Seo, Dahee;Ryou, Heejoong;Seo, Jong Hyun;Hwang, Wan Sik
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.3
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pp.308-310
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2022
Ultrawide bandgap gallium oxide (Ga2O3) semiconductors are known to have excellent photocatalytic properties due to their high redox potential. In this study, CO2 reduction is demonstrated using nanostructured Ga2O3 photocatalyst under ultraviolet (254 nm) light source conditions. After the CO2 reduction, C2H4 remained as a by-product in this work. Nanostructured Ga2O3 photocatalyst also showed an excellent endurance characteristic. Photogenerated electron-hole pairs boosted the CO2 reduction to C2H4 via nanostructured Ga2O3 photocatalyst, which is attributed to the ultrawide and almost direct bandgap characteristics of the gallium oxide semiconductor. The findings in this work could expedite the realization of CO2 reduction and a simultaneous C2H4 production using a low cost and high performance photocatalyst.
Semiconductor-based photocatalysts can only be activated with ultraviolet or visible light due to their intrinsic bandgap, and they cannot use the energy in the near-infrared region, which accounts for about 50% of solar energy. Therefore, in order to improve the performance of the semiconductor photocatalyst, it is necessary to utilize more solar energy in a broad band ranging from ultraviolet to near-infrared. Combining upconversion nanoparticles with semiconductor photocatalysts for near-infrared absorption have thus been reported. Upconversion nanoparticles can sequentially absorb multiple near-infrared photons and convert them into ultraviolet or visible to activate photocatalysts. In addition, by coupling the semiconductor photocatalyst and the upconversion nanoparticles with the plasmonic metal nanoparticles, the photocatalytic activity can be further improved. This review summarizes the recent studies on improving the photocatalytic performance with near-infrared absorption by using upconversion nanoparticles.
Interest in the use of semiconductor-based photocatalyst materials for the degradation of organic pollutants in a liquid phase has grown, due to their excellent performance and response to the light source. Herein, we fabricated a NiO-SiC-TiO2 ternary structured photocatalyst which had reduced bandgap energy, with strong activation under UV-light irradiation. The synthesized samples were examined using XRD, SEM, EDX, TEM, DRS, EIS techniques and photocurrent measurement. The results confirmed that the two types of metal oxides were well bonded to the SiC fiber surface. The junction of the new photocatalyst exhibited a large number of photoexcited electrons and holes. The holes tended to oxidize the water and form a hydroxyl radical, which promoted the decomposition of methylene blue. The close contact between the 2D SiC fiber and metal oxide semiconductors expanded the scope of absorption wavelength, and enhanced the usability of the ternary photocatalyst for the degradation of methylene blue. Among three synthesized samples, the NiO-SiC-TiO2 showed the best photocatalytic effect, and was considered to have excellent photoelectron transfer due to the synergy effect between the metal oxide and SiC.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.423-423
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2011
Zinc oxide is metal oxide semiconductor with the 3.37 eV bandgap energy. Zinc oxide is very attractive materials for many application fields. Zinc Oxide has many advantages such as high conductivity and good transmittance in visible region. Also it is cheaper than other semiconductor materials such as indium tin oxide (ITO). Therefore, ZnO is alternative material for ITO. ZnO is attracting attention for its application to transparent conductive oxide (TCO) films, surface acoustic wave (SAW), films bulk acoustic resonator (FBAR), piezoelectric materials, gas-sensing, solar cells and photocatalyst. In this study, we synthesized ZnO nanoparticles and defined their physical and chemical properties. Also we studied about the application of ZnO nanoparticles as a photocatalyst and try to find a enhancement photocatalytic activity of ZnO nanorticles.. We synthesized ZnO nanoparticles using spray-pyrolysis method and defined the physical and optical properties of ZnO nanoparticles in experiment I. When the ZnO are exposed to UV light, reduction and oxidation (REDOX) reaction will occur on the ZnO surface and generate O2- and OH radicals. These powerful oxidizing agents are proven to be effective in decomposition of the harmful organic materials and convert them into CO2 and H2O. Therefore, we investigated that the photocatalytic activity was increased through the surface modification of synthesized ZnO nanoparticles. In experiment II, we studied on the stability of ZnO nanoparticles in water. It is well known that ZnO is unstable in water in comparison with TiO2. Zn(OH)2 was formed at the ZnO surface and ZnO become inactive as a photocatalyst when ZnO is present in the solution. Therefore, we prepared synthesized ZnO nanoparticles that were immersed in the water and dried in the oven. After that, we measured photocatalytic activities of prepared samples and find the cause of their photocatalytic activity changes.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.54-54
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2010
Zinc oxide is metal oxide semiconductor with the 3.37 eV bandgap energy. Zinc oxide is very attractive materials for many application fields. Zinc Oxide has many advantages such as high conductivity and good transmittance in visible region. Also it is cheaper than other semiconductor materials such as indium tin oxide (ITO). Therefore, ZnO is alternative material for ITO. ZnO is attracting attention for its application to transparent conductive oxide (TCO) films, surface acoustic wave (SAW), films bulk acoustic resonator (FBAR), piezoelectric materials, gas-sensing, solar cells and photocatalyst. In this study, we synthesized ZnO nanoparticles and defined their physical and chemical properties. Also we studied about the application of ZnO nanoparticles as a photocatalyst and try to find a enhancement photocatalytic activity of ZnO nanorticles.. We synthesized ZnO nanoparticles using spray-pyrolysis method and defined the physical and optical properties of ZnO nanoparticles in experiment I. When the ZnO are exposed to UV light, reduction and oxidation(REDOX) reaction will occur on the ZnO surface and generate ${O_2}^-$ and OH radicals. These powerful oxidizing agents are proven to be effective in decomposition of the harmful organic materials and convert them into $CO_2$ and $H_2O$. Therefore, we investigated that the photocatalytic activity was increased through the surface modification of synthesized ZnO nanoparticles. In experiment II, we studied on the stability of ZnO nanoparticles in water. It is well known that ZnO is unstable in water in comparison with $TiO_2$. $Zn(OH)_2$ was formed at the ZnO surface and ZnO become inactive as a photocatalyst when ZnO is present in the solution. Therefore, we prepared synthesized ZnO nanoparticles that were immersed in the water and dried in the oven. After that, we measured photocatalytic activities of prepared samples and find the cause of their photocatalytic activity changes.
A novel $g-C_3N_4$/ZnO/stellerite (CNZOS) hybrid photocatalyst, which was synthesized by coupled hydro thermal-thermal polymerization processing, was applied as an efficient visible-light-driven photocatalyst against Staphylococcus aureus. The optimum synthesized hybrid photocatalyst showed a sandwich structure morphology with layered $g-C_3N_4$ (doping amount: 40 wt%) deposited onto micron-sized ZnO/stellerite particles (ZnO average diameter: ~18 nm). It had a narrowing band gap (2.48 eV) and enlarged specific surface area ($23.05m^2/g$). The semiconductor heterojunction effect from ZnO to $g-C_3N_4$ leads to intensive absorption of the visible region and rapid separation of the photogenerated electron-hole pairs. In this study, CNZOS showed better photocatalytic disinfection efficiency than $g-C_3N_4/ZnO$ powders. The disinfection mechanism was systematically investigated by scavenger-quenching methods, indicating the important role of $H_2O_2$ in both systems. Furthermore, $h^+$ was demonstrated as another important radical in oxidative inactivation of the CNZOS system. In respect of the great disinfection efficiency and practicability, the CNZOS heterojunction photocatalyst may offer many disinfection applications.
We studied the water splitting into $H_2$ and $O_2$ using two different semiconductor photo catalysts and redox mediator, mimicking the Z-scheme mechanism of the photosynthesis, $H_2$ evolution took place on a Pt-$SrTiO_2$ (Cr-Ta doped) photocatalyst using $I^-$ electron donor under the visible light irradiation. The Pt-$WO_3$ photocatalyst showed an excellent activity of the $O_2$ evolution using $IO_3^-$ electron acceptor under visible light. $H_2$ and $O_2$ gases evolved in the stoichiometric ratio($H_2/O_2$=2) under visible light using a mixture of the Pt-$WO_3$ and Pt-$SrTiO_3$ (Cr-Ta doped) suspended in NaI aqueous solution. We proposed a two-step photo-excitation mechanism using redox mediator under the visible irradiation.
Salicylic acid degrades at different rates under UV-A light on $TiO_2$, ZnO, CuO, $Fe_2O_3$, $Fe_3O_4$ and $ZrO_2$ nanocrystals and all the oxides exhibit sustainable photocatalysis. While ZnO-photocatalysis displays Langmuir-Hinshelwood kinetics the others follow first order on [salicylic acid]. The degradation on all the oxides enhance with illumination intensity. Dissolved oxygen is essential for the photodegradation. ZnO is the most efficient photocatalyst to degrade salicylic acid. Besides serving as the effective photocatalyst to degrade salicylic acid it also acts as a bactericide and inactivates E.coli even in absence of direct light.
In recent years, much attention has been paid to "Photocatalytic oxidation" as an alternative technique, where the pollutants are degraded by UV-irradiation in the presence of a semiconductor suspension such as titanium dioxide. $TiO_2$ is the most often used photocatalyst due to its considerable photocatalytic activity, high stability, non-environmental impact and low cost. 1n this research, the photocatalytic degradation of humic acid, acetaldehyde and methylene blue in $UV/TiO_2$ systems has been stydied. The effect of calcination temperature for manufacturing of $TiO_2$ photocatalysts and type of photocatalysts on photodegradation has been investigated. Photocatalysts with various metal ions(Mn, Fe, Cu and Pt) loading are tested to evaluate the effects of metal ions impurities on photodegradation. The photodegradation efficiency with $Pt-TiO_2$ or $Fe-TiO_2$ or $Cu-TiO_2$ is higher than Degussa P-25 powder. However, the photodegradation efficiency with $Mn-TiO_2$ is lower than Degussa P-25 powder. The photocatalytic properties of the nanocrystals were strongly dependent upon the crystallinity, particle size, standard reduction potential of various transition metal and electronegativity of various transition metal. As a result photocatalysts with various metal ion loading evaluated the effect of photodegradation.
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