Ball-Mill 공정에 의해 제작한 TiO2/WO3 광촉매 화합물의 특성

Abstract

환경오염에 대한 심각성이 커지면서 광촉매를 이용한 살균 방식에 관심이 증가하고 있다. 광촉매는 밴드갭 이상의 빛 에너지를 받아 산화, 환원 반응이 일어나며, 수산화라디칼을 형성하여 살균 반응이 일어난다. 광촉매 중에서 화학적 안정성이 높고 가격이 저렴한 TiO2가 가장 대표적인 광촉매로 꼽힌다. 하지만, TiO2는 3.2 eV의 큰 밴드갭과 전자-정공 쌍의 높은 재결합율로 단일 광촉매로는 한계가 존재하여 도핑 또는 합성을 통해 살균 효율을 높인다. 본 연구는 TiO2와 WO3의 합성을 통하여 살균 효율을 높이고자 한다. TiO2/WO3는 Ball-Mill 공정과 열처리를 거쳐 제작하였다. WO3 함량과 열처리 온도에 따른 TiO2/WO3의 표면 몰포로지, 물질 조성, 분자 진동, 흡광도 특성을 조사하기 위해 FE-SEM, HR-XRD, Raman Microscope, XPS, BET 그리고 UV-Vis/NIR Spectrometer를 사용한 분석을 진행하였다. 광촉매 화합물에서 WO3는 TiO2의 격자 내부로 유입되어 Wx-Ti1-x-O2 고용체 형태로 존재함을 확인하였다. WO3의 함량이 증가함에 따라 결정격자로부터 WO3의 입자가 용출된다. 일정 함량의 WO3은 Anatase 상의 Rutile 상으로 전이를 억제하고 광촉매 화합물의 밴드갭을 TiO2보다 감소시켜 광촉매 살균 효과를 향상시킨다. 하지만, 400 ℃ 열처리 조건에서 WO3 함량이 5 wt.%를 초과할 경우 Wx-Ti1-x-O2에서 용출된 WO3에 의해 입자의 크기가 증가하고 광촉매 활성이 떨어진다. 이러한 결과를 토대로 Ball-Mill 공정을 거친 열처리 온도에 따른 TiO2/WO3 이형 이종접합 관찰을 통해 열처리 온도와 WO3의 함량에 따른 광촉매 특성을 제시할 수 있다.