가시광 활성을 갖는 TiO2/FexOy 광촉매 박막의 제조 및 트겅

Abstract

광촉매는 밴드갭 에너지 이상의 에너지를 갖는 빛을 흡수하여 주변 물질의 산화/환원 반응이 쉽게 일어나도록 촉매작용이 일어나는 반응을 가지는 물질로 환경 정화소재 및 에너지원으로서 관심이 급격하게 증가하고 있는 추세이다. TiO2는 화학적 안정성 및 뛰어난 광분해 반응으로 다양한 광촉매 중 가장 널리 상용하고 있는 물질이나, 광분해 반응이 자외선 영역으로 제한되기 때문에 이를 극복하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 전해산화와 알칼리 에칭 후처리 공법을 이용하여 가시광에서도 뛰어난 광분해 활성을 나타내는 광촉매 박막을 제조하였으며, 박막의 특성을 분석하였다. 철 산화물은 TiO2보다 밴드갭 에너지가 낮아 가시광 흡수에 유리하기 때문에 철 산화물과 TiO2의 복합화합물로 구성된 박막을 제조하기 위하여 플라즈마 전해산화 시 FePO4가 첨가된 전해액을 사용하였으며, FePO4에 의한 효과를 비교하기 위하여 K3PO4가 첨가된 전해액을 사용하였다. 또한, 플라즈마 전해산화 공정으로 제조된 박막의 광촉매 특성을 높이기 위해서 알칼리 에칭 후처리 공정을 적용하여 표면 조직을 나노로드 조직으로 에칭하였다. 철 산화물이 함유된 코팅층은 철 산화물이 함유되지 않은 코팅층보다 알칼리 에칭 후처리 공정 후 표면적이 더 넓어졌음을 SEM분석을 통하여 확인하였으며, X-선 광전자 분광기를 통하여 K3PO4 전해액에서 형성된 박막은 TiO2로 구성됨을 확인하였으며, FePO4 전해액에서 형성된 박막은 TiO2외에 Fe2O3와 Fe3O4가 새롭게 생성되었다. 또한, 알칼리 에칭 후처리 전/후의 조직의 상은 변함이 없었다. 산화철이 함유되지 않은 박막의 밴드갭 에너지는 3.0~3.2 eV 이었으나, 산화철이 함유되어 밴드갭 에너지가 2.11 eV로 좁아졌으며, 이는 가시광의 흡수량의 증가로 이어졌다. 메틸렌블루 용액의 광분해 실험을 통해본 각각의 박막의 특성은 산화철이 포함된 박막이 포함되지 않은 박막보다 자외선과 가시광 모두에서 우수하였다.