Abstract
Among various metal oxides semiconductors, $TiO_2$ is the most studied semiconductor for environmental clean-up applications due to its unique ability in photocatalyzing various organic contaminants, its chemical inertness, and nontoxicity. $TiO_2$, however, has a few drawbacks to be solved such as reactivity mainly working under ultraviolet irradiation (${\lambda}$ < 387 nm) and electron - hole recombination on $TiO_2$. In this study, to extend the absorption range of $TiO_2$ into the visible range and enhance electron - hole separation, we synthesized platinum (Pt) deposited $C-TiO_2$. The presence of Pt as an electron sink has been known to snhance the separation of photogenerated electron-hole pairs and induce the thermal decomposition. The characterization of as-synthesized $Pt-C-TiO_2$ was performed by Transmission Electron Microscopic (TEM), the Brunuer-Emmett-Teller (BET) method, X-ray Diffractometer (XRD), UV-vis spectrometer (UV-DRS), and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). In order to estimate the photocatalytic activity of the synthesized materials, the photoelectron Spectroscopy (XPS). In order to estimate the photocatalytic activity of the synthesized materials, the photodegradation experiment of an azo dye (Acid Red 44; $C_{10}H_7N=NC_{10}H_3(SO_3Na)_2OH$)was carried out by using an Xe arc lamp (300 W, Oriel). A 420 nm cut-off filter was used for visible light irradiation. From the results, Pt-deposited $C-TiO_2$ showed a far superior phothdegradation activity to Degussa P25, the commercial product under the irradiation of visible light and enhanced photocatalytic activity of visible-working $C-TiO_2$. This is a useful result into the application for the purification system of dye wastewater using visible energy of sun light.
$TiO_2$는 금속 산화물의 일종으로서 자체가 가지고 있는 물리화학적 안정성, 무독성, 탁월한 유기물의 산화분해력 등으로 인해 저농도의 환경 유해물질 정화 분야로 응용이 활발히 연구되고 있는 반도체 물질이다. 그러나 $TiO_2$는 자외선 영역대(${\lambda}$ < 387 nm, 태양광의 2.7%가 UV)의 빛을 통해서 활성을 나타내고, 여기된 전자의 빠른 전자-정공 재결합속도로 인해 광 효율이 저하되는 단점을 갖는다. 따라서 광 감응 파장대를 넓히고 재결합속도를 길게 함으로써 광효율을 높이고, 광촉매 활성을 증대하는 방향으로 연구의 초점이 모아지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 $TiO_2$ 광촉매의 광 감응 파장대를 가시광선 영역으로 확대함과 동시에 여기된 전자와 정공의 재결합시간을 연장하기 위하여 백금(Pt)이 광침적(photodeposition)된 탄소(C) 도핑 $TiO_2$를 제조하였다. 제조한 $Pt-C-TiO_2$의 특성은 전자투과현미경(Transmission Electron Microscopic; TEM), 질소흡탈착법(Brunauer-Emmett-Teller method; BET), X-ray 회절 분석법(X-ray Diffractometer; XRD), 분광 산란 광도계(UV-visible diffuse reflectance spectroscopy; UV-Vis DRS), X-ray 광전자 광도계(X-ray Photoelectron Spectroscopy; XPS)를 통하여 살펴보았다. $Pt-C-TiO_2$의 광촉매 활성을 검증하기 위하여 아조 계열의 붉은색 염료인 Acid Red 44 ($C_{10}H_7N=NC_{10}H_3(SO_3Na)_2OH$)의 광분해 실험을 수행하였다. 광원은 Xe arc 램프(300 W, Oriel)를 사용하였으며 420 nm 이하 제거 필터를 사용하여 가시광 영역대의 빛만을 조사되도록 하였다. 그 결과, 제조한 $Pt-C-TiO_2$는 가시광선 하에서 사용제품과 비교하여 월등히 뛰어난 분해력을 보이며 $C-TiO_2$의 활성을 한 층 더 향상시킴을 확인하였다. 이는 무한 에너지 자원인 태양광을 이용한 염료 폐수 정화 시스템 응용으로의 유용한 결과라 할 수 있겠다.
(School of Chemical and Biological Engineering, Institute of Chemical Processes, Seoul National University)