nano tio2 의 성질과 합성, 응용

소개

나노화학시간에 나노tio2에 관한 전반적인 성질, 합성, 응용에 대해 발표한 자료입니다
모두 제가만들었고, 파워포인트 자료또한 제가 직접 만든거라 애니매이션 그대로가능합니다
각 파워포인트밑에는 발표할때 대본으로쓰인 설명이있습니다

목차

1. TiO2

2. TiO2 Nanoparticles

3. Properties of Nano-TiO2
가. Structure
나. Electronic
다. Optical
라. Photocatalytic
마. Hydrophilicity

4. Synthesis of Nano-TiO2
가. Sol-gel
나. Hydrothermal

5. Application of Nano-TiO2
가. Photocatalyst
나. Dye Sensitive Solar Cell

6. Doping
가. With semiconductor
나. With metal
다. With N

본문내용

목차는 tio2 성질과 합성 응용, 도핑 순서로 진행하겠습니다.
N-type 반도체인 tio2는 가전자대와 전도대를 가지고 있고, 산소결함으로 인해 donor 준위를 갖고 있습니다.
Tio2는 넓은 밴드갭을 갖고있어 600nm 정도의 UV의 영역의 빛을 흡수하는데
이렇게 빛을 받으면 정공과 전자가 생성됩니다. 이렇게 생성된 정공과 전자는 각각 산화,환원에 이용되기도 하고, 서로 재결합하기도 합니다.

파티클의 사이즈가 작아질 경우 작은 사이즈로 인해 이전자와 정공을 하나로 묶여진 쌍으로 표현할 수 있고 이것을 엑시톤이라고 합니다.

이 엑시톤사이의 거리의 반지름을 엑시톤 보어 라디우스 라고 합니다.
이 엑시톤 보어 라디우스 이상의 크기에서는 전자와 정공이이 자유전자처럼 행동하기 때문에 퀌텀사이즈 이펙트가 나타나지 않습니다. 표에 보시는 것처럼 tio2는 다른 물질과 다르게 엑시톤라디우스가 상당히 작아 대략 2nm 이하의 사이즈를 갖지 않는이상
퀌텀 사이즈 이펙트가 나타나지 않습니다
따라서 시중에 이용되는 나노 tio2는 벌크상태의 tio2의 성질을 갖는것입니다.

<중 략>

전자 포집 능력이 뛰어난 금속을 도핑하는 것으로 대표적인 금속으로 은, 금, 백금등이 있습니다.

Tio2에 산화,환원 전위를 갖는 금속이온을 도핑 시킬 경우
빛의 흡수로 인해 생긴 전자가 홀과 결합하지 않고 이 금속들이 전자를 포집하여 tio2 의 표면으로 유도합니다.
따라서 활성 산소를 쉽게 생성할 수 있도록 해주고 생성된 전자와 정공의 재결합 속도를 지연해줍니다.
또한 밴드갭 내에 에너지 준위가 낮은 전자대를 형성하게 함으로써
가시광선도 흡수할 수 있도록 해줍니다


도핑 된 금속이온의 농도에는 최적의 값이 존재하며 이 이상의 농도로 도핑하면 광촉매 활성 감소한다는 연구결과가 있습니다.
그리고 금속과의 도핑은
TiO₂의 표면적을 넓히기 위해, 혹은 반응물의 흡착력을 높이기 위해도 사용됩니다.

참고자료

· Nanoscience and nanotechnologies / Aarhus University, Denmark / Luisa Filipponl
· Carbonaceous nanomaterials for the enhancement of TiO2 photocatalysis / Institute for Materials Research, University of Leeds, Leeds, LS2 9JT, UK / Rowan Leary, Aidan Westwood
· The electronic structure and optical response of rutile, anatase and brookite TiO2 / Lehrstuhl Theoretische Physik, University at Paderborn, D-33095 Paderborn, Germany / M Landmann, E Rauls and W G Schmidt
· Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications / Lawrence Berkeley National Laboratory, and University of California, Berkeley, California / Xiaobo Chen* ad Samuel S. Mao
· Preparation and Characterization of Antibacterial TiO2 Nano-particle Using Sol-gel and Hydrothermal Process / G. H. Kim, W. J. Lee, S. H. Lee, Insoo Kim