6. TiO2 광촉매에 의한 분자의 분해

목차

1. 서론
2. 실험 이론
3. 실험 기구 및 시약
4. 실험 방법
5. 실험결과
6. 고찰 및 결론
7. 참고문헌

본문내용

1. 서론
넓은 띠 간격 반도체의 광촉매적 역할을 이해하고, TiO2 콜로이드를 광촉매로 하여 유 해한 염료 분자인 말카이트 그린(malachite green)을 분해할 때의 과정을 가시광선 흡수 스펙트럼이 사라지는 것을 관찰하면서 추적한다.

2. 실험 이론

산화타이타늄(TiO2)은 다양한 응용성을 띤 반도체이다. 흰색 페인트의 주요 원료로서 1991년 한해를 기준으로 할 때 연간 3000만 톤이나 생산되기도 하였으며, 그 외ㅔ 화장품을 제조하는 데에도 중요한 역할을 한다. 또한 TiO2는 띠간격이 약 3.2eV에 달하는 넓은 띠간격 반도체 부류에 속하여 360nm 이하의 파장을 잘 흡수한다. 흡수된 빛은 전도띠에 전자(electron)와 가전자띠에 정공(hole)을 생성시켜, 이들은 주위의 흡착된 분자들에 산화환원 반응을 유발한다.

- 광촉매 반응(photocatalytic reaction)
빛의 도움으로 진행하는 촉매 반응. 그 반응계에서는 촉매가 공존하여, 그것만으로는 반응이 진행하지 않거나 또는 느린 경우에 빛을 비춤으로써 그 반응이 촉진되는 경우를 뜻하는데, 다만 빛의 흡수에 따른 열적 효과에만 의하는 것은 제외한다. 반응계의 외부에서 빛의 에너지가 가해지므로 반응계 자체로서는 자유 에너지가 감소하도록 반응이 진행하는 경우도 있고, 결과적으로는 증대하는 경우도 있다. 촉매의 작용은 밫의 도움을 받아 활성종을 만들어서 그 결과 반응이 진행하는 경우도 있고, 촉매가 빛 증감제와 마찬가지 작용을 하는 경우도 있다.

TiO2의 이러한 광촉매적인 역할은 태양열을 이용한 전기에너지의 생성, 광합성, 혹은 유해한 무기물질의 정화 등을 위해 응용할 수 있는 가능성을 보여주며 많은 연구가 추진되고 있다.

이번 실험에서 사용하는 TiO2는 지름이 약 20nm 정도에 불과한 미세한 입자들이다. 이러한 미세한 입자들을 양자구슬(quantum dot), 나노입자(nanoparticle), 콜로이드(colloid) 등으로 불려 오고 있다. 이러한 미세입자가 수용액에서 어떤 역할을 할 때 흔히 콜로이드라고 한다. 그리므로 이를 TiO2 콜로이드라고 하겠다. 입자의 크기가 매우 작으면 그만큼 표면적이 커지므로 광촉매 활성이 커질 것으로 기대할 수 있다.

참고자료

· Silbey, Alberty, Bawendi, 물리화학, 2006, 자유아카데미, p.704, 938
· 영남대학교 화학과, 교양학부, 일반화학실험, 2015, 자유아카데미, p. 7~13
· Ethanol – 안전보건공단 화학물질정보 MSDS,
· 2021년 04월 11일, msds.kosha.or.kr/kcic/msdsdetail.do
· 증류수 – 안전보건공단 화학물질정보 MSDS,
· 2021년 04월 11일, msds.kosha.or.kr/kcic/msdsdetail.do