팔라듐 편재 도핑된 양극산화 타이타니아 나노튜브의 광촉매 물 분해 반응 응용 연구

초록

이타니아 나노튜브는 높은 촉매 활성과 내화학성 및 긴 전자-정공 쌍의 수명 특성을 나타내어 광촉매로 널리 사용되어 온 소재이다. 또한, 수소 및 산소 발생 준위가 band gap 사이에 위치하여 물 분해를 위한 광촉매 소재로 널리 연구되고 있다. 하지만 타이타니아의 넓은 band gap (약 3.2 eV)은 가시광선을 흡수하기 어렵기 때문에 전환 효율이 제한된다. 이에 도핑, 접합, 복합체 형성 등의 추가적인 기술을 통해 band gap을 줄이거나 표면 활성을 증가시켜 광촉매 활성을 높이고 가시광선 반응을 향상시켜 사용하는 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 전압충격법을 이용하여 양극산화 타이타니아 나노튜브 내부에 팔라듐을 도핑하여 광촉매로 사용함으로써 물 분해 반응의 효율을 증가시켰다. 전압충격법으로 도핑 시, 도핑된 팔라듐 농도가 타이타니아 나노튜브 내에서 편재되어 있으며, 이를 TOF-SIMS profile을 통해 확인하였다. 또한, 이와 같은 현상이 발생할 때, 타이타니아 나노튜브 안에서 p-n 접합이 형성되는 것을 XPS 분석 및 DFT 계산을 통하여 확인하였고, 이에 따라 태양광에서의 광촉매 물 분해 효율이 순수한 양극산화 타이타니아 나노튜브보다 약 250배 향상되었다.