Cr(VI)에 대한 높은 보임빛촉매환원특성을 가진 3원Bi/Bi₂WO₆/무정형Bi₄V₂O₁₁이질이음빛촉매의 합성

최근에 김일성종합대학 첨단기술개발원의 연구자들은 한단계 유기용매열법을 리용하여 높은 보임빛촉매활성을 가진 새형의 3원Bi/Bi₂WO₆/무정형Bi₄V₂O₁₁이질이음빛촉매를 합성하였다.

3원이질이음은 금속Bi와 Bi₂WO₆나노립자들이 무정형Bi₄V₂O₁₁박편우에 부착된 구조로 되여있다.(그림 1)

3원Bi/Bi₂WO₆/무정형Bi₄V₂O₁₁이질이음빛촉매는 단일Bi₄V₂O₁₁ 및 단일Bi₂WO₆에 비해서 중금속이온인 Cr(Ⅵ)의 보임빛환원과 메틸렌청(MB)의 보임빛분해에서 훨씬 높은 빛촉매활성을 보여주었다.(그림 2)

그림 1. 3원이질이음빛촉매의 TEM사진 ㄱ) 저분해능TEM사진, ㄴ) 제한시야전자에돌이무늬, ㄷ) HRTEM사진

그림 2. 보임빛쪼임하에서 Cr(Ⅵ)의 빛촉매환원과 MB에 대한 빛촉매분해률곡선 ㄱ) Cr(Ⅵ), ㄴ) MB

또한 3원이질이음빛촉매는 5회의 순환빛분해실험후에도 Cr(Ⅵ)에 대한 빛촉매환원에서 높은 순환안정성을 보여주었다.(그림 3)

그림 3. 3원이질이음빛촉매의 Cr(Ⅵ)에 대한 순환빛촉매환원실험결과

UV-vis DRS분석을 통하여 합성한 3원Bi/Bi₂WO₆/무정형Bi₄V₂O₁₁이질이음빛촉매(B-BWV-A-64시편)가 금속Bi나노립자의 SPR효과로 인하여 보임빛과 근적외선범위에서 높은 빛흡수능력을 가진다는것을 확증하였다.(그림 4)

그림 4. 합성시편들의 UV-vis DRS스펙트르

3원Bi/Bi₂WO₆무정형Bi₄V₂O₁₁이질이음빛촉매에서 빛촉매활성이 현저하게 높아진 주요원인은 합리적인 이질이음구조의 형성과 무정형Bi₄V₂O₁₁의 고유전자포획특성으로 하여 빛려기전하나르개들의 분리 및 이동효과가 제고되고 금속Bi나노립자의 SPR효과에 의하여 빛흡수능력이 강화된데 있다고 볼수 있다.(그림 5)

그림 5. 3원Bi/Bi₂WO₆/무정형Bi₄V₂O₁₁이질이음빛촉매의 빛촉매반응물림새

구체적인 연구내용은 잡지 《CATALYSIS LETTERS》에 《The synthesis of a novel ternary 3원Bi/Bi₂WO₆/amorphous Bi₄V₂O₁₁ heterojunction photocatalyst with enhanced visible-light-driven photocatalytic reduction of Cr(VI)》(https://doi.org/10.1007/s10562-022-04216-8)의 제목으로 출판되였다.