• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.72.1-72.1
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• 2013

광촉매 활용 기술은 수질 및 대기 중의 난분해성 오염 물질 처리 등의 환경 분야에서부터 항균 및 초친수성 기능을 활용한 소재 분야, 그리고 태양광을 이용한 물분해 수소 제조 및 이산화탄소의 전환 등의 인공 광합성 연구 분야까지 그 응용분야가 대단히 넓은 기술이다. 본 강연에서는 이러한 광촉매의 반응 원리와 대표적인 응용분야인 환경 정화 분야 및 에너지 분야에서의 광촉매 기술의 활용, 그리고 현재 광촉매 관련 연구 분야의 주요 관심사 및 미래 성장을 위한 과제 등을 포괄적으로 다루고자 한다. 광촉매 반응은 반도체의 따간격 에너지 흡수에 따라 전자와 정공(+전하를 가진 전자와 같은 거동을 하는 입자)가 발생한 뒤에 일어나는 계면에서의 전자전달 반응을 기초한다. 발생한 정공과 전자는 각각 산화와 환원 반응을 유발하며 이러한 산화, 환원반응을 통해 다양한 분야로의 응용이 가능하다. 환경 정화 분야의 경우, 정공이 물 혹은 공기 속에 존재하는 수분과 반응하여 생성되는 OH 라디칼 ($OH{\cdot}$)의 강력한 산화력을 주로 이용하게 된다. OH 라디칼에 의한 다양한 난분해성 유기물질의 산화분해 반응을 활용하여 고도처리공정이 가능하게 되며, 수계 난분해성 유기오염물질의 제거뿐만 아니라 대기 중에 존재하는 VOCs, 악취물질 등의 분해도 가능하며, 아울러 바이러스나 박테리아와 같은 세균을 제거할 수 있는 것으로 알려져 있다. 한편, 물 분해 수소제조 및 이산화탄소의 전환과 같은 에너지 분야 응용의 경우, 전도대의 전자를 활용한 환원반응에 기초한다. 앞서 언급한 다양한 응용분야에서 활용될 수 있는 광촉매의 종류 또한 매우 다양하며, 이사화티탄(TiO2)는 대표적인 고효율 상용 광촉매이다. 아울러, 원하는 응용 분야에서의 광활성이 높은 새로운 광촉매의 제조 및 평가가 꾸준히 진행되고 있으며, 그 가운데 태양광의 가장 많은 영역을 차지하고 있는 가시광 활성을 갖는 광촉매 개발에 관한 연구가 활발히 수행되고 있다. 이에, 현재까지 개발된 다양한 가시광 광촉매 시스템에 대한 소개 및 각 광촉매 응용분야에서 최근 새롭게 대두되고 있는 이슈들에 대하여 중점적으로 고찰하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.287-287
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• 2013

탄소와 철의 비율을 조절한 산화타이타늄(C-Fe-TiO2) 를 수열 합성법(Hydrothermal method)으로 합성하였다. XRD 를 통하여 산화타이타늄임을 확인하였고TEM 과 SEM 을 통하여 크기와 형태를 관찰하였다. 합성된 C-Fe-TiO2를 사용하여 광촉매적 활성을 확인하였으며, 유기반응 중 하나인 Fridel-Craft 반응에 응용하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.46 no.5
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• pp.852-857
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• 2008

The immobilization technique is important to extend the application field of a photocatalyst. Titanium surface was changed into a $TiO_2$ thin film by the anodizing process. The anodized $TiO_2$ had photocatalytic activity, and showed sponge like shape. The photocatalytic degradation of gas phase acetaldehyde and VOCs by anodized titania has been studied in various initial concentrations, humidity and discharge potentials. The reactivity of anodized titania was increased with relative humidity, but excessive humidity led to a decrease of the reaction rate. The electric dark discharge that was combined with photocatalytic reaction enhanced the decomposition rate of the organic compounds. But excessively applied voltage caused corona discharge, which decreased the reaction rate. Optimum relative humidity was 40% and discharge potential was 5 kV under dark discharge region in photocatalytic reaction.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2016.03a
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• pp.273-276
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• 2016

최근 single-layer $MoSe_2$와 같은 2차원의 TMD 화합물들이 물분해 광촉매로서 각광받고 있다. TMD 화합물 중 single-layer $MoSe_2$는 수소 발생 반응을 일으킬 수 있으나 산소 발생 반응은 일으킬 수 없어 산화 반응을 진행시킬 추가적인 전극이 필요하다. 이 연구에서는 strain과 doping을 통해 valence band를 아래로 이동시켜 $MoSe_2$를 더 좋은 물분해 광촉매로 변화시키는 방법을 모색하였다. 먼저 Armchair, zigzag, biaxial isotropic, z-axis direction으로 strain을 걸어줄 때 전자구조의 변화를 관찰하였다. z-axis 방향으로 -2.5% strain을 걸어주었을 때 VBM이 0.07eV만큼 감소하였다. 또한 Mo를 Nb로 치환하고 Se를 P, As로 치환한 다음 전자구조를 관찰하였다. Nb와 doping의 경우 VBM이 감소함을 확인하였으며 As doping의 경우 산화반응이 일어날 수 있고 산화력과 환원력이 비슷해짐을 알아내었다. 또한 산화반응과 환원반응이 일어나는 위치가 분리됨을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.321-321
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• 2016

한경오염의 증가에 따라 광촉매 물질을 이용한 환경 정화의 필요성이 대두되고 있다 [1]. 광촉매와 전기화학셀은 빛을 이용하여 다른 에너지를 생산하는 능력을 가지고 있다. 이 전기화학셀의 성능향상을 위해서는 적절한 밴드갭을 이용한 광흡수의 증가, 전자재결합의 감소, 전기화학적 반응 표면의 증가가 필요하다. 산화 아연은 잘 알려진 n형 산화물 반도체로서 좋은 전기적 특성과 광촉매 성능으로 전기화학셀에 적합한 소재이다. 그러나 산화 아연은 액체 전해물질 상에서 안정성이 좋지 못하다 [2]. 이를 해결하기 위해 단층 그래핀 혹은 풀러렌(C60)을 이용하여 산화아연을 코팅하는 방법을 제안하였는데, 풀러렌을 사용 시 단층 그래핀에 비하여 전기화학셀의 전기화학적 반응은 높았으나 안정성은 더 떨어지는 모습을 보였다 [3]. 본 연구에서는 다층 그래핀을 이용하여 전기화학적 반응도 높고 안정성도 높은 산화아연-다층 그래핀 양자점의 합성 및 이를 이용한 전기화학셀 소자의 특성을 연구하였다. X선 회절법, 라만 분광법, 투과 전자 현미경, 광발광 분광기, 시간-분해성 광발광 분광기를 이용하여 산화아연-다층 그래핀 양자점의 특성을 분석하였고, 이를 이용하여 광양극을 제작하여 전기화학적 특성을 관측하였으며 로다민 B 염료를 이용한 분해 테스트를 통하여 광촉매 성능을 확인하였고 사이클 테스트를 통하여 안정성을 확인하였다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.27 no.10
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• pp.1129-1135
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• 2005

In this study. the applicability of a rotating reactor for the oxidative removal of aqueous humic substances extracted from the Han River in Seoul, Korea was investigated. As air blowing for proper mixing of $TiO_2$ photocatalyst could inhibit UV-irradiation between a UV lamp and photocatalyst by air bubbles, a rotating reactor with some baffles was used for better UV-irradiation effect in this study. Han River humic substances are different from the other commercial humic substances(e.g., from Aldrich and International Humic Substance Society). Their characteristics were investigated with structural and spectroscopic analyses using FT-IR(Fourier transform-infrared), and $^{13}C$-NMR (nuclear magnetic resonance). The humic substances were extracted by XAD-7HP and treated with $TiO_2$-coated hollow beads under UV-A and UV-C irradiation in order to solve problems of separation and recovery of photocatalyst after reaction. At approximately 5 mg/L of initial TOC concentration, pH 3 and $2.0\;g-TiO_2/L$ dose, photocatalytic oxidation of Han River humic substances showed the optimum removal efficiency. Also, UV-C and UV-A lamps showed similar TOC removal efficiency. However, under UV-C irradiation, Han River humic substances were degraded to smaller compounds and increased the proportion of low molecular weight fractions compared to UV-A.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.46 no.6
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• pp.1063-1068
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• 2008

The photocatalytic degradation of methylene blue water solution was carried out by irradiating microwave and UV light simultaneously using $TiO_2$ photocatalyst balls prepared by Chemical Vapor Deposition method. A microwave-discharged electrodeless UV lamp was developed to use microwave and UV simultaneously for photocatalytic reactions. The results of photocatalytic degradation of methylene blue showed that the decomposition rate increased with the microwave intensity, the circulating fluid velocity and auxiliary oxidizing agents added. Especially, the rate constant of $H_2O_2$-added photocatalytic reaction increased about three times from $0.0061min^{-1}$ to $0.0197min^{-1}$ when microwave was additionally irradiated. This study demonstrates that the microwave irradiation can play a very important role in photocatalytic degradation using peroxides although it is not easy to quantitatively assess the effect of microwave on photocatalytic reactions from the experimental data of this study.

• Membrane Journal
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• v.6 no.2
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• pp.101-108
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• 1996

The oxidation/degradation efficiency of formic acid through the photoelectrochemical reaction has been investigated as a basic research in order to develope the process for degrading toxic organic compounds dissolved in water. A $TiO_{2}$ photoelectro-membrane reactor for purification of water, in which filtration as well as photoelectrocatalytic oxidation of organic compounds could be carried out simultaneously, was developed. Porous $SnO_{2}$ tubes prepared by slip casting and commercial porous stainless steel tubes, being electrically conductive, were used as not only supports but also working electrodes. The UV light with the wavelength of 365 nm was applied as a light source for photocatalytic reactions. The photoelectrocatatytic composite membranes were prepared by coating the support surface with the $TiO_{2}$ sol of pH 1.45. The oxidation efficiency of formic acid increased with the reaction time and the applied voltage, but was almost independent of the solution flux. The results showed that more than 90% of formic acid could he dograded at 27V using the $TiO_{2}$/stainless steel composite membrane, while about 77% in case of the $TiO_{2}/SnO_{2}$ Composite membrane. It was also concluded that the oxidation efficiencies of formic acid could be significantly improved by about 6~7 times by the photoelectrochemical reaction in comparison with those by the photocatalytic reaction only.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2009.10a
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• pp.190-191
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• 2009

최근 환경오염물질을 제거하기 위한 방법으로 광촉매를 이용한 기술들이 다양하게 활용되고 있다. 본 연구에서는 높은 비표면적을 갖는 광촉매를 제조하기 위해, 전기화학적인 방법인 양극 산화법을 사용하여 기지 Ti 금속 표면에 기공성 형태의 광촉매용 $TiO_2$를 제조하고, 염료분해 반응을 통해 광촉매의 효율을 조사하였다. 또한 염료분해 효율을 높이기 위해 $H_3(BO_3)_3$를 첨가하여 염료분해 반응에 미치는 영향에 대해 조사하였다.

• Membrane Journal
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• v.14 no.2
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• pp.149-156
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• 2004

This work focused on the degradation of natural organic matter (NOM) present in lake water using a combined pkotocatalysisimicrofiltration (MF) process. The system performances were investigated in terms of organic removal efficiency and membrane permeability. The addition of iron oxide particles (IOP) into the photocatalytic membrane reactor improved initial NOM removal by sorption, but during photocatalysis the removal efficiency was reversed, probably due to the scattering of UV light by IOP. The modification of TiO$_2$ surfaces by IOP deposition was conducted to enhance the photocatalytic NOM removal efficiency. A minimal amount of Impregnation of IOP on TiO$_2$ surfaces was required to prevent the light scattering effect as well. The coating of MF membranes with IOP helped to improve the NOM removal efficiency while sorbing NOM by IOP. Regardless of tile operating conditions and particles addition examined, no significant fouling was occurring at a flux of 15 L/$m^2$-h during entire MF operation.