To improve light absorption ability in the visible light region and the efficiency of the charge transfer reaction, Pd nanoparticles decorated with reduced TiO2 nanotube photocatalyst were synthesized. The reduced TiO2 nanotube photocatalyst was fabricated by anodic oxidation of Ti plate, followed by an electrochemical reduction process using applied cathodic potential. For TiO2 photocatalyst electrochemically reduced using an applied voltage of -1.3 V for 10 min, 38% of Ti4+ ions on TiO2 surface were converted to Ti3+ ion. The formation of Ti3+ species leads to the decrease in the band gap energy, resulting in an increase in the light absorption ability in the visible range. To obtain better photocatalytic efficiency, Pd nanoparticles were decorated through photoreduction process on the surface of reduced TiO2 nanotube photocatalyst (r10-TNT). The Pd nanoparticles decorated with reduced TiO2 nanotube photocatalyst exhibited enhanced photocurrent response, and high efficiency and rate constant for aniline blue degradation; these were ascribed to the synergistic effect of the new electronic state of the TiO2 band gap energy induced by formation of Ti3+ species on TiO2, and by improvement of the charge transfer reaction.
The ozonation of sulfamethoxazole (SMX) was performed at 20℃ using a pilot scale countercurrent bubble column reactor. Ozonation systems were combined with UV irradiation and TiO2 addition. As the oxidation reaction proceeded in each treatment system, the pH of the sample decreased and in the O3/UV/TiO2 system, the pH change was the largest from 4.54 to 2.02. Under these experimental conditions, the scavenger impact of carbonate is negligible. The highest COD and TOC removal rate was observed in the O3/UV/TiO2 system due to the UV irradiation and the photocatalytic effect of TiO2. Also, the highest mineralization ratio(ε) value is 0.2 in the O3/UV/TiO2 system, which means theoxidation capacity of the systems. The highest SMX degradation rate constants calculated by COD and TOC values (COD and TOC) were 2.15 × 10-4 sec-1 and 1.00 × 10-4 sec-1 in the O3/UV/TiO2 system, respectively. The activation energy (Ea) of ozone treatment follows the Arrhenius law. It was calculated based on COD and TOC. Each activation energy decreased in order of single O3> O3/TiO2> O3/UV > O3/UV/TiO2 system. The result showed that ΔH≠ is more effective than ΔS≠ in each SMX ozontaionsystem, that is characteristic of the common oxidation reaction.
The physicochemical properties of crystalline titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) were investigated by comparing amorphous (amTiO2), anatase (aTiO2), metaphase of anatase-rutile (arTiO2), and rutile (rTiO2) NPs, which were prepared at various calcination temperatures (100℃, 400℃, 600℃, and 900℃). X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analyses confirmed that the phase-transformed TiO2 had the characteristic features of crystallinity and average size. The surface chemical properties of the crystalline phases were different in the spectral analysis. As anatase transformed to the rutile phase, the band of the hydroxyl group at 3,600-3,100 cm-1 decreased gradually, as assessed using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). For ultraviolet-visible (UV-Vis) spectra, the maximum absorbance of anatase TiO2 NPs at 309 nm was blue-shifted to 290 nm at the rutile phase with reduced absorbance. Under the electric field of capillary electrophoresis (CE), TiO2 NPs in anatase migrated and detected as a broaden peak, whereas the rutile NPs did not. In addition, anatase showed the highest photocatalytic activity in an UV-irradiated dye degradation assay in the following order: aTiO2 > arTiO2 > rTiO2. Overall, the phases of TiO2 NPs showed characteristic physicochemical properties regarding size, surface chemical properties, UV absorbance, CE migration, and photocatalytic activity.
본 연구에서는 상온 조건에서 추가적인 에너지원 없이 H2 산화가 가능한 Pd/TiO2 촉매를 제조하였고, 지지체인 TiO2의 비표면적은 Pd/TiO2 촉매의 H2 산화 반응 성능과 비례하지는 않은 것을 확인하였다. 또한 촉매의 물성 변화에 의한 성능 영향 평가를 위하여 La2O3를 Pd/TiO2 촉매에 첨가하였다. La2O3를 TiO2에 함량별로 첨가하여 Pd/La2O3-TiO2를 제조하였고, CO chemisorption 분석을 진행하였다. Pd/TiO2(G) 촉매의 전환율(14% at 0.5% H2)과 비교하여 Pd/La2O3-TiO2 촉매가 74% 전환율로 5배 이상의 성능 증진이 나타났다. Pd/La2O3-TiO2 촉매는 활성금속인 Pd의 metal dispersion이 클수록 H2 산화반응에 유리한 것으로 분석되었다. 하지만 첨가되는 La2O3가 10%를 초과하게 되면 촉매 성능이 다시 감소하는 것을 알 수 있었다. 마지막으로 Pd/La2O3-TiO2 촉매의 물성이 지배적인 영향을 미치는 것은 주입되는 H2가 0.3~0.5% 농도 조건까지이며, 1% 이상의 H2 농도부터는 물질전달이 촉매 반응속도를 지배하는 것으로 판단된다.
We fabricated 3 types of ETL, mp TiO2, ZnO, and ZnO coated on mp TiO2(ZMT) to compare the photoelectric conversion efficiency (PCE) and fill factor (FF) of Perovskite solar cells. The structure of the cells was FTO/ETL/Perovskite (CH3NH3PbI3)/spiro-MeOTAD/Ag. SEM morphology assessment of the ETLs showed that mp TiO2 was porous, ZnO was flat, and the ZMT porous surface was filled with a thin layer. Via XRD measurements, the crystal structures of mp TiO2 and ZnO ETL were found to be anatase and wurtzite, respectively. The XPS patterns showing energy bonding of mp TiO2, ZnO, and ZMT O 1s confirmed these materials to be metal oxides such as ETL. The electrical characteristics of the Perovskite solar cells were measured using a solar simulator. Perovskite solar cells with ZMT ETL showed showed PCE of 10.29 % than that of conventional mp TiO2 ETL devices. This was considered a result of preventing Perovskite from seeping into the ETL and preventing recombination of electrons and holes.
For the purpose of manufacturing a high efficiency TiO2 photocatalyst, B-doped TiO2 photocatalysts are synthesized using a plasma electrolytic oxidation method in 0.5 M H2SO4 electrolyte with different concentrations of H3BO3 as additive. For the B doped TiO2 layer fabricated from sulfuric electrolyte having a higher concentration of H3BO3 additive, the main XRD peaks of (101) and (200) anatase phase shift gradually toward the lower angle direction, indicating volume expansion of the TiO2 anatase lattice by incorporation of boron, when compared with TiO2 layers formed in sulfuric acid with lower concentration of additive. Moreover, XPS results indicate that the center of the binding energy peak of B1s increases from 191.45 eV to 191.98 eV, which suggests that most of boron atoms are doped interstitially in the TiO2 layer rather than substitutionally. The B doped TiO2 catalyst fabricated in sulfuric electrolyte with 1.0 M H3BO3 exhibits enhanced photocurrent response, and high efficiency and rate constant for dye degradation, which is ascribed to the synergistic effect of the new impurity energy band induced by introducing boron to the interstitial site and the improvement of charge transfer reaction.
전기자동차(EV) 및 중대형 에너지 저장 장치(ESS)의 활용을 위한 차세대 에너지 저장 장치에 대한 요구가 증가함에 따라, 높은 출력 및 안정성 등의 특성을 갖는 리튬 이온 전지 개발이 시급한 과제로 떠오르고 있다. 리튬 이온 이차 전지의 성능은 주로 전극 재료의 물리/화학적 특성에 의해 결정되는데, TiO2는 우수한 안정성 및 높은 안정성, 친환경적 특성으로 인해 현재 상용화된 탄소계 음극재를 대체할 수 있는 물질로 높은 관심을 받고 있다. 특히, 양극산화를 통해 제조된 자기 정렬된 TiO2 마이크로 및 나노 구조는 차세대 리튬 이온 이차 전지의 유망한 음극 소재 물질로 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 총설 논문에서는 양극산화를 통한 TiO2 나노 튜브 및 마이크로콘 구조 메커니즘 및 구조 발달에 영향을 미치는 인자에 대한 설명을 다루었다. 또한, TiO2의 낮은 전기전도도 및 용량 한계를 극복하기 위한 TiO2 기반 복합체를 리튬 이온 이차 전지의 음극재로 활용한 연구를 소개하였다.
In this study, the phase and electrochemical properties of Co and Ti substituted layered perovskites SmBaCo2-xTixO5+d (x=0.5, 0.7, 1.0, 1.1, 1.3, and 1.5) were analyzed, and their application as electrodes in solid oxide fuel cells (SOFCs) were evaluated. After calcination at 1300℃ for 6 h, a single phase was observed for two compositions of the SmBaCo2-xTixO5+d oxide system, SmBaCoTiO5+d (x=1.0) and SmBaCo0.9Ti1.1O5+d (x=1.1). However, the phases of SmBaCoTiO5+d (SBCTO) and SmTiO3 coexisted for compositions with x≥1.3 (Ti content). In contrast, for compositions of x≤0.7, the SmBaCo2O5+d phase was observed instead of the SmTiO3 phase. To evaluate the applicability of these materials as SOFC electrodes, the electrical conductivities were measured under various atmospheres (air, N2, and H2). SBCTO exhibited stable semi-conductor electrical conductivity behavior in an air and N2 atmosphere. However, SBCTO showed insulator behavior at temperatures above 600℃ in a H2 atmosphere. Therefore, SBCTO may only be used as cathode materials. Moreover, SBCTO had an area specific resistance (ASR) value of 0.140 Ω·cm2 at 750℃.
본 연구에서는 다섯 종의 씨앗(춘채, 아욱, 양배추, 배추, 당근)을 이용하여 금속산화물 나노입자(CuO, NiO, Fe2O3, Co3O4, TiO2, ZnO)들이 씨앗발아와 발아지수에 미치는 영향을 조사하였다. CuO, ZnO, NiO 나노입자는 씨앗 활성에 뚜렷한 독성 영향을 나타내었으며, 나노입자종류에 따라 상이한 민감도를 나타내었다. 각 나노입자에 대한 독성순서(EC50 범위)는 다음과 같다: CuO 6~27 mg/L > ZnO 16~86 mg/L > NiO 48~112 mg/L. 나머지 조사 대상 나노입자인 Co3O4, TiO2, Fe2O3은 최대 1,000 mg/L 높은 농도 노출에도 뚜렷한 영향을 나타내지 않았다. 씨앗별 상이한 민감도를 나타내었으며, 가장 민감한 종인 아욱의 씨앗발아 EC50은 CuO 5.5 mg/L ZnO 16.4 mg/L, NiO 53.4 mg/L로 조사되었다. 씨앗별 나노입자에 대한 독성 영향은 CuO > ZnO > NiO > Fe2O3 ≈ Co3O4 ≈ TiO2 나타났으나, 당근씨앗은 NiO [EC50 80.4(71.41~90.54) mg/L]와 ZnO [EC50 85.8(69.31~106.29) mg/L]가 유사한 독성을 나타내었다.
본 연구에서는 SnO2 nanoparticles (NPs) 위에 TiO2 NPs를 코팅하여 Quantum Dots Light Emitting Diodes (QLEDs)를 제작하였다. TiO2 NPs는 SnO2 NPs보다 conduction band minimum (CBM) 준위가 낮다. 따라서 SnO2 층과 발광층의 CBM 준위 사이에 위치해 에너지 장벽을 감소시키고, 전자의 이동을 원활하게 할 것으로 예상하였다. QLEDs는 inverted 구조로 제작되었으며, SnO2 단일층을 사용한 경우보다 발광 특성이 향상된 것을 확인하였다. 이중 전자수송층을 적용한 이번 연구를 통해 SnO2를 QLEDs에 전자수송층으로 적용할 수 있을 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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