Photo-catalytic Degradation on B-, C-, N-, and F Element co-doped TiO₂ under Visible-light Irradiation

B, C, N, F 원소 다중도핑된 TiO₂의 가시광 광촉매 분해 반응

In this study, boron, carbon, nitrogen and fluorine co-doped $TiO_{2}$ photocatalysts using tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEATFB) have been prepared by different heat treatment temperatures to decrease the band gap. To explore the visible light photocatalytic activity of the novel low‐zband gap $TiO_{2}$ photocatalyst, the removal of two dyes was investigated, namely, acridine orange and rhodamine B. XRD patterns demonstrate that the samples calcined at temperatures up to $800^{\circ}C$ clearly show anatase peaks. The XPS results show that all the doped samples contain N, C, B and F elements and the doped $TiO_{2}$ shows the shift in the band gap transition down to 2.98 eV as UV-DRS results. In these UV-Vis results, photocatalytic activity of the doped $TiO_{2}$ is 1.61 times better than undoped $TiO_{2}$. Specially, excellent photoactivity results were obtained in the case of samples treated at $700^{\circ}C$.

본 연구에서는 여러 가지 열처리 온도에서 다성분 도핑에 의한 광촉매의 밴드갭 저감 및 가시광 광분해 효과를 알아보고자 tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEATFB)로 B, C, N, F 등이 동시에 도핑된 $TiO_{2}$ 광촉매를 제조하였다. 도핑된 $TiO_{2}$ 광촉매가 가시광선영역에서 분해되는 정도를 확인하기 위해서 태양광에 조사하여 rhodamine B와 acridine orange로 염료분해 실험을 수행하였다. XRD 결과 $800^{\circ}C$ 이하에서 열처리된 $TiO_{2}$ 광촉매는 anatase 구조가 존재하고 있음을 알 수 있었다. XPS 분석을 통하여 광활성에 영향을 미치는 B, C, N, F의 결합구조를 확인하였고 UV-DRS 결과로부터 다성분 도핑된 $TiO_{2}$ 광촉매의 밴드 갭이 2.98 eV로 줄어든 것을 알 수 있었다. 다성분 도핑 $TiO_{2}$의 태양광 조사에 의한 UV-Vis 결과에서 acridine orange에 대한 광분해 효과가 도핑되지 않은 샘플에 비해 1.61배 증가함을 알 수 있었다. 특히, 다성분이 동시 도핑되고 $700^{\circ}C$에서 열처리된 샘플이 acridine orange과 rhodamine B 두 가지 염료 모두에서 가장 좋은 광분해 효과를 보여 주었다.