[물리화학실험] 3. TiO_2 광촉매에 의한 분자의 분해 (보고서 점수 A+)

소개

"[물리화학실험] 3. TiO_2 광촉매에 의한 분자의 분해 (보고서 점수 A+)"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험제목
2. 실험날짜
3. 실험목적
4. 이론.
5. 실험기구 및 시약
6. 실험방법
7. 참고사항
8. 실험결과
9. 토의

본문내용

1. 실험제목
TiO2 광촉매에 의한 분자의 분해

2. 실험날짜
2023년 9월 22일

3. 실험목적
넓은 띠 간격 반도체의 광촉매 역할을 이해하고, 산화티타늄 콜로이드를 광촉매로 유해한 염료 분자인 malachite green을 분해할 때 그 과정을 가시광선 흡수 스펙트럼이 사라지는 것을 관찰하면서 광분해 반응을 관찰한다.

4. 이론.
1) 실험 기초 이론
산화티타늄(TiO2)은 다양한 응용성을 땐 반도체이다. 흰색 페인트의 주요 원료로서 1991년 한 해를 기준으로 할 때 연간 3000만 톤이나 생산되기도 하였으며, 그 외에도 화장품을 제조하는 데에도 중요한 역할을 한다. 또한 TiO2는 띠 간격이 약 3.2 ev에 달하는 넓은 띠 간격 반도체 부류에 속하여 360 nm 이하의 파장을 잘 흡수한다. 흡수된 빛은 전도띠에 전자(electron)와 원자가 띠에 정공(hole)을 생성시켜, 이들은 전도띠 주위의 흡착된 분자들에 산화환원 반응을 유발한다(그림 21.1, 참고 문헌 1 참조).
Ti02→ hve- + h+

TiO2의 이러한 광촉매적인 역할은 태양열을 이용한 전기에너지 생성, 광합성, 혹은 유해한 무기물질의 정화 등을 위해 응용할 수 있는 가능성을 보여 주며 많은 연구가 진행되고 있다.
이번 실험에서 사용하는 TiO2는 지름이 약 20 nm 정도에 불과한 미세한 입자들이다. 이러한 미세한 입자들은 양자 구슬(quantumn dot), 나노입자(nanoparticle), 콜로이드(colloide) 등으로 불려오고 있다. 이러한 미세입자가 수용액에서 어떤 역할을 할 때 콜로이드라고 하므로 TiO2를 콜로이드로 볼 수 있다. 입자의 크기가 매우 작으면 그만큼 표면적이 커지므로 광촉매 활성이 커질 것으로 기대할 수 있다.

참고자료

· 출처[1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Photocatalysis
· 출처[2]: Daniel C. Harris, Cherles A. Lucy. Quantitative chemical analysis. 제10판, 2020, 자유아카데미, p.509.