Surface Modification of TiO2 by Atmospheric Pressure Plasma

To improve surface wettability, each sample was treated by atmospheric pressure plasma (APP) using dielectric barrier discharge (DBD) system. Argon and oxygen gases were used for treatment gas to modify the $TiO_2$ surface by APP with RF power range from 50 to 200 W. Water contact angle was decreased from $20^{\circ}$ to $10^{\circ}$ with argon only. However, water contact angle was decreased from $20^{\circ}$ to < $1^{\circ}$ with mixture of argon and oxygen. Water contact angle with $O_2$ plasma was lower than water contact angle with Ar plasma at the same RF power. It seems to be increasing the polar force of $TiO_2$ surface. Also, analysis result of X-ray photoelectron spectra (XPS) shows the increase of intensity of O1s shoulder peak, resulting in increasing of surface wettability by APP. Moreover, each water contact angle increased according to increase past time. However, contact angle increase with plasma treatment was lower than without plasma treatment. Additionally, the efficiency of $TiO_2$ photocatalyst was improved by plasma surface-treatment through the degradation experiment of phenol.

대기압 플라즈마를 이용한 TiO2 광촉매의 효율향상을 위한 표면 개질 연구

$TiO_2$의 표면의 친수성을 증가시키기 위하여 dielectric barrier discharge (DBD)에 의해 발생된 대기압 플라즈마 (atmospheric pressure plasma: APP)를 이용 RF power 50~200 W 범위에서 Ar과 $O_2$ 가스를 사용 대기압 플라즈마로 광촉매 표면을 개질하였다. Ar 가스 단독으로 처리한 시료의 접촉각은 20도에서 10도로 감소하였으며, $O_2$ 가스를 반응성 가스로 하여 처리한 경우에는 접촉각이 20도에서 1도 미만으로 감소하였다. 동일한 RF power에서 $O_2$ 플라즈마 처리 시 더 낮은 접촉각을 확인하였는데, 이는 $TiO_2$ 표면과 산소원자의 결합으로 인하여 표면의 polar force의 증가에 의한 것으로 판단되어 대기압 플라즈마로 처리된 시료의 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)의 스펙트럼 분석결과 OH 작용기의 증가로 표면의 친수성이 증가됨을 확인하였다. 대기압 플라즈마로 처리된 시료와 처리하지 않은 시료의 접촉각은 모두 시간이 지남에 따라 증가하지만 플라즈마 처리 된 시료의 접촉각 증가는 플라즈마 처리하지 않은 시료의 접촉각 보다 작은 것을 확인하였다. 또한, 페놀 분해 실험을 통하여 플라즈마 표면처리를 통하여 $TiO_2$ 광촉매의 분해 효율이 크게 향상되는 것을 확인하였다.