양극 산화 공정을 이용한 양 끝이 열린 $TiO_2$ 나노튜브 배열의 제조와 광촉매 응용에 대한 연구

Abstract

$TiO_2$ 는 풍부한 매장량, 화학적 안정성, 저렴한 가격과 넒은 밴드갭 에너지 (3.2 eV) 등 많은 장점을 가지고 있다. 이러한 이유로, $TiO_2$ 는 광촉매, 태양 전지, 가스 센서, 슈퍼캐패시터 등 다양한 연구 분야에 응용되고 있다. $TiO_2$ 광촉매 응용은 환경친화성과 지속성 에너지의 근원으로 주목 받고 있다. 특히, 폐수의 정수 응용은 광촉매의 중요한 응용 분야 중 하나이며, 현재와 미래를 위해 해결해야 할 전 세계적 과제이다. 본 연구에서는, $TiO_2$ 의 광촉매 특성을 최대화 시키기 위해 높은 표면적과 통과하는 구조를 가지는 수직 정렬된 양 끝이 열린 $TiO_2$ 나노튜브 배열이 사용되었다. 또한, n-type $TiO_2$ 와 p-n junction을 이루어 내부 전기장으로 전하 이동의 효율과 전자와 홀의 분리를 개선하는 p-type NiO 나노입자들을 양 끝이 열린 $TiO_2$ 나노튜브 배열에 증착시켰다. 양 끝이 열린 $TiO_2$ 나노튜브 배열은 저온 전이전압 2단계 양극 산화 공정을 통해 제조되었다. 전해질의 조성변화가 $TiO_2$ 나노튜브 배열의 크기에 미치는 영향을 분석하고 큰 diameter와 긴 길이를 가지는 $TiO_2$ 나노튜브 배열을 얻기 위한 최적의 전해질 조성을 얻었다. NiO 나노입자들은 양 끝이 열린 $TiO_2$ 나노튜브 배열에 chemical bath deposition과 chemical vacuum deposition으로 증착되었다. 증착 조건은 chemical vacuum deposition이 chemical bath deposition보다 좋았다. Chemical vacuum deposition으로 제조된 양 끝이 열린 NiO/$TiO_2$ 나노튜브 배열의 광촉매 작용은 methylene blue (MB)의 광촉매 분해로 측정되었다. 양 끝이 열린 NiO/$TiO_2$ 나노튜브 배열의 광촉매 효율은 양 끝이 열린 $TiO_2$ 나노튜브 배열과 NiO/$TiO_2$ thin film보다 더 좋았다.