저온수열공정을 이용하여 합성한 bismuth oxychloride에 Au 나노 입자 첨가 시 광분해능 특성에 대한 연구

Abstract

P-type 반도체 물질인 bismuth oxychloride (BiOCl)는 광촉매 재료로 대두되고 있다. BiOCl은 구조적으로 chloride와 oxygen이 서로 약한 vander waals force로 형성되어 표면적을 극대화 시키게 된다. 때문에 빛에 노출되는 부분이 많아지게 되어서 광촉매로 각광받기 시작했다. 반도체 물질 이외에도 플라즈몬 금속인, Au, Ag 또는 Pd이 광촉매로 이용되고 있다. 다양한 유기오염물질을 분해하는 특성을 가진 이 광촉매는 가시광선을 최대로 흡수하고, 전자들을 발생시는 동시에, 전하 캐리어의 효과적인 분리를 야기시키는 쇼트키 장벽을 형성하게 된다. 이 연구에서는 광촉매 효율을 최대한으로 높이기 위하여 (BiOCl)와 플라즈몬 광촉매인 Au 나노 입자를 합성하였다. BiOCl은 저온에서 수열공정을 이용하여 합성하였고, Au 나노 입자는 Turkevish 방법을 이용하여 제조하였다. 미세구조를 통하여 합성된 BiOCl가 시트 형태로 존재하며, 그 시트 위에 Au 나노 입자가 안정하게 첨가되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 제조된 Au/BiOCl 분말은 Rhodamine B 염료용액을 이용하여 가시광선 영역에서 200분동안 완전히 광분해됨을 확인하였다. 기존의 순수 BiOCl 분말의 광분해능이 320분이었음을 확인하였을 때, Au를 첨가함으로 약 2배 정도의 광분해능 차이가 난 것을 알 수 있었다. 이는 BiOCl의 (001) 면이 광촉매 성능을 더 높였고, 표면 플라즈몬 공명 현상을 지니는 Au 특성에 따라 가시광선 영역에서 높은 광학 흡광도를 보여준 것을 확인할 수 있었다. 추가적으로 여기된 Au의 전자가 BiOCl의 전도대로 이동하여 기존 BiOCl보다 Au/BiOCl이 뛰어난 광촉매 효과를 나타내는 것을 볼 수 있었다. 이 연구를 통하여, 수열공정으로 저온에서 합성시킨 뛰어난 Au/BiOCl이 수질 정화 응용분야에 이용될 수 있음을 확인하였다.