, a second electrode positioned on a second surface of the photosensitive layer and electrically connected thereto, and a switch element electrically connected to the first electrode, wherein the photosensitive layer has the first surface Disclosed is an optical semiconductor device comprising a first conductive layer and a second conductive layer having the second surface, wherein the photosensitive layer includes at least two different types of transition metal dichalcogenides. .
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 표면적이 증가된 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure having an increased surface area and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 소수성이 향상된 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure having improved hydrophobicity and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 광촉매로 이용 시, CO2 선택도가 향상된 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is, when used as a photocatalyst, to provide an oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure having improved CO 2 selectivity and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 공정 비용이 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 시간이 단축된 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure having a reduced manufacturing time and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 대량 생산이 용이한 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure that is easy to mass-produce and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention provides a method of manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법은, 금속 산화물 나노 섬유를 준비하는 단계, 상기 금속 산화물 나노 섬유가 제공된 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액을 열처리하여 상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면 상에 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트를 제조하고 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유 사이에 전이 금속 디칼코게나이드 응집체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the method for manufacturing the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure includes the steps of preparing a metal oxide nanofiber, heat-treating a transition metal dichalcogenide precursor solution provided with the metal oxide nanofiber to the metal It may include preparing a transition metal dichalcogenide nanosheet on the surface of the oxide nanofiber and preparing a transition metal dichalcogenide aggregate between the plurality of metal oxide nanofibers.
일 실시 예에 따르면, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액은, 전이 금속 소스, 용매, 및 환원제를 포함하고, 상기 전이 금속 소스의 몰 비율에 따라서, 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 표면적 및 소수성이 제어되는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the transition metal dichalcogenide precursor solution includes a transition metal source, a solvent, and a reducing agent, and according to the molar ratio of the transition metal source, the surface area of the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure and controlled hydrophobicity.
일 실시 예에 따르면, 상기 전이 금속 소스의 몰 비율이 증가할수록, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 표면의 소수성이 증가하는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, as the molar ratio of the transition metal source increases, the hydrophobicity of the surface of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure may include increasing.
일 실시 예에 따르면, 상기 전이 금속 소스의 몰 비율이 증가할수록, 상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면 상에 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트의 밀도가 증가하고, 상기 전이 금속 소스의 몰 비율이 증가할수록, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체가 증가하는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, as the molar ratio of the transition metal source increases, the density of the transition metal dichalcogenide nanosheet on the surface of the metal oxide nanofiber increases, and as the molar ratio of the transition metal source increases, the , it may include an increase in the transition metal dichalcogenide aggregates.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 나노 섬유를 준비하는 단계는, 금속 산화물 전구체 용액을 준비하는 단계, 상기 금속 산화물 전구체 용액을 전기 방사하여 예비 금속 산화물 나노 섬유를 제조 단계, 및 상기 예비 금속 산화물 나노 섬유를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the preparing of the metal oxide nanofiber may include preparing a metal oxide precursor solution, electrospinning the metal oxide precursor solution to prepare a preliminary metal oxide nanofiber, and the preliminary metal oxide nanofiber. It may include the step of heat-treating the fiber.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 금속 산화물 나노 섬유를 열처리하는 단계에서, 열처리 온도는, 500℃초과 600℃미만인 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, in the step of heat-treating the preliminary metal oxide nanofiber, the heat treatment temperature may include that of more than 500 ℃ and less than 600 ℃.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면 상에, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트가 제조되고, 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유 사이에, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체가 제조된 후, 상기 금속 산화물 나노 섬유, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트, 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체를 포함하는 용액을, 멤브레인에 제공하여 필터링하는 단계, 및 상기 멤브레인 상에 세척액을 제공하여, pH를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, on the surface of the metal oxide nanofiber, the transition metal dichalcogenide nanosheet is prepared, and between the plurality of metal oxide nanofibers, after the transition metal dichalcogenide aggregate is prepared, The metal oxide nanofiber, the transition metal dichalcogenide nanosheet, and the step of filtering a solution containing the transition metal dichalcogenide aggregate by providing a membrane, and providing a washing solution on the membrane, to control the pH It may further include the step of
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체를 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention provides a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종구조체는, 금속 산화물 나노 섬유, 상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면 상에 배치된 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트 및 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유 사이에 금속 디칼코게나이드 응집체가 제공된 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure is a metal oxide nanofiber, a transition metal dichalcogenide nanosheet disposed on the surface of the metal oxide nanofiber, and a plurality of the metal oxide nanofibers It may include those provided with metal dichalcogenide aggregates in between.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 나노 섬유는, 아나타제(anatase) 및 루타일(rutile) 결정구조를 갖고, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트는, 삼각기둥형 2H 및 팔면체형 1T 결정구조를 갖는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the metal oxide nanofibers have anatase and rutile crystal structures, and the transition metal dichalcogenide nanosheets have triangular 2H and octahedral 1T crystal structures. may include
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 나노 섬유는, 티타늄 산화물을 포함하고, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트는, 몰리브덴 셀렌화물을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the metal oxide nanofiber may include titanium oxide, and the transition metal dichalcogenide nanosheet may include molybdenum selenide.
일 실시 예에 따르면, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트 및 상기 금속 디칼코게나이드 응집체의 전이 금속 디칼코게나이드의 몰 비율이, 상기 금속 산화물 나노 섬유의 금속 산화물의 몰 비율 대비, 0.24 초과 0.74 미만인 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the molar ratio of the transition metal dichalcogenide of the transition metal dichalcogenide nanosheet and the metal dichalcogenide aggregate is greater than 0.24 and less than 0.74 compared to the molar ratio of the metal oxide of the metal oxide nanofiber may include
본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법은, 금속 산화물 나노 섬유를 준비하는 단계, 상기 금속 산화물 나노 섬유가 제공된 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액을 열처리하여 상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면 상에 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트를 제조하고 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유 사이에 전이 금속 디칼코게나이드 응집체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. The method of manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a metal oxide nanofiber, heat-treating a transition metal dichalcogenide precursor solution provided with the metal oxide nanofiber to the metal It may include preparing a transition metal dichalcogenide nanosheet on the surface of the oxide nanofiber and preparing a transition metal dichalcogenide aggregate between the plurality of metal oxide nanofibers.
상기 금속 산화물 나노 섬유가 제공된 상기 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액을 열처리하는 단계에서, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액은, 전이 금속 소스, 용매, 및 환원제를 포함할 수 있다. In the step of heat-treating the transition metal dichalcogenide precursor solution provided with the metal oxide nanofiber, the transition metal dichalcogenide precursor solution may include a transition metal source, a solvent, and a reducing agent.
그리고, 상기 전이 금속 소스의 몰 비율에 따라서, 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 표면적 및 소수성이 제어될 수 있다. In addition, the surface area and hydrophobicity of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure may be controlled according to the molar ratio of the transition metal source.
보다 구체적으로, 상기 전이 금속 소소의 몰 비율은, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체 내에 전이 금속 디칼코게나이드의 몰 비율이, 상기 금속 산화물 나노 섬유 내에 금속 산화물의 몰 비율 대비, 0.48이 되도록 제어될 수 있다. 이에 따라서, 상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면에, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트가, 균일하게 그리고 계층적으로 생성 및 성장될 수 있다. 이로 인해, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 표면적이 증가되고 소수성이 향상될 수 있다. 그리고, 상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면과 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트의 기저면 사이에 형성된 계면으로 인해, 전자가 용이하게 이동할 수 있는 통로가 형성될 수 있다.More specifically, the molar ratio of the transition metal element is, the molar ratio of the transition metal dichalcogenide in the transition metal dichalcogenide nanosheet and the transition metal dichalcogenide aggregate is the molar ratio of the metal oxide in the metal oxide nanofiber The ratio can be controlled to be 0.48. Accordingly, on the surface of the metal oxide nanofiber, the transition metal dichalcogenide nanosheet may be uniformly and hierarchically generated and grown. Due to this, the surface area of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure may be increased and hydrophobicity may be improved. And, due to the interface formed between the surface of the metal oxide nanofiber and the base surface of the transition metal dichalcogenide nanosheet, a passage through which electrons can easily move may be formed.
이에 따라서, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체를 광촉매로 이용하여, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체에 CO2를 제공하고 자외선 내지 적외선의 광을 조사하는 경우, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 내의 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트에, 상기 CO2가 용이하게 흡착되고, 상기 광에 의해 상기 CO2가 환원되어, CO 및 CH4가 용이하게 생성될 수 있다. 따라서, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 CO2 선택도가 향상될 수 있다.Accordingly, by using the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure as a photocatalyst, to provide CO 2 to the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure and irradiating ultraviolet to infrared light, the metal oxide / The transition metal dichalcogenide nanosheet in the transition metal dichalcogenide heterostructure, the CO 2 is easily adsorbed, the CO 2 is reduced by the light, CO and CH 4 can be easily generated . Accordingly, the CO 2 selectivity of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure may be improved.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법에 있어서 금속 산화물 나노 섬유를 준비하는 단계를 설명하기 위한 도면이다. 2 and 3 are views for explaining a step of preparing a metal oxide nanofiber in the method for manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법에 있어서 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트 및 전이 금속 디칼코게나이드 응집체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 4 is a view for explaining a method of manufacturing a transition metal dichalcogenide nanosheet and a transition metal dichalcogenide aggregate in a method of manufacturing a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법에 있어서 금속 산화물 나노 섬유, 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트, 및 전이 금속 디칼코게나이드 응집체를 포함하는 용액을 필터링하여 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a solution containing a metal oxide nanofiber, a transition metal dichalcogenide nanosheet, and a transition metal dichalcogenide aggregate in the method for manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention. It is a view for explaining a method of obtaining a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure by filtering.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 광촉매적 CO2 환원 과정을 설명하기 위한 도면이다. 6 is a view for explaining a photocatalytic CO 2 reduction process of a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention.
도 7을 본 발명의 실험 예들을 SEM 및 TEM으로 촬영한 이미지이다.7 is an image taken by SEM and TEM of the experimental examples of the present invention.
도 8은 본 발명의 실험 예들을 XRD diffraction으로 분석한 그래프이다.8 is a graph analyzed by XRD diffraction of experimental examples of the present invention.
도 9는 본 발명의 실험 예들을 TEM 및 Raman spectroscopy로 분석한 사진 및 그래프이다. 9 is a photograph and graph analyzed by TEM and Raman spectroscopy of experimental examples of the present invention.
도 10은 본 발명의 실험 예들을 XPS로 분석한 그래프이다. 10 is a graph in which experimental examples of the present invention are analyzed by XPS.
도 11은 본 발명의 실험 예들의 광촉매적 CO2 환원 특성을 측정한 그래프이다. 11 is a graph measuring the photocatalytic CO 2 reduction characteristics of the experimental examples of the present invention.
도 12는 본 발명의 실험 예들의 광흡수도 및 밴드갭을 측정한 그래프이다. 12 is a graph of measuring light absorption and band gap of experimental examples of the present invention.
도 13은 본 발명의 실험 예들의 표면 구조 및 기체의 흡착/탈착 특성을 측정한 그래프이다.13 is a graph measuring the surface structure and adsorption/desorption characteristics of gas in experimental examples of the present invention.
도 14는 본 발명의 실험 예들의 표면 특성을 측정한 그래프이다.14 is a graph of measuring the surface properties of the experimental examples of the present invention.
도 15는 본 발명의 실험 예들에 따른 TiO2 나노 섬유의 SEM 이미지이다. 15 is an SEM image of TiO 2 nanofibers according to experimental examples of the present invention.
도 16은 본 발명의 실험 예들에 따른 TiO2 나노 섬유의 XRD diffraction 그래프이다. 16 is an XRD diffraction graph of TiO 2 nanofibers according to experimental examples of the present invention.
도 17은 본 발명의 실험 예들에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체 제조 시 TiO2/MoSe2의 획득 과정을 비교 설명하기 위한 SEM 이미지이다. FIG. 17 is an SEM image for comparatively explaining a process of obtaining TiO 2 /MoSe 2 when manufacturing a TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to experimental examples of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for effective description of technical contents.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성 요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. In addition, in this specification, 'and/or' is used in the sense of including at least one of the components listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, element, or a combination thereof described in the specification exists, and one or more other features, numbers, steps, or configurations It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법에 있어서 금속 산화물 나노 섬유를 준비하는 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법에 있어서 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트 및 전이 금속 디칼코게나이드 응집체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법에 있어서 금속 산화물 나노 섬유, 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트, 및 전이 금속 디칼코게나이드 응집체를 포함하는 용액을 필터링하여 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are metal oxide/transition metal dichalcogen according to an embodiment of the present invention It is a view for explaining the step of preparing a metal oxide nanofiber in the manufacturing method of the nide heterostructure, Figure 4 is a transition metal in the manufacturing method of the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention It is a view for explaining a method for manufacturing a dichalcogenide nanosheet and a transition metal dichalcogenide aggregate, and FIG. 5 is a metal oxide in a method for manufacturing a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention It is a view for explaining a method of obtaining a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure by filtering a solution containing nanofibers, transition metal dichalcogenide nanosheets, and transition metal dichalcogenide aggregates.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 금속 산화물 전구체 용액(110)을 전기 방사하고 열처리하여 금속 산화물 나노 섬유(100)가 준비된다(S110).1 to 3 , the metal oxide nanofiber 100 is prepared by electrospinning and heat treating the metal oxide precursor solution 110 ( S110 ).
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 전구체 용액(110)은, 금속 산화물 소스, 바인더, 및 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물 소스는, 티타늄 산화물일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 금속 산화물 소스는, 티타늄 뷰톡사이드(titanium butoxide)일 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더는, 폴리비닐피로리돈(polyvinylpolypyrrolidone)일 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는, 에탄올 또는 아세틸아세톤(acetylacetone) 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다.According to an embodiment, the metal oxide precursor solution 110 may include a metal oxide source, a binder, and a solvent. For example, the metal oxide source may be titanium oxide. As a specific example, the metal oxide source may be titanium butoxide. For example, the binder may be polyvinylpolypyrrolidone. For example, the solvent may be at least one of ethanol and acetylacetone.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 전구체 용액(100)을 전기 방사 장치에 제공하고 전기 방사하여, 예비 금속 산화물 나노 섬유(120)가 제조될 수 있다. 그리고, 상기 예비 금속 산화물 나노 섬유(120)를, 500℃ 초과 600℃ 미만의 온도로 열처리하여 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)가 제조될 수 있다. 이에 따라서, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)는, 아나타제(anatase) 및 루타일(rutile) 결정 구조를 가질 수 있다.According to an embodiment, the preliminary metal oxide nanofiber 120 may be manufactured by providing the metal oxide precursor solution 100 to an electrospinning apparatus and performing electrospinning. In addition, the metal oxide nanofiber 100 may be manufactured by heat-treating the preliminary metal oxide nanofiber 120 at a temperature of more than 500° C. and less than 600° C. Accordingly, the metal oxide nanofiber 100 may have an anatase and rutile crystal structure.
이와 달리, 상기 예비 금속 산화물 나노 섬유(120)를 500℃ 이하에서 열처리한 경우, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)는, 아나타제 결정 구조를 가질 수 있다. On the other hand, when the preliminary metal oxide nanofiber 120 is heat-treated at 500° C. or less, the metal oxide nanofiber 100 may have an anatase crystal structure.
그리고, 상기 예비 금속 산화물 나노 섬유(120)를 600℃ 이상에서 열처리한 경우, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)는 루타일 결정 구조를 가질 수 있다.In addition, when the preliminary metal oxide nanofiber 120 is heat-treated at 600° C. or higher, the metal oxide nanofiber 100 may have a rutile crystal structure.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 예비 금속 산화물 나노 섬유(120)의 열처리 온도는, 500℃ 초과 600℃ 미만으로 제어될 수 있다. 이에 따라서, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)는, 아나타제 및 루타일 결정 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, CO2 선택도가 향상되고, 광 촉매 특성이 향상될 수 있다.However, according to an embodiment of the present invention, as described above, the heat treatment temperature of the preliminary metal oxide nanofiber 120 may be controlled to be more than 500 ℃ and less than 600 ℃. Accordingly, the metal oxide nanofiber 100 may have an anatase and rutile crystal structure. Accordingly, CO 2 selectivity may be improved, and photocatalytic properties may be improved.
일 변형 예에 따르면, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)는 도핑 금속으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑 금속은, Cu, Ni, Mn 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one modification, the metal oxide nanofiber 100 may be doped with a doping metal. For example, the doping metal may include at least one of Cu, Ni, and Mn.
상술된 일 변형 예에 따라 상기 도핑 금속이 도핑된 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 제조 방법은, 상기 금속 산화물 전구체 용액(110)에 상기 도핑 금속을 포함하는 도핑 금속 전구체를 첨가하고, 상기 도핑 금속 전구체가 첨가된 상기 금속 산화물 전구체 용액(110)을 전기 방사하고 열처리하는 방법으로 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 산화물 소스(예를 들어 티타늄 뷰톡사이드) 및 에탄올을 혼합하고, 상기 도핑 금속 전구체를 첨가하고, 상기 바인더(예를 들어 폴리비닐피로리돈) 및 상기 용매(예를 들어, 아세틸아세톤)을 차례로 첨가하여, 상기 도핑 금속 전구체가 첨가된 상기 금속 산화물 전구체 용액(110)이 제조될 수 있다. In the method of manufacturing the metal oxide nanofiber 100 doped with the doping metal according to the above-described modification example, a doping metal precursor including the doping metal is added to the metal oxide precursor solution 110, and the doping It may be prepared by electrospinning and heat-treating the metal oxide precursor solution 110 to which the metal precursor is added. Specifically, the metal oxide source (eg titanium butoxide) and ethanol are mixed, the doping metal precursor is added, the binder (eg polyvinylpyrrolidone) and the solvent (eg acetylacetone) ), the metal oxide precursor solution 110 to which the doped metal precursor is added may be prepared.
이 경우, 상기 도핑 금속 전구체는, 상기 도핑 금속 아세테이트(acetate)일 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑 금속 전구체는, Copper acetate hydrate, Ni acetate tetrahydrate일 수 있다. 이와 같이, 상기 도핑 금속 전구체는 아세테이트를 포함할 수 있고, 이로 인해 알코올(예를 들어, 에탄올 등)에 용이하게 용해되어, 결정체 생성이 방지될 수 있다. In this case, the doped metal precursor may be the doped metal acetate. For example, the doping metal precursor may be copper acetate hydrate or Ni acetate tetrahydrate. As such, the doping metal precursor may include acetate, which may be easily dissolved in alcohol (eg, ethanol, etc.), thereby preventing the formation of crystals.
또한, 상기 도핑 금속의 도핑에 의해 electronic 및 bandgap이 제공되어, 이산화탄소 광환원 특성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑 금속이 Cu를 포함하는 경우, 선택적으로 CH4 생산이 가능할 수 있다.In addition, electronic and bandgap are provided by the doping of the doping metal, and carbon dioxide light reduction characteristics may be improved. For example, when the doping metal includes Cu, CH 4 production may be selectively possible.
상기 금속 산화물 나노 섬유(100)에 광이 조사되는 경우, 전자가 생성하는 지지체의 기능을 수행할 수 있다. 다시 말하면, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 밴드갭 구조상태에서 가전도대가 가장 negative하기 때문에, 전자와 정공이 먼저 생성되어 이동할 수 있다. 더불어, 상기 금속 산화물 나오 섬유(100)와 후술되는 전이금속 디칼코게나이드에 의해 밴드갭이 확장되어, 더 많은 광이 흡수될 수 있다.When light is irradiated to the metal oxide nanofiber 100 , electrons may function as a support. In other words, since the valence band is the most negative in the bandgap structure state of the metal oxide nanofiber 100, electrons and holes are first generated and moved. In addition, the band gap is extended by the metal oxide nao fiber 100 and the transition metal dichalcogenide to be described later, so that more light can be absorbed.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100) 제공된 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액(210)을 열처리하여, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면 상에, 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)가 제조되고, 복수의 금속 산화물 나노 섬유(100) 사이에, 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(210)가 제조된다(S120).1 and 4, by heat-treating the transition metal dichalcogenide precursor solution 210 provided in the metal oxide nanofiber 100, on the surface of the metal oxide nanofiber 100, transition metal dichalcogenide The nanosheet 200 is manufactured, and between the plurality of metal oxide nanofibers 100 , a transition metal dichalcogenide aggregate 210 is prepared ( S120 ).
일 실시 예에 따르면 상기 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액(210)은, 전이 금속 소스, 용매, 및 환원제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전이 금속 소스는, 몰리브덴 셀렌화물일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 전이 금속 소스는, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4) 또는 셀레늄(Se) 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는, 증류수 또는 에탄올 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 환원제는, 수소화붕소나트륨(NaBH4)일 수 있다.According to an embodiment, the transition metal dichalcogenide precursor solution 210 may include a transition metal source, a solvent, and a reducing agent. For example, the transition metal source may be molybdenum selenide. As a specific example, the transition metal source may be at least one of sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ) and selenium (Se). For example, the solvent may be at least one of distilled water and ethanol. For example, the reducing agent may be sodium borohydride (NaBH 4 ).
일 실시 예에 따르면, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액(210)에, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)을 제공하고, 용매열 방법(solvothermal method)으로 열처리하여, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면 상에, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)가 제조될 수 있다. 이에 따라서, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)는, 삼각기둥형 2H 및 팔면체형 1T 결정 구조를 가질 수 있다. 이로 인해, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)는, 전기 전도성을 갖고, 자외선 내지 적외선 영역에서 광흡수성을 가질 수 있다. 그리고, 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유(100) 사이에, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)가 제조될 수 있다. 예를 들어, 열처리 온도는, 200℃일 수 있다. 예를 들어, 열처리 시간은 48시간일 수 있다.According to one embodiment, the metal oxide nanofiber 100 is provided to the transition metal dichalcogenide precursor solution 210, and heat-treated by a solvothermal method, the metal oxide nanofiber 100 On the surface of the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 may be prepared. Accordingly, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 may have a triangular prism 2H and an octahedral 1T crystal structure. For this reason, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 may have electrical conductivity and light absorption in the ultraviolet to infrared region. And, between the plurality of the metal oxide nanofibers 100, the transition metal dichalcogenide aggregate 220 may be prepared. For example, the heat treatment temperature may be 200 ℃. For example, the heat treatment time may be 48 hours.
이에 따라서, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면 상의 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200), 및 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유(100) 사이에 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)를 갖는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이중 구조체(300)를 포함하는 용액이 제조될 수 있다.Accordingly, the transition metal dichalcogenide aggregate 220 between the transition metal dichalcogenide nanosheet 200, and the plurality of metal oxide nanofibers 100 on the surface of the metal oxide nanofiber 100. A solution including a metal oxide/transition metal dichalcogenide double structure 300 having a solution may be prepared.
일 실시 예에 따르면, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액(210) 내에, 상기 전이 금속 소스의 몰 비율에 따라서, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면 상에, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 시트(200)의 밀도가 제어될 수 있다. 상기 전이 금속 소스의 몰 비율이 증가할수록, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면 상에, 생성되는 상기 전이 금속 디칼코게나이드 시트(200)의 밀도가 증가될 수 있다. 이로 인해, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이중 구조체(300)의 표면적이 증가되고 소수성이 향상될 수 있다. 다시 말하면, 상기 전이 금속 소스의 몰 비율에 따라서, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이중 구조체(300)의 표면적 및 소수성이 제어될 수 있다. 이와 달리, 상기 전이 금속 소스의 몰 비율이 감소할수록, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면 상에, 생성되는 상기 전이 금속 디칼코게나이드 시트(200)의 밀도가 감소될 수 있다. 이로 인해, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이중 구조체(300)의 표면적이 감소되고 소수성이 저하될 수 있다. According to one embodiment, in the transition metal dichalcogenide precursor solution 210, according to the molar ratio of the transition metal source, on the surface of the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide sheet ( 200) can be controlled. As the molar ratio of the transition metal source increases, the density of the transition metal dichalcogenide sheet 200 generated on the surface of the metal oxide nanofiber 100 may increase. Due to this, the surface area of the metal oxide/transition metal dichalcogenide double structure 300 may be increased and hydrophobicity may be improved. In other words, the surface area and hydrophobicity of the metal oxide/transition metal dichalcogenide dual structure 300 may be controlled according to the molar ratio of the transition metal source. In contrast, as the molar ratio of the transition metal source decreases, the density of the transition metal dichalcogenide sheet 200 generated on the surface of the metal oxide nanofiber 100 may decrease. Due to this, the surface area of the metal oxide/transition metal dichalcogenide double structure 300 may be reduced and hydrophobicity may be reduced.
그리고, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액(210) 내에 상기 전이 금속 소스의 몰 비율에 따라서, 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유(100) 사이에 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)의 양이 제어될 수 있다. 상기 전이 금속 소스의 몰 비율이 증가할수록, 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유(100) 사이에, 생성되는 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)의 양이 증가될 수 있다. 상기 전이 금속 소스의 몰 비율이 감소할수록, 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유(100) 사이에, 생성되는 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)의 양이 감소될 수 있다.And, according to the molar ratio of the transition metal source in the transition metal dichalcogenide precursor solution 210, the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 between the plurality of metal oxide nanofibers 100 is controlled can be As the molar ratio of the transition metal source increases, the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 generated between the plurality of metal oxide nanofibers 100 may increase. As the molar ratio of the transition metal source decreases, the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 generated between the plurality of metal oxide nanofibers 100 may be reduced.
따라서, 상기 전이 금속 소스의 몰 비율을 제어하여, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100) 상에 생성되는 상기 전이 금속 디칼코게나이드 시트(200)의 밀도 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)의 양이 제어될 뿐만 아니라, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이중 구조체(300)의 표면적 및 소수성이 제어될 수 있다.Therefore, by controlling the molar ratio of the transition metal source, the density of the transition metal dichalcogenide sheet 200 generated on the metal oxide nanofiber 100 and the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 In addition to this control, the surface area and hydrophobicity of the metal oxide/transition metal dichalcogenide double structure 300 may be controlled.
보다 구체적으로, 상기 전이 금속 소스의 몰 비율은, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200) 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220) 내에 전이 금속 디칼코게나이드의 몰 비율이, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100) 내에 금속 산화물의 몰 비율 대비, 0.24 초과 0.74 미만이 되도록 제어될 수 있다.More specifically, the molar ratio of the transition metal source is, the molar ratio of the transition metal dichalcogenide in the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 and the transition metal dichalcogenide aggregate 220 is the metal oxide nano The molar ratio of the metal oxide in the fiber 100 may be controlled to be greater than 0.24 and less than 0.74.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전이 금속 소소의 몰 비율은, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200) 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220) 내에 상기 전이 금속 디칼코게나이드의 몰 비율이, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100) 내에 상기 금속 산화물의 몰 비율 대비, 0.48이 되도록 제어될 수 있다. 이에 따라서, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면에, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)가, 균일하게 그리고 계층적으로 생성 및 성장될 수 있다. 이로 인해, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)의 표면적이 증가되고 소수성이 향상될 수 있다. 이에 따라서, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)에 CO2 기체를 제공하여 광촉매로 이용하는 경우, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)의 상기 CO2의 선택도가 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the molar ratio of the transition metal element is, the molar ratio of the transition metal dichalcogenide in the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 and the transition metal dichalcogenide aggregate 220 is , compared to the molar ratio of the metal oxide in the metal oxide nanofiber 100, it may be controlled to be 0.48. Accordingly, on the surface of the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 may be uniformly and hierarchically generated and grown. Due to this, the surface area of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be increased and hydrophobicity may be improved. Accordingly, by providing CO 2 gas to the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300 When used as a photocatalyst, the selectivity of the CO 2 of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be improved.
도 1 및 도 5를 참조하면, 상술된 바와 같이, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이중 구조체(300)를 포함하는 상기 용액을 필터링하여 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)가 획득된다.1 and 5, as described above, by filtering the solution containing the metal oxide / transition metal dichalcogenide double structure 300, the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300 is obtained
일 실시 예에 따르면, 상기 용액을 멤브레인에 제공하고 필터링하여, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100), 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200), 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)가 필터링될 수 있다. 그리고, 상기 멤브레인 상에, 세척액을 제공하여 pH를 제어함과 동시에 상기 금속 산화물 나노 섬유(100), 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200), 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)가 세척될 수 있다. 구체적으로, 상기 세척액은, 제공된 상기 세척액의 pH가 7이 될 때까지 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 세척액은, 증류수 또는 에탄올 중에서 적어도 어느 하나일 수 있다. According to an embodiment, by providing the solution to the membrane and filtering, the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200, and the transition metal dichalcogenide aggregate 220 are filtered can be And, on the membrane, while controlling the pH by providing a cleaning solution, the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200, and the transition metal dichalcogenide aggregate 220 are can be washed. Specifically, the washing solution may be provided until the pH of the provided washing solution becomes 7. For example, the washing solution may be at least one of distilled water and ethanol.
그리고, 상기 세척액의 pH를 제어한 후, 상기 세척액과 상기 금속 산화물 나노 섬유(100), 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200), 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)를 분리하고 건조하여, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)가 획득될 수 있다.Then, after controlling the pH of the washing solution, the washing solution and the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200, and the transition metal dichalcogenide aggregate 220 are separated and dried Thus, the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be obtained.
이와 달리, 상기 용액을 원심분리기를 이용하여 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)를 분리하고, 상기 세척액으로 세척하여 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)를 획득하는 경우, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300) 내에 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)가 파손될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300) 내에 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)의 양이 증가될 수 있다.In contrast, the solution is separated by using a centrifuge to separate the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300, and by washing with the washing solution to obtain the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300 In this case, the metal oxide nanofibers 100 in the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be damaged. In addition, the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 in the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be increased.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 용액을 상기 멤브레인에 제공하고 필터링하고, 상기 멤브레인에 상에 상기 세척액을 제공하여 pH를 제어하면서 세척하고 건조하여, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)가 획득될 수 있다. 이에 따라서, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300) 내에 상기 금속 산화물 섬유(100)의 파손이 방지되고, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220)의 양이 증가하는 것이 방지될 수 있다.However, according to an embodiment of the present invention, as described above, the solution is provided to the membrane and filtered, and the washing solution is provided on the membrane to wash and dry while controlling the pH, so that the metal oxide/transition A metal dichalcogenide heterostructure 300 may be obtained. Accordingly, damage to the metal oxide fiber 100 in the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 is prevented, and the amount of the transition metal dichalcogenide aggregate 220 can be prevented from increasing have.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)는, 상술된 바와 같이, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체(220) 내에 상기 전이 금속 디칼코게나이드의 몰 비율이, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100) 내에 상기 금속 산화물의 몰 비율 대비, 0.48이 되도록, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액(210) 내의 상기 전이 금속 소소의 몰 비율이 제어될 수 있다. 이에 따라서, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면에, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)가, 균일하게 그리고 계층적으로 생성 및 성장하여 제조될 수 있다. 이로 인해, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)의 표면적이 증가되고 소수성이 향상될 수 있다. 그리고, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300) 내에, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)의 기저면 사이에, 계면이 형성될 수 있다. 이에 따라서, 상기 계면이 저항을 감소시켜 전자가 용이하게 이동할 수 있는 통로가 형성될 수 있다.The metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300 according to an embodiment of the present invention, as described above, the molar ratio of the transition metal dichalcogenide in the transition metal dichalcogenide aggregate 220 is, Compared to the molar ratio of the metal oxide in the metal oxide nanofiber 100, the molar ratio of the transition metal element in the transition metal dichalcogenide precursor solution 210 may be controlled to be 0.48. Accordingly, on the surface of the metal oxide nanofiber 100, the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 may be produced and grown uniformly and hierarchically. Due to this, the surface area of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 may be increased and hydrophobicity may be improved. And, in the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300, between the surface of the metal oxide nanofiber 100 and the base surface of the transition metal dichalcogenide nanosheet 200, an interface may be formed have. Accordingly, a path through which electrons can easily move can be formed by reducing the resistance of the interface.
상술된 본 발명의 실시 예에 따른 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체는, 광촉매로 이용될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 광촉매적 CO2 환원 과정이 설명된다. The metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to the embodiment of the present invention described above may be used as a photocatalyst. Hereinafter, a photocatalytic CO 2 reduction process of the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 .
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 광촉매적 CO2 환원 과정을 설명하기 위한 도면이다. 6 is a view for explaining a photocatalytic CO 2 reduction process of a metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 도 1 내지 도 5에서 설명된 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)가 제공된다. 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300)는, 금속 산화물 나노 섬유(100) 및 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면 상에, 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)의 표면 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)의 기저면 사이에, 전자가 용이하게 이동할 수 있는 계면을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructure 300 described in FIGS. 1 to 5 is provided. The metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure 300, on the surface of the metal oxide nanofiber 100 and the metal oxide nanofiber 100, a transition metal dichalcogenide nanosheet 200. can And, between the surface of the metal oxide nanofiber 100 and the base surface of the transition metal dichalcogenide nanosheet 200, an interface through which electrons can easily move may be included.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(300, 이하 광촉매)에 TEOA 용액, CO2, 및 H2O가 제공되고 광(자외선 내지 적외선)이 조사되는 경우, 상기 광촉매의 표면 특성으로 인해, 상기 CO2가 상기 광촉매 내에 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)에 용이하게 흡착될 수 있다. 그리고, 상기 광촉매는, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)에 의해, 용이하게 상기 광을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 상기 광촉매 내에 상기 계면에서, 일부 전자 및 홀이 용이하게 재결합되고, 나머지 전자 및 홀은 각각, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200) 및 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)로 용이하게 이동될 수 있다. As shown in Figure 6, the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure (300, hereinafter photocatalyst) is provided with a TEOA solution, CO 2 , and H 2 O When light (ultraviolet rays to infrared rays) is irradiated, Due to the surface properties of the photocatalyst, the CO 2 may be easily adsorbed to the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 in the photocatalyst. And, the photocatalyst may easily absorb the light by the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 . Accordingly, at the interface in the photocatalyst, some electrons and holes are easily recombined, and the remaining electrons and holes are easily converted into the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 and the metal oxide nanofiber 100, respectively. can be moved
보다 구체적으로, 상기 전자는, 상기 계면을 통해, 용이하게 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(200)로 이동될 수 있다. 이로 인해, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트에 흡착된 상기 CO2와 반응하여, 상기 CO2가 환원되어, CO 및 CH4가 용이하게 생성될 수 있다. 따라서, 상기 광촉매의 CO2 선택도가 향상될 수 있다. 그리고, 상기 홀은, 상기 상기 금속 산화물 나노 섬유(100)로 이동될 수 있다. 이로 인해, 상기 TEOA 용액을 산화시켜, 상기 TEOA 용액이 TEOA+으로 이온화될 수 있다.More specifically, the electrons may be easily moved to the transition metal dichalcogenide nanosheet 200 through the interface. Due to this, by reacting with the CO 2 adsorbed on the transition metal dichalcogenide nanosheets, the CO 2 is reduced, CO and CH 4 can be easily generated. Accordingly, the CO 2 selectivity of the photocatalyst may be improved. In addition, the hole may be moved to the metal oxide nanofiber 100 . Due to this, the TEOA solution may be oxidized, and the TEOA solution may be ionized into TEOA + .
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 금속 산화물 나노 섬유, 및 전이 금속 디칼고케나이드 나노 시트, 및 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 구체적인 실험 예 및 특성평가가 설명된다.Hereinafter, specific experimental examples and characteristic evaluation of metal oxide nanofibers, and transition metal dichalgokenide nanosheets, and metal oxide/transition metal dichalcogenide heterostructures according to an embodiment of the present invention will be described.
실험 예 1에 따른 금속 산화물 나노 섬유(TiOMetal oxide nanofibers according to Experimental Example 1 (TiO 22 나노 섬유)의 제조 방법 Nanofiber) manufacturing method
TiO2 전구체로 티타늄 뷰톡사이드(titanium butoxide), 바인더로 폴리비닐피로리돈(polyvinylpolypyrrolidone), 용매로 에탄올 및 아세틸아세톤(acetylacetone)을 준비하였다. TiO 2 As a precursor, titanium butoxide, polyvinylpolypyrrolidone as a binder, and ethanol and acetylacetone as a solvent were prepared.
상기 에탄올에 상기 티타늄 뷰톡사이드를 제공하고 교반하여 혼합 용액을 제조하였다. 그리고, 상기 혼합 용액에 상기 폴리비닐피로리돈을 상기 혼합 용액 대비 8wt%를 제공하고 12시간 교반하고, 상기 아세틸아세톤을 제공하고 1시간 교반하여 TiO2 전구체 용액을 제조하였다.The titanium butoxide was provided in the ethanol and stirred to prepare a mixed solution. Then, 8wt% of the polyvinylpyrrolidone was provided in the mixed solution compared to the mixed solution and stirred for 12 hours, and the acetylacetone was provided and stirred for 1 hour to prepare a TiO 2 precursor solution.
상기 TiO2 전구체 용액을 전기 방사 장치의 주사기 바늘(25 gauge needle)에 제공하고, 하기 <표 1>의 공정 조건으로, 상기 TiO2 전구체 용액을 전기 방사하여 예비 TiO2 나노 섬유를 제조하였다.The TiO 2 precursor solution was provided to a 25 gauge needle of the electrospinning device, and the TiO 2 precursor solution was electrospun under the process conditions of <Table 1> to prepare a preliminary TiO 2 nanofiber.
구 분division 공정 조건process conditions
DC voltageDC voltage 20kV20kV
Feed rateFeed rate 10uL/min10uL/min
HumidityHumidity 15%15%
주사기 바늘 및 컬렉터(collector)사이의 거리Distance between syringe needle and collector 110mm110mm
건조 조건dry conditions 방사된 나노섬유는 박스오븐에서 60℃, 2시간 건조The spun nanofibers are dried in a box oven at 60°C for 2 hours.
상기 예비 TiO2 나노 섬유를, 산소 분위기의 박스 퍼니스(box furnace)에 제공하고, 550℃(승온 속도: 5℃/min)에서 2시간 열처리하여, TiO2 나노 섬유를 제조하였다.The preliminary TiO 2 nanofibers were provided in a box furnace in an oxygen atmosphere, and heat-treated at 550° C. (temperature increase rate: 5° C./min) for 2 hours to prepare TiO 2 nanofibers.
실험 예 2 내지 실험 예 4에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체(TiOMetal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure (TiO) according to Experimental Examples 2 to 4 22 /MoSe/MoSe 22 이종 구조체)의 제조 방법heterogeneous structure) manufacturing method
MoSe2 소스로 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4) 및 셀레늄(Se), 용매로 증류수 및 에탄올, 환원제로 수소화붕소나트륨(NaBH4), 금속 산화물 나노 섬유로 실험 예 1에 따른 TiO2 나노 섬유를 준비하였다. MoSe 2 Sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ) and selenium (Se) as a source, distilled water and ethanol as a solvent, sodium borohydride (NaBH 4 ) as a reducing agent, TiO 2 nanofiber according to Experimental Example 1 as a metal oxide nanofiber prepared.
상기 증류수 및 에탄올을 1:1 비율로 혼합한 혼합 용매에, 상기 몰리브덴산 나트륨을 60mL 제공하고, 상기 셀레늄을 더 제공하고 30분 동안 교반하였다. 그리고, 상기 수소화붕소나트륨을 제공하고 30분 동안 교반하여 MoSe2 전구체 용액을 제조하였다. (실험 예 2 내지 실험 예 4에 따른 상기 MoSe2 전구체 용액은, 하기 <표 2>와 같이, 상기 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4), 상기 셀레늄(Se), 및 상기 수소화붕소나트륨(NaBH4)의 몰 수의 차이만 있다.)In a mixed solvent in which distilled water and ethanol were mixed in a 1:1 ratio, 60 mL of the sodium molybdate was provided, and the selenium was further provided and stirred for 30 minutes. Then, the sodium borohydride was provided and stirred for 30 minutes to prepare a MoSe 2 precursor solution. (The MoSe 2 precursor solutions according to Experimental Examples 2 to 4 are, as shown in Table 2 below, the sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ), the selenium (Se), and the sodium borohydride (NaBH 4 ) ) differs only in the number of moles.)
구분division 몰리브덴산나트륨
(Na2MoO4)
Sodium Molybdate
(Na 2 MoO 4 )
셀레늄
(Se)
selenium
(Se)
수소화붕소나트륨
(NaBH4)
Sodium borohydride
(NaBH 4 )
실험 예 2Experimental Example 2 1.7 mmol1.7 mmol 3.4 mmol3.4 mmol 1.7 mmol1.7 mmol
실험 예 3Experimental Example 3 2.6 mmol2.6 mmol 5.1 mmol5.1 mmol 2.6 mmol2.6 mmol
실험 예 4Experimental Example 4 5.1 mmol5.1 mmol 10.2 mmol10.2 mmol 5.1 mmol5.1 mmol
그리고, 상기 MoSe2 전구체 용액에, 상기 TiO2 나노 섬유를 제공하고 교반없이 1시간 동안 방치한 후, 용매열 방법(solvothermal method)으로 200℃에서 48시간 열처리하여, 상기 TiO2 나노 섬유의 표면 상에, MoSe2 나노 시트를 생성하고 성장시켰다.그리고, 상기 TiO2 나노 섬유 및 상기 MoSe2 나노 시트 용액을, 멤브레인 필터를 이용하여 필터링하고, 증류수 및 에탄올을 이용하여 pH가 7이 될 때까지 세척하고, 오븐에서 60℃로 2시간 건조하여, TiO2/ MoSe2 이종 구조체를 제조하였다. (실험 예 2 내지 실험 예 4에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체는, 실험 예 2 내지 실험 예 4에 따른 MoSe2 전구체 용액을 이용한 것을 제외하고, 모두 동일한 방법으로 제조되었다.)And, in the MoSe 2 precursor solution, the TiO 2 nanofiber is provided and left for 1 hour without stirring, and then heat-treated at 200° C. for 48 hours by a solvothermal method, on the surface of the TiO 2 nanofiber , MoSe 2 nanosheets were produced and grown. Then, the TiO 2 nanofibers and the MoSe 2 nanosheet solution were filtered using a membrane filter and washed with distilled water and ethanol until the pH reached 7 and dried in an oven at 60° C. for 2 hours to prepare a TiO 2 / MoSe 2 heterostructure. (TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Examples 2 to 4, except that the MoSe 2 precursor solution according to Experimental Examples 2 to 4 was used, all were prepared in the same manner.)
실험 예 5에 따른 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트(MoSeTransition metal dichalcogenide nanosheets according to Experimental Example 5 (MoSe 22 나노 시트)의 제조 방법 Nanosheet) manufacturing method
실험 예 3에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체의 제조 방법에서, 실험 예 3에 따른 MoSe2 전구체 용액에, 실험 예 1에 따른 TiO2 나노 섬유를 제공하지 않는 것을 제외하고, 실험 예 3과 동일한 방법으로, 실험 예 5에 따른 MoSe2 나노 시트를 제조하였다.In the manufacturing method of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3, the TiO 2 nanofiber according to Experimental Example 1 is not provided in the MoSe 2 precursor solution according to Experimental Example 3, except that the same as in Experimental Example 3 As a method, MoSe 2 nanosheets according to Experimental Example 5 were prepared.
구분division TiO2 : MoSe2
molar ratio
TiO 2 : MoSe 2
molar ratio
MoSe2 전구체 용액MoSe 2 precursor solution TiO2
나노 섬유
TiO 2
nanofiber
몰리브덴산나트륨
(Na2MoO4)
Sodium Molybdate
(Na 2 MoO 4 )
셀레늄
(Se)
selenium
(Se)
수소화붕소나트륨
(NaBH4)
Sodium borohydride
(NaBH 4 )
실험 예 1Experimental Example 1 1:01:0 -- 60 mg60 mg
실험 예 2Experimental Example 2 1:0.251:0.25 1.7 mmol1.7 mmol 3.4 mmol3.4 mmol 1.7 mmol1.7 mmol 60 mg60 mg
실험 예 3Experimental Example 3 1:0.481:0.48 2.6 mmol2.6 mmol 5.1 mmol5.1 mmol 2.6 mmol2.6 mmol 60 mg60 mg
실험 예 4Experimental Example 4 1:0.741:0.74 5.1 mmol5.1 mmol 10.2 mmol10.2 mmol 5.1 mmol5.1 mmol 60 mg60 mg
실험 예 5Experimental Example 5 0:10:1 2.6 mmol2.6 mmol 5.1 mmol5.1 mmol 2.6 mmol2.6 mmol --
도 7을 본 발명의 실험 예들을 SEM 및 TEM으로 촬영한 이미지이다.7 is an image taken by SEM and TEM of the experimental examples of the present invention.
도 7을 참조하면, 실험 예 1에 따른 TiO2 나노 섬유, 실험 예 2 내지 실험 예 4에 따른 TiO2/ MoSe2 이종 구조체, 실험 예 5에 따른 MoSe2 나노 시트를 SEM 및 TEM으로 촬영하였다. 도 7의 왼쪽 사진들은 실험 예들을 SEM으로 촬영한 이미지이고, 오른쪽 사진들은 실험 예들을 TEM으로 촬영한 이미지이다.Referring to FIG. 7 , TiO 2 nanofibers according to Experimental Example 1, TiO 2 / MoSe 2 heterostructures according to Experimental Examples 2 to 4, and MoSe 2 nanosheets according to Experimental Example 5 were photographed by SEM and TEM. The pictures on the left of FIG. 7 are images taken by SEM of the experimental examples, and the pictures on the right are images taken by the TEM of the experimental examples.
도 7 및 <표 3>에서 알 수 있듯이, 실험 예 2 내지 실험 예 4에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체 제조 시, MoSe2 전구체 용액 내에, MoSe2 소스(몰리브덴산나트륨, 셀레늄)의 몰 비율이 증가할수록, TiO2 나노 섬유의 표면 상에 생성되는 MoSe2 나노 시트의 밀도가 증가되는 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 복수의 상기 TiO2 나노 섬유의 표면 상에 생성되는 MoSe2 응집체도 증가되는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 MoSe2 소스의 몰 비율이 증가하는, 실험 예 2, 실험 예 3, 실험 예 4 순서로, 상기 TiO2 나노 섬유의 표면 상에 상기 MoSe2 나노 시트의 밀도가 증가하고, 상기 TiO2 나노 섬유 사이에 상기 MoSe2 응집체가 증가하는 것을 알 수 있다.As can be seen in FIGS. 7 and <Table 3>, when the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure was prepared according to Experimental Examples 2 to 4, in the MoSe 2 precursor solution, MoSe 2 Source (sodium molybdate, selenium) molar As the ratio increases, it can be seen that the density of the MoSe 2 nanosheets generated on the surface of the TiO 2 nanofibers increases. In addition, it can be seen that the MoSe 2 aggregates generated on the surface of the plurality of TiO 2 nanofibers are also increased. That is, in the order of Experimental Example 2, Experimental Example 3, and Experimental Example 4 in which the molar ratio of the MoSe 2 source increases, the density of the MoSe 2 nanosheet on the surface of the TiO 2 nanofiber increases, and the TiO 2 It can be seen that the MoSe 2 aggregates increase between the nanofibers.
결론적으로, 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체의 제조 과정에서, 상기 MoSe2 전구체 용액 내에 상기 MoSe2 소스의 몰 비율을 제어하여, 상기 TiO2 나노 섬유의 표면 상에 생성되는 MoSe2 나노 시트의 밀도를 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 복수의 상기 TiO2 나노 섬유 사이에 생성되는 상기 MoSe2 응집체의 양을 제어할 수 있다.In conclusion, in the manufacturing process of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure, by controlling the molar ratio of the MoSe 2 source in the MoSe 2 precursor solution, the MoSe 2 density of the nanosheets generated on the surface of the TiO 2 nanofibers can be controlled, as well as the amount of the MoSe 2 aggregates generated between the plurality of TiO 2 nanofibers can be controlled.
도 8은 본 발명의 실험 예들을 XRD diffraction으로 분석한 그래프이다. 8 is a graph analyzed by XRD diffraction of experimental examples of the present invention.
도 8을 참조하면, 실험 예 1에 따른 TiO2 나노 섬유, 실험 예 2 내지 실험 예 4에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체, 실험 예 5에 따른 MoSe2 나노 시트를 XRD diffraction으로 분석하였다. 그리고, 실험 예들의 XRD diffraction peak를, XRD diffraction 분석 장비의 reference peak(TiO2 anatase, TiO2 rutile, MoSe2)들과 비교하였다.Referring to FIG. 8 , TiO 2 nanofibers according to Experimental Example 1, TiO 2 /MoSe 2 heterostructures according to Experimental Examples 2 to 4, and MoSe 2 nanosheets according to Experimental Example 5 were analyzed by XRD diffraction. And, the XRD diffraction peaks of the experimental examples were compared with the reference peaks (TiO 2 anatase, TiO 2 rutile, MoSe 2 ) of the XRD diffraction analysis equipment.
도 8 및 <표 3>에서 알 수 있듯이, 실험 예 1에 따른 상기 TiO2 나노 섬유는, TiO2 anatase 및 TiO2 rutile peak가 합쳐진 peak를 갖는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 TiO2 나노 섬유는, 아나타제(antase) 및 루타일(rutile) 결정 구조를 갖는 것을 알 수 있다.As can be seen from FIGS. 8 and <Table 3>, it can be seen that the TiO 2 nanofiber according to Experimental Example 1 has a peak in which TiO 2 anatase and TiO 2 rutile peaks are combined. Therefore, it can be seen that the TiO 2 nanofiber has an anatase and rutile crystal structure.
그리고, 실험 예 3 및 실험 예 4에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체의 peak는, 실험 예 2에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체보다, MoSe2 peak 분포와 유사한 것을 알 수 있다. And, it can be seen that the peak of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Examples 3 and 4 is similar to the MoSe 2 peak distribution than the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 2.
이와 달리, 실험 예 2에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체의 peak는, 실험 예 3 및 실험 예 4에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체보다, TiO2 anatase 및 TiO2 rutile peak와 유사한 것을 알 수 있다.In contrast, the peak of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 2 is similar to the TiO 2 anatase and TiO 2 rutile peaks than the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Examples 3 and 4 Able to know.
따라서, 실험 예 2, 실험 예 3, 실험 예 4 순서로, 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체 내에, TiO2 나노 섬유의 표면 상에, MoSe2 나노 시트의 밀도가 증가하는 것을 알 수 있다. Therefore, in the order of Experimental Example 2, Experimental Example 3, and Experimental Example 4, in the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure, on the surface of the TiO 2 nanofiber, it can be seen that the density of MoSe 2 nanosheets increases.
도 9는 본 발명의 실험 예들을 TEM 및 Raman spectroscopy로 분석한 사진 및 그래프이고, 도 10은 본 발명의 실험 예들을 XPS로 분석한 그래프이다. 9 is a photograph and graph analyzed by TEM and Raman spectroscopy of experimental examples of the present invention, and FIG. 10 is a graph analyzed by XPS of experimental examples of the present invention.
도 9를 참조하면, 도 9의 (a)는 본 발명의 실험 예 3에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체의 결정 구조를 TEM으로 분석한 사진이고, 도 9의 (b)는 실험 예 1에 따른 TiO2 나노 섬유, 실험 예 3에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체, 및 실험 예 5에 따른 MoSe2 나노 시트를 Raman spectroscopy로 분석한 그래프이다.Referring to FIG. 9, (a) of FIG. 9 is a TEM analysis of the crystal structure of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3 of the present invention, and (b) of FIG. TiO 2 nanofibers, the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3, and MoSe 2 nanosheets according to Experimental Example 5 are graphs analyzed by Raman spectroscopy.
도 10을 참조하면, 도 10의 (a)는 실험 예 3에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체 및 실험 예 5에 따른 상기 MoSe2 나노 시트를 Mo 3d에 대해 XPS로 분석한 그래프이고, 도 10의 (b)는 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체 및 실험 예 5에 따른 상기 MoSe2 나노 시트를 Se 3d에 대해 XPS로 분석한 그래프이고, 분석 결과를 하기 <표 4>와 같이 정리하였다.Referring to FIG. 10, (a) of FIG. 10 is a graph obtained by analyzing the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3 and the MoSe 2 nanosheet according to Experimental Example 5 with respect to Mo 3d by XPS, FIG. (b) of 10 is a graph in which the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure and the MoSe 2 nanosheet according to Experimental Example 5 were analyzed by XPS for Se 3d, and the analysis results are summarized as shown in Table 4 below.
XPS line XPS line Mo 3d (eV)Mo 3d (eV) Se 3d (eV) Se 3d (eV)
구분 division Mo4+ 3d5/2 Mo 4+ 3d 5/2 Mo4+ 3d3/2 Mo 4+ 3d 3/2 Se2+ 3d5/2 Se 2+ 3d 5/2 Se2+ 3d3/2 Se 2+ 3d 3/2
1T 1T 2H 2H 1T 1T 2H 2H 1T 1T 2H2H 1T1T 2H2H
실험 예 3Experimental Example 3 227.0227.0 228.2228.2 229.4229.4 231.3231.3 53.6453.64 54.3854.38 54.9154.91 55.1355.13
실험 예 5Experimental Example 5 227.8227.8 228.8228.8 230.6230.6 231.9231.9 52.8052.80 54.1354.13 54.9154.91 54.7854.78
도 9, 도 10, 및 <표 4>에서 알 수 있듯이, 실험 예 3에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체 내에, TiO2 나노 섬유는, 아나타제 및 루타일 결정 구조를 갖는 것을 알 수 있다. 그리고, 상기 TiO2 나노 섬유의 표면 상에 MoSe2 나노 시트는, 1T 및 2H 결정구조를 갖는 것을 알 수 있다.As can be seen in FIGS. 9, 10, and <Table 4>, in the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3, the TiO 2 nanofiber has an anatase and rutile crystal structure. And, it can be seen that the MoSe 2 nanosheets on the surface of the TiO 2 nanofibers have 1T and 2H crystal structures.
따라서, 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체는, 상기 MoSe2 나노 시트의 1T 및 2H 결정구조에 의해, 전기 전도성 및 광반응 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, TiO2/MoSe2 이종 구조체는, 광반응으로 CO2를 환원시키는 광촉매로 이용될 수 있다.Accordingly, the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure may have electrical conductivity and photoreaction properties due to the 1T and 2H crystal structures of the MoSe 2 nanosheet. Accordingly, the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure may be used as a photocatalyst for reducing CO 2 through a photoreaction.
도 11은 본 발명의 실험 예들의 광촉매적 CO2 환원 특성을 측정한 그래프이다. 11 is a graph measuring the photocatalytic CO 2 reduction characteristics of the experimental examples of the present invention.
도 11을 참조하면, 실험 예 1에 따른 TiO2 나노 섬유, 실험 예 2 내지 실험 예 4에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체, 실험 예 5에 따른 MoSe2 나노 시트에, 12mW/cm2 세기의 자외선-가시광선 빛을 조사하였다. 자외선-가시광선 빛 조사 시, 도 11의 (a)는 실험 예들의 H2, CO, CH4 발생양을 비교하기 위한 그래프이고, 도 11의 (b)는 실험 예들의 CO2 선택도를 비교하기 위한 그래프이고, 도 11의 (c)는 실험 예들의 시간에 따른 H2 발생량을 비교하기 위한 그래프이고, 실험 예들의 CO, CH4, 및 CO2 선택도를 하기 <표 5>와 같이 정리하였다.Referring to FIG. 11 , TiO 2 nanofibers according to Experimental Example 1, TiO 2 /MoSe 2 heterostructures according to Experimental Examples 2 to 4, and MoSe 2 nanosheets according to Experimental Example 5, 12mW/cm 2 intensity of Ultraviolet-visible light was irradiated. When UV-visible light is irradiated, (a) of FIG. 11 is a graph for comparing the amounts of H 2 , CO, and CH 4 of the experimental examples, and (b) of FIG. 11 is a comparison of the CO 2 selectivity of the experimental examples is a graph for, (c) of FIG. 11 is a graph for comparing the amount of H 2 generation over time of the experimental examples, CO, CH 4 , and CO 2 Selectivity of the experimental examples is summarized as in <Table 5> did.
구 분division 실험 예 1Experimental Example 1 실험 예 2Experimental Example 2 실험 예 3Experimental Example 3 실험 예 4Experimental Example 4 실험 예 5Experimental Example 5
CO 선택도CO selectivity 37%37% 16%16% 33%33% 33%33% 17%17%
CH4 선택도CH 4 selectivity 28%28% 29%29% 47%47% 40%40% 41%41%
CO2 선택도CO 2 selectivity 65%65% 45%45% 80%80% 73%73% 59%59%
도 11, <표 3>, 및 <표 5>에서 알 수 있듯이, 실험 예 1, 실험 예 2, 및 실험 예 5는, H2 기체의 발생량이, CO 및 CH4 기체의 발생량보다 많은 것을 알 수 있다. 이와 달리, 실험 예 2 및 실험 예 4는, CO 및 CH4 기체의 발생량이, H2 기체의 발생량보다 많은 것을 알 수 있다. 11, <Table 3>, and as can be seen from <Table 5>, Experimental Example 1, Experimental Example 2, and Experimental Example 5, the amount of H 2 gas generated, CO and CH 4 It can be seen that more than the amount of gas generated can On the other hand, in Experimental Example 2 and Experimental Example 4, it can be seen that the amount of CO and CH 4 gas generated is greater than the amount of H 2 gas generated.
그리고, CO2 선택도는, 실험 예 3, 실험 예 4, 실험 예 1, 실험 예 5, 실험 예 2 순서로 높은 것을 알 수 있다. 이에 따라서, CO 및 CH4 기체의 발생량이 많을수록, CO2 선택도가 높아지는 것을 알 수 있다.And, it can be seen that the CO 2 selectivity is high in the order of Experimental Example 3, Experimental Example 4, Experimental Example 1, Experimental Example 5, and Experimental Example 2. Accordingly, it can be seen that the greater the amount of CO and CH 4 gas generated, the higher the CO 2 selectivity.
실험 예 3이, 실험 예 4보다 CO2 선택도가 높은 요인은, 실험 3에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체 내에 TiO2 나노 섬유의 표면 상의 MoSe2 나노 시트가, 실험 4보다, 균일하게 생성된 것이 기인한 것으로 해석될 수 있다.Experimental Example 3, a factor with higher CO 2 selectivity than Experimental Example 4, is that MoSe 2 nanosheets on the surface of TiO 2 nanofibers in the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experiment 3 were more uniformly generated than in Experiment 4 It can be interpreted as being caused by
그리고, 실험 예 2가 가장 높은 H2 기체를 발생시킨 요인은, 실험 예 2에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체 내에, TiO2 나노 섬유의 표면 상에, MoSe2 나노 시트가, 상기 TiO2 나노 섬유의 표면 상에, 전체적으로 생성 및 성장되지 않고 부분적으로 생성 및 성장된 것이 기인한 것으로 해석될 수 있다.And, the factor that generated the highest H 2 gas in Experimental Example 2 is, in the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 2, on the surface of the TiO 2 nanofibers, the MoSe 2 nanosheets, the TiO 2 nano On the surface of the fiber, it can be interpreted that it is due to being partially generated and grown rather than entirely generated and grown.
결론적으로, 실험 예 3에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체는, 상기 TiO2 나노 섬유의 표면 상에, 다른 실험 예들보다, 균일하게 상기 MoSe2 나노 시트가 생성되어, 가장 많은 CO 및 CH4 기체를 발생하고 가장 높은 CO2 선택도를 갖는 것을 알 수 있다.In conclusion, in the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3, on the surface of the TiO 2 nanofibers, the MoSe 2 nanosheets are more uniformly generated than in other experimental examples, so that the most CO and CH 4 It can be seen that gas is generated and has the highest CO 2 selectivity.
도 12는 본 발명의 실험 예들의 광흡수도 및 밴드갭을 측정한 그래프이다. 12 is a graph of measuring light absorption and band gap of experimental examples of the present invention.
도 12를 참조하면, 도 12의 (a)는 실험 예들을 UV-vis-NIR spectrometry로 적외선 내지 자외선 영역의 광흡수도를 측정한 그래프이고, 도 12의 (b)는 실험 예들의 밴드갭을 측정한 그래프이다. Referring to FIG. 12, (a) of FIG. 12 is a graph in which light absorption in the infrared to ultraviolet region is measured by UV-vis-NIR spectrometry for experimental examples, and (b) of FIG. 12 is the band gap of the experimental examples. This is the measured graph.
도 12에서 알 수 있듯이, 실험 예 1은, 다른 실험 예(실험 예 2 내지 실험 예 5)보다, 적외선 내지 자외선 영역에서 광흡수도가 현저히 낮은 것을 알 수 있다. 그리고, 실험 예 1은, 약 400nm 이후로 광흡수도가 급격하게 감소되는 것을 알 수 있고, 실험 예 2 내지 실험 예 5는, 약 800nm 이후로 광흡수도가 감소되는 것을 알 수 있다. 그리고, 실험 예 2 및 실험 예 3은, 실험 예 4보다, 약 800nm 이후로 광흡수도가 높은 것을 알 수 있다. 실험 예 2 및 실험 예 3의 광흡수도가 실험 예 4보다 높은 요인은, 실험 예 2 및 실험 예 3에 따른 TiO2/MoSe2 이 구조체 내에, TiO2 나노 섬유 및 MoSe2 나노 시트의 계면이 실험 예 4보다 우수하게 형성된 것이 기인한 것으로 해석할 수 있다. As can be seen from FIG. 12 , in Experimental Example 1, it can be seen that light absorption in the infrared to ultraviolet region is significantly lower than that of other experimental examples (Experimental Examples 2 to 5). And, in Experimental Example 1, it can be seen that the light absorbance is rapidly decreased after about 400 nm, and in Experimental Examples 2 to 5, it can be seen that the light absorption is decreased after about 800 nm. And, it can be seen that Experimental Example 2 and Experimental Example 3 have higher light absorption after about 800 nm than Experimental Example 4. The factor in which the light absorption of Experimental Example 2 and Experimental Example 3 is higher than that of Experimental Example 4 is, TiO 2 /MoSe 2 According to Experimental Example 2 and Experimental Example 3 In this structure, TiO 2 nanofibers and It can be interpreted that it is due to the fact that the interface of the MoSe 2 nanosheets was formed better than that of Experimental Example 4.
그리고, 실험 예 1(2.92 eV), 실험 예 2(1.25 eV), 실험 예 3(1.25 eV), 실험 예 4(1.24 eV), 실험 예 5(1.23 eV) 순서로, 밴드갭이 낮은 것을 알 수 있다.And, it can be seen that the band gap is low in the order of Experimental Example 1 (2.92 eV), Experimental Example 2 (1.25 eV), Experimental Example 3 (1.25 eV), Experimental Example 4 (1.24 eV), and Experimental Example 5 (1.23 eV). can
결론적으로, 실험 예 2 내지 실험 예 4에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체 적외선 내지 자외선 영역의 광을 흡수하는 것을 알 수 있다. In conclusion, it can be seen that the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Examples 2 to 4 absorbs light in the infrared to ultraviolet region.
도 13은 본 발명의 실험 예들의 표면 구조 및 기체의 흡착/탈착 특성을 측정한 그래프이다.13 is a graph measuring the surface structure and adsorption/desorption characteristics of gas in experimental examples of the present invention.
도 13을 참조하면, 도 13의 (a)는 실험 예들에 대한 표면적, 기공 부피, 및 기공의 평균 크기를 N2 기체의 흡착/탈착 방법으로 측정하였고, 도 13의 (b)는 실험 예들에 대한 CO2 기체의 흡착/탈착 정도를 측정하였고, 실험 예들의 표면적, 기공의 부피, 기공의 평균 크기, 미세 기공면적, 및 CO2 흡착도 정도를 하기 <표 6>과 같이, 정리하였다.13, (a) of FIG. 13 shows that the surface area, pore volume, and average size of pores for the experimental examples were measured by the adsorption/desorption method of N 2 gas, and FIG. 13 (b) shows the experimental examples. The degree of adsorption/desorption of CO 2 gas was measured, and the surface area, pore volume, average pore size, micropore area, and CO 2 adsorption degree of the experimental examples were summarized as shown in Table 6 below.
구 분division SBET
(m2/g)
S BET
(m 2 /g)
Pore volume
(cm3/g)
Pore volume
(cm 3 /g)
Avg.Pore size
(nm)
Avg.Pore size
(nm)
T-plot micropore
(m2/g)
T-plot micropores
(m 2 /g)
CO2 adsorption
(cm2/g)
CO 2 adsorption
(cm 2 /g)
실험 예 1Experimental Example 1 13.572313.5723 0.06490.0649 15.281815.2818 -- 0.830.83
실험 예 2Experimental Example 2 27.268427.2684 0.07950.0795 9.84229.8422 -- 1.021.02
실험 예 3Experimental Example 3 63.187563.1875 0.10410.1041 6.37786.3778 34.298434.2984 2.462.46
실험 예 4Experimental Example 4 29.049329.0493 0.09980.0998 10.809110.8091 -- 1.941.94
실험 예 5Experimental Example 5 26.064026.0640 0.12980.1298 13.984113.9841 -- 1.121.12
도 13 및 <표 6>에서 알 수 있듯이, 실험 예 3에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체가, 가장 높은 표면적을 갖는 것을 알 수 있다. 실험 예 3에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체가 가장 높은 표면적을 갖는 요인은, 미세 기공을 갖는 것이 기인한 것으로 해석될 수 있다. 이에 따라서, 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체는, CO2 기체를 용이하게 확산 및 흡수할 수 있다.13 and <Table 6>, it can be seen that the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3 has the highest surface area. A factor in which the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3 has the highest surface area may be interpreted as having micropores. Accordingly, the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure may easily diffuse and absorb CO 2 gas.
그리고, 실험 예 3에 따른 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체의 CO2 기체 흡착량이 가장 높은 것을 알 수 있다. 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체의 CO2 기체 흡착량이 가장 높은 요인은, 상기 TiO2/MoSe2 이종 구조체가 가장 높은 표면적을 갖는 것이 기인한 것으로 해석될 수 있다.And, it can be seen that the CO 2 gas adsorption amount of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Example 3 is the highest. The reason that the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure has the highest amount of CO 2 gas adsorption may be interpreted as the fact that the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure has the highest surface area.
도 14는 본 발명의 실험 예들의 표면 특성을 측정한 그래프이다.14 is a graph of measuring the surface properties of the experimental examples of the present invention.
도 14를 참조하면, 실험 예들의 접촉각을 측정하여, 실험 예들의 표면의 소수성을 비교하였다.Referring to FIG. 14 , the contact angles of the experimental examples were measured to compare the hydrophobicity of the surfaces of the experimental examples.
도 14 및 <표 3>에서 알 수 있듯이, 실험 예 4(116°), 실험 예 3(113°), 실험 예 2(112°), 실험 예 5(99°), 실험 예 1(36°) 순서로 접촉각이 높은 것을 알 수 있다.As can be seen in FIGS. 14 and <Table 3>, Experimental Example 4 (116°), Experimental Example 3 (113°), Experimental Example 2 (112°), Experimental Example 5 (99°), Experimental Example 1 (36°) ), it can be seen that the contact angle is high.
이에 따라, 실험 예 2 내지 실험 예 4에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체 내에, TiO2 나노 섬유의 표면 상에, MoSe2 나노 시트의 밀도가 증가할수록, 상기 MoSe2 나노 시트에 의해, 소수성이 향상되는 것을 알 수 있다. Accordingly, in the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to Experimental Examples 2 to 4, on the surface of the TiO 2 nanofiber, as the density of the MoSe 2 nanosheet increases, the hydrophobicity is reduced by the MoSe 2 nanosheet. improvement can be seen.
상기 MoSe2 나노 시트의 소수성 특성에 의해, TiO2/MoSe2 이종 구조체의 광촉매적 CO2 환원 활동성을 향상시킬 수 있다. Due to the hydrophobic properties of the MoSe 2 nanosheets, the photocatalytic CO 2 reduction activity of the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure may be improved.
도 15는 본 발명의 실험 예들에 따른 TiO2 나노 섬유의 SEM 이미지이고, 도 16은 본 발명의 실험 예들에 따른 TiO2 나노 섬유의 XRD diffraction 그래프이다. 15 is an SEM image of TiO 2 nanofibers according to experimental examples of the present invention, and FIG. 16 is an XRD diffraction graph of TiO 2 nanofibers according to experimental examples of the present invention.
도 15를 참조하면, 도 15의 (a)는 TiO2 나노 섬유 제조 시, 예비 TiO2 섬유를 500℃에서 열처리하여 제조한 TiO2 나노 섬유의 표면을 SEM으로 촬영한 이미지이고, 도 15의 (b)는 TiO2 나노 섬유 제조 시, 예비 TiO2 나노 섬유를 550℃에서 열처리하여 제조한 TiO2 나노 섬유의 표면을 SEM으로 촬영한 이미지이고, 도 15의 (c)는 TiO2 나노 섬유 제조 시, 예비 TiO2 나노 섬유를 600℃에서 열처리하여 제조한 TiO2 나노 섬유의 표면을 SEM으로 촬영한 이미지이다.15, (a) of FIG. 15 is an image taken by SEM of the surface of the TiO 2 nanofiber prepared by heat-treating the preliminary TiO 2 fiber at 500° C. when manufacturing the TiO 2 nanofiber. b) is an image taken by SEM of the surface of the TiO 2 nanofiber prepared by heat-treating the preliminary TiO 2 nanofiber at 550° C. when manufacturing the TiO 2 nanofiber, and (c) of FIG. 15 is when the TiO 2 nanofiber is prepared , Preliminary TiO 2 It is an image taken by SEM of the surface of the nanofibers prepared by heat treatment at 600 ℃ TiO 2 nanofibers.
도 16을 참조하면, 도 15의 (a) 내지 (c)의 TiO2 나노 섬유를 XRD diffraction으로 분석하였다.Referring to FIG. 16 , the TiO 2 nanofibers of FIGS. 15 (a) to (c) were analyzed by XRD diffraction.
도 15 및 도 16에서 알 수 있듯이, 상기 예비 TiO2 나노 섬유를 500℃에서 열처리하여 제조한 상기 TiO2 나노 섬유는, 아나타제 결정 구조를 갖는 것을 알 수 있다. 이와 달리, 상기 예비 TiO2 나노 섬유를 550℃에서 열처리하여 제조한 상기 TiO2 나노 섬유(실험 예 1)는 아나타제 및 루타일 결정 구조를 갖는 것을 알 수 있다. 그리고, 상기 예비 TiO2 나노 섬유를 600℃에서 열처리하여 제조한 상기 TiO2 섬유는 루타일 결정 구조를 갖는 것을 알 수 있다.As can be seen in FIGS. 15 and 16 , the preliminary TiO 2 nanofibers are heat-treated at 500° C. and the TiO 2 nanofibers have an anatase crystal structure. On the contrary, it can be seen that the TiO 2 nanofiber (Experimental Example 1) prepared by heat-treating the preliminary TiO 2 nanofiber at 550° C. has anatase and rutile crystal structures. In addition, it can be seen that the preliminary TiO 2 nanofibers are heat-treated at 600° C. and the TiO 2 fibers have a rutile crystal structure.
도 17은 본 발명의 실험 예들에 따른 TiO2/MoSe2 이종 구조체 제조 시 TiO2/MoSe2의 획득 과정을 비교 설명하기 위한 SEM 이미지이다.FIG. 17 is an SEM image for comparatively explaining a process of obtaining TiO 2 /MoSe 2 when manufacturing a TiO 2 /MoSe 2 heterostructure according to experimental examples of the present invention.
도 17을 참조하면, TiO2 나노 섬유의 표면 상에 MoSe2 나노 시트를 생성한 후, 도 17의 (a)는 상기 TiO2 나노 섬유 및 상기 MoSe2 나노 시트를 포함하는 용액을, 원심 분리기를 이용하여 원심 분리하고, 2번 세척하고 건조하여 제조한 TiO2/MoSe2 이종 구조체를 SEM으로 촬영하였다. 도 17의 (b)는 상기 TiO2 나노 섬유 및 상기 MoSe2 나노 시트를 포함하는 상기 용액을, 원심 분리기를 이용하여 원심 분리하고, 6번 세척하고 건조하여 제조한 TiO2/MoSe2 이종 구조체를 SEM으로 촬영하였다. 도 17의 (c)는 상기 TiO2 나노 섬유 및 상기 MoSe2 나노 시트를 포함하는 상기 용액을, 멤브레인 필터를 이용하여 필터링하고, pH를 7로 낮추면서 세척하고 건조하여 제조한 TiO2/MoSe2 이종 구조체를 SEM으로 촬영하였다.Referring to FIG. 17 , after generating MoSe 2 nanosheets on the surface of TiO 2 nanofibers, FIG. 17 (a) shows a solution containing the TiO 2 nanofibers and the MoSe 2 nanosheets, a centrifugal separator A TiO 2 /MoSe 2 heterostructure prepared by centrifugation, washing twice and drying using SEM was photographed. 17 (b) is a TiO 2 /MoSe 2 heterostructure prepared by centrifuging the solution containing the TiO 2 nanofibers and the MoSe 2 nanosheet using a centrifuge, washing 6 times, and drying the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure. Photographed by SEM. Figure 17 (c) shows the TiO 2 TiO 2 /MoSe 2 prepared by filtering the solution containing the nanofibers and the MoSe 2 nanosheets using a membrane filter, washing and drying while lowering the pH to 7 TiO 2 /MoSe 2 The heterogeneous structures were photographed by SEM.
도 17에서 알 수 있듯이, 상기 TiO2 나노 섬유 및 상기 MoSe2 나노 시트를 포함하는 상기 용액을 원심분리하고, 세척 횟수가 증가할수록, TiO2/MoSe2 이종 구조체 내에 TiO2 나노 섬유가 파손되고, 복수의 TiO2 나노 섬유 사이에 MoSe2 응집체 양이 증가되는 것을 알 수 있다.As can be seen in FIG. 17, the solution containing the TiO 2 nanofiber and the MoSe 2 nanosheet is centrifuged, and as the number of washing increases, the TiO 2 nanofiber is broken in the TiO 2 /MoSe 2 heterostructure, It can be seen that the amount of MoSe 2 aggregates is increased between the plurality of TiO 2 nanofibers.
따라서, 상기 TiO2 나노 섬유 및 상기 MoSe2 나노 시트를 포함하는 상기 용액을 멤브레인 필터를 이용하여 필터링하고 pH를 7로 낮추면서 세척하는 방법이, 상기 TiO2 나노 섬유의 변형을 방지하고, 상기 MoSe2 응집체 양이 증가하는 것을 방지하는 방법인 것을 알 수 있다. Therefore, the method of filtering the solution including the TiO 2 nanofibers and the MoSe 2 nanosheets using a membrane filter and washing the solution while lowering the pH to 7 prevents deformation of the TiO 2 nanofibers, and the MoSe 2 It can be seen that this is a method of preventing an increase in the amount of aggregates.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to specific embodiments and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
본 출원의 실시 예에 따른 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체 및 그 제조 방법은 우주 항공 및 자동차 산업, 에너지 저장 및 활용 분야, 광전기화학 전극 셀, 인공광합성, 수소저장 능력 및 에너지 효율 분야, 유기오염물질 분야 등 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있다. The metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure and the manufacturing method thereof according to an embodiment of the present application are aerospace and automobile industries, energy storage and utilization fields, photoelectrochemical electrode cells, artificial photosynthesis, hydrogen storage capacity and energy efficiency fields, It can be used in various industrial fields such as the field of organic pollutants.

Claims (11)

  1. 금속 산화물 나노 섬유를 준비하는 단계;preparing metal oxide nanofibers;
    상기 금속 산화물 나노 섬유가 제공된 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액을 열처리하여, 상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면 상에, 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트를 제조하고, 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유 사이에, 전이 금속 디칼코게나이드 응집체를 제조하는 단계를 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조방법.By heat-treating the transition metal dichalcogenide precursor solution provided with the metal oxide nanofiber, on the surface of the metal oxide nanofiber, to prepare a transition metal dichalcogenide nanosheet, between the plurality of metal oxide nanofibers, transition A method of manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure comprising the step of preparing a metal dichalcogenide aggregate.
  2. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전이 금속 디칼코게나이드 전구체 용액은, 전이 금속 소스, 용매, 및 환원제를 포함하고, The transition metal dichalcogenide precursor solution includes a transition metal source, a solvent, and a reducing agent,
    상기 전이 금속 소스의 몰 비율에 따라서, 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 표면적 및 소수성이 제어되는 것을 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조방법.According to the molar ratio of the transition metal source, metal oxide / metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure manufacturing method comprising controlling the surface area and hydrophobicity of the heterostructure.
  3. 제 2항에 있어서, 3. The method of claim 2,
    상기 전이 금속 소스의 몰 비율이 증가할수록, 상기 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 표면의 소수성이 증가하는 것을 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조 방법.As the molar ratio of the transition metal source increases, the method of manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure comprising increasing the hydrophobicity of the surface of the metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure.
  4. 제 3항에 있어서,4. The method of claim 3,
    상기 전이 금속 소스의 몰 비율이 증가할수록, 상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면 상에 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트의 밀도가 증가하고, As the molar ratio of the transition metal source increases, the density of the transition metal dichalcogenide nanosheet on the surface of the metal oxide nanofiber increases,
    상기 전이 금속 소스의 몰 비율이 증가할수록, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체가 증가하는 것을 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조방법.As the molar ratio of the transition metal source increases, the transition metal dichalcogenide aggregates increase.
  5. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 금속 산화물 나노 섬유를 준비하는 단계는, The step of preparing the metal oxide nanofiber,
    금속 산화물 전구체 용액을 준비하는 단계; preparing a metal oxide precursor solution;
    상기 금속 산화물 전구체 용액을 전기 방사하여 예비 금속 산화물 나노 섬유를 제조 단계; 및 preparing a preliminary metal oxide nanofiber by electrospinning the metal oxide precursor solution; and
    상기 예비 금속 산화물 나노 섬유를 열처리하는 단계를 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조방법.Method of manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure comprising the step of heat-treating the preliminary metal oxide nanofiber.
  6. 제 5항에 있어서,6. The method of claim 5,
    상기 예비 금속 산화물 나노 섬유를 열처리하는 단계에서,In the step of heat-treating the preliminary metal oxide nanofiber,
    열처리 온도는, 500℃초과 600℃미만인 것을 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조방법. The heat treatment temperature, the method of manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure, including that of more than 500 ℃ less than 600 ℃.
  7. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면 상에, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트가 제조되고, 복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유 사이에, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체가 제조된 후, 상기 금속 산화물 나노 섬유, 상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트, 및 상기 전이 금속 디칼코게나이드 응집체를 포함하는 용액을, 멤브레인에 제공하여 필터링하는 단계; 및 On the surface of the metal oxide nanofiber, the transition metal dichalcogenide nanosheet is prepared, between the plurality of metal oxide nanofibers, after the transition metal dichalcogenide aggregate is prepared, the metal oxide nanofiber, filtering the transition metal dichalcogenide nanosheet, and providing a solution containing the transition metal dichalcogenide aggregate to a membrane; and
    상기 멤브레인 상에 세척액을 제공하여, pH를 제어하는 단계를 더 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체의 제조방법.By providing a washing solution on the membrane, the method of manufacturing a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure further comprising the step of controlling the pH.
  8. 금속 산화물 나노 섬유;metal oxide nanofibers;
    상기 금속 산화물 나노 섬유의 표면 상에 배치된 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트; 및a transition metal dichalcogenide nanosheet disposed on the surface of the metal oxide nanofiber; and
    복수의 상기 금속 산화물 나노 섬유 사이에 금속 디칼코게나이드 응집체가 제공된 것을 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체.A metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure comprising a metal dichalcogenide aggregate provided between the plurality of the metal oxide nanofibers.
  9. 제 8항에 있어서,9. The method of claim 8,
    상기 금속 산화물 나노 섬유는, 아나타제(anatase) 및 루타일(rutile) 결정구조를 갖고,The metal oxide nanofiber has an anatase and rutile crystal structure,
    상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트는, 삼각기둥형 2H 및 팔면체형 1T 결정구조를 갖는 것을 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체.The transition metal dichalcogenide nanosheet is a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure, including those having a triangular prism 2H and an octahedral 1T crystal structure.
  10. 제 9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 금속 산화물 나노 섬유는, 티타늄 산화물을 포함하고,The metal oxide nanofibers include titanium oxide,
    상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트는, 몰리브덴 셀렌화물을 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체.The transition metal dichalcogenide nanosheet is a metal oxide / transition metal dichalcogenide heterostructure comprising molybdenum selenide.
  11. 제 8항에 있어서, 9. The method of claim 8,
    상기 전이 금속 디칼코게나이드 나노 시트 및 상기 금속 디칼코게나이드 응집체의 전이 금속 디칼코게나이드의 몰 비율이, 상기 금속 산화물 나노 섬유의 금속 산화물의 몰 비율 대비, 0.24 초과 0.74 미만인 것을 포함하는 금속 산화물/전이 금속 디칼코게나이드 이종 구조체.The molar ratio of the transition metal dichalcogenide of the transition metal dichalcogenide nanosheet and the metal dichalcogenide aggregate is, compared to the molar ratio of the metal oxide of the metal oxide nanofiber, more than 0.24 and less than 0.74 Metal oxide / transition comprising Metal dichalcogenide heterostructure.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140062425A (en) * 2011-03-03 2014-05-23 위시스 테크놀로지 파운데이션, 인크. Thermodynamic solutions of metal oxides and metal chalcogenides and mixed metal oxides and chalcogenides

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140062425A (en) * 2011-03-03 2014-05-23 위시스 테크놀로지 파운데이션, 인크. Thermodynamic solutions of metal oxides and metal chalcogenides and mixed metal oxides and chalcogenides

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KANG SUHEE; KHAN HARITHAM; LEE CHANGHO; KWON KYUNGJUNG; SUNYONG LEE CAROLINE: "Investigation of hydrophobic MoSe2 grown at edge sites on TiO2 nanofibers for photocatalytic CO2 reduction", CHEMICAL ENGENEERING JOURNAL, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 420, 25 May 2021 (2021-05-25), AMSTERDAM, NL , XP086620145, ISSN: 1385-8947, DOI: 10.1016/j.cej.2021.130496 *
LEI XIANG; YU KE; TANG ZHENG; ZHU ZIQIANG: "Synthesized MoSe2/TiO2heterogeneous structure as the promising photocatalytic material: Studies from theory to experiment", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, 2 HUNTINGTON QUADRANGLE, MELVILLE, NY 11747, vol. 121, no. 4, 26 January 2017 (2017-01-26), 2 Huntington Quadrangle, Melville, NY 11747, XP012215699, ISSN: 0021-8979, DOI: 10.1063/1.4974911 *
RAHMANIAN ELHAM, MAYORGA-MARTINEZ CARMEN C., MALEKFAR RASOUL, LUXA JAN, SOFER ZDENEK, PUMERA MARTIN: "1T-Phase Tungsten Chalcogenides (WS 2 , WSe 2 , WTe 2 ) Decorated with TiO 2 Nanoplatelets with Enhanced Electron Transfer Activity for Biosensing Applications", ACS APPLIED NANO MATERIALS, vol. 1, no. 12, 28 December 2018 (2018-12-28), pages 7006 - 7015, XP055973525, ISSN: 2574-0970, DOI: 10.1021/acsanm.8b01796 *
XU FEIYAN, BICHENG ZHU,BEI CHENG,JIAGUO YU,JINGSAN XU: "1D/2D TiO2/MoS2 Hybrid Nanostructures for Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction", ADVANCED OPTICAL MATERIALS, vol. 6, no. 23, 21 October 2018 (2018-10-21), pages e1800911, XP055973522, DOI: 10.1002/adom.201800911 *
ZAZPE RAUL, KRUMPOLEC RICHARD, SOPHA HANNA, RODRIGUEZ-PEREIRA JHONATAN, CHARVOT JAROSLAV, HROMÁDKO LUDĚK, KOLÍBALOVÁ EVA, MICHALIČ: "Atomic Layer Deposition of MoSe 2 Nanosheets on TiO 2 Nanotube Arrays for Photocatalytic Dye Degradation and Electrocatalytic Hydrogen Evolution", ACS APPLIED NANO MATERIALS, vol. 3, no. 12, 24 December 2020 (2020-12-24), pages 12034 - 12045, XP055973523, ISSN: 2574-0970, DOI: 10.1021/acsanm.0c02553 *

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