[논문 리뷰] Formic Acid Decomposition Using Synthesized Ag/TiO2 Nanocomposite in Ethanol-Water Media Under Illumination of Near UV Light

Ehsan Pipelzadeh, Maryam Derakhshan외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 22.

TiO2 Photocatalysis and Solar Cells인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 근적외선 빛(365 nm) 하에서 에탄올-물 매질에서 합성된 Ag/TiO2 나노복합체의 광촉매 작용을 통해 포름산 분해를 조사한다. 에탄올은 정공 캐스크로 작용하여 Ag+의 환원을 촉진하며, 0.05 wt.% Ag 함량을 가지며 300°C에서 소성 처리한 조건에서 최적의 성능을 보였으며, 초기 분해 속도가 가장 높고 상업적 P25 TiO2보다 뛰어난 활성을 보였다.

ABSTRACT

The effect of ethanol-water media on the synthesis of Ag/TiO2 nanocomposite was investigated with 0.05, 0.1 and 0.5 (wt.%) of Ag content. Ethanol was used as hole-scavenger enhancing the photodecomposition of Ag+ ions under illumination of near-UV light. The nanocomposites were further calcined to 33C and 400C under controlled atmosphere. The synthesized nanocomposites were tested for photocatalytic efficiency decomposing formic acid as an organic pollutant under irradiation of a 4W near UV lamp with lmax at 365nm and the results were compared with that of nan-modified commercially available Degussa TiO2 (P25). The synthesized nanocomposites were characterized using XRD and SEM micrographs. The photocatalytic studies have revealed a constant overall performance for all synthesized nanocomposites. The initial rate of decomposition was observed to increase with decreasing Ag content, in the case of 0.05 wt.% having the best initial rate. Calcination of the nanocomposites was found to have activating properties on the synthesized nanocomposites where nanocomposite with 0.05 (wt.%) Ag content calcined at 300°C was distinctively advantageous over other calcined nanocomposites.

연구 동기 및 목표

• 유기 오염물 제거를 위한 저비용·고효율 광촉매 개발을 목적으로 한다.
• 에탄올-물 매질이 Ag/TiO2의 합성 및 광촉매 성능에 미치는 영향을 조사한다.
• 광촉매 활성을 향상시키기 위해 Ag 도핑 농도와 소성 온도를 최적화한다.
• 동일 조건에서 합성한 Ag/TiO2의 성능을 상업용 Degussa P25 TiO2와 비교한다.

제안 방법

• 다양한 Ag 농도(0.05, 0.1, 0.5 wt.%)를 가진 에탄올-물 매질을 사용하여 Ag/TiO2 나노복합체를 합성한다.
• Ag+ 이온의 광분해를 유도하기 위해 4W 근적외선 램프(λmax = 365 nm)를 조사한다.
• 결정성과 안정성을 향상시키기 위해 제어된 분雰 분위기 하에서 300°C 및 400°C에서 나노복합체를 소성한다.
• XRD 및 SEM을 통해 상 조성과 형태를 확인한다.
• 자외선 조사 하에서 포름산 분해 속도를 모니터링하여 광촉매 시험을 수행한다.
• 기준으로 상업용 Degussa P25 TiO2를 사용하여 결과를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Ag 도핑 농도(0.05–0.5 wt.%)가 포름산 분해에서 TiO2의 광촉매 효율성에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 에탄올이 Ag/TiO2 나노복합체의 합성 및 성능에 미치는 역할은 무엇인가?
• RQ3 소성 온도(300°C 대비 400°C)가 Ag/TiO2의 광촉매 활성에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 합성한 Ag/TiO2는 근적외선 조건에서 상업용 P25 TiO2보다 포름산 분해 성능이 뛰어나게 되는가?
• RQ5 최대 광촉매 활성을 얻기 위한 Ag 농도와 소성 온도의 최적 조합은 무엇인가?

주요 결과

• 포름산의 초도 분해 속도는 Ag 농도가 감소함에 따라 증가하여 0.05 wt.% Ag에서 최고 수준에 도달했다.
• 300°C에서 소성한 0.05 wt.% Ag 나노복합체가 가장 높은 광촉매 활성을 보였으며, 다른 소성 처리된 샘플보다 뛰어났다.
• 모든 합성된 Ag/TiO2 나노복합체는 다양한 Ag 농도에서도 일관된 전반적인 성능을 보였다.
• 합성 매질에 포함된 에탄올은 효과적인 정공 캐스크로 작용하여 자외선 조사 하에서 Ag+의 환원을 향상시켰다.
• 300°C에서 소성한 0.05 wt.% Ag 샘플은 상업용 P25 TiO2보다 뛰어난 성능을 보였다.
• XRD 및 SEM 분석을 통해 TiO2 기반체에 잘 분산된 Ag 나노입자가 형성되었으며, 소성 처리 후 결정성이 향상됨을 확인하였다.