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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.29 No.2 pp.79-86
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2019.29.2.79

Diameter-Controllable Synthesis and Enhanced Photocatalytic Activity of Electrospun ZnO Nanofibers

Myeong-Jun Ji, Jaehyun Yoo, Young-In Lee†
Department of Materials Science and Engineering, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 02822, Republic of Korea
Corresponding author E-Mail : youngin@seoultech.ac.kr (Y.-I. Lee, Seoul Nat’l Univ. of Sci. and Tech.)
November 7, 2018 December 13, 2018 December 15, 2018

Abstract


A heterogeneous photocatalytic system is attracting much interest for water and air purification because of its reusability and economical advantage. Electrospun nanofibers are also receiving immense attention for efficient photocatalysts due to their ultra-high specific surface areas and aspect ratios. In this study, ZnO nanofibers with average diameters of 71, 151 and 168 nm are successfully synthesized by facile electrospinning and a subsequent calcination process at 500 °C for 3 h. Their crystal structures, morphology features and optical properties are systematically characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, UV-Vis and photoluminescence spectroscopies. The photocatalytic activities of the ZnO nanofibers are evaluated by the photodegradation of a rhodamine B aqueous solution. The results reveal that the diameter of the nanofiber, controlled by changing the polymer content in the precursor solution, plays an important role in the photocatalytic activities of the synthesized ZnO nanofibers.



전기방사를 이용하여 제조된 산화아연 나노섬유의 직경제어 및 광촉매 특성

지 명준, 유 재현, 이 영인†
서울과학기술대학교 신소재공학과

초록


    National Research Foundation of Korea
    2018R1D1A1B07048149

    Ministry of Science, ICT and Future Planning

    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1. 서 론

    광촉매(photocatalyst) 기술은 무한한 에너지로 간주할 수 있는 태양광을 이용하여 대기질 및 수질을 친환경적 으로 정화할 수 있는 경제적인 방법이다.1) 광촉매로 활 용할 수 있는 다양한 산화물 반도체 중 산화 아연(zinc oxide, ZnO)은 3.37 eV의 넓은 밴드 갭(band gap)과 약 60meV의 큰 엑시톤 결합 에너지(exciton binding energy) 를 갖는 직접 천이 반도체로써, 압전(piezoelectric) 소자, 광학 코팅, 가스 센서, 광전자 소자 및 광촉매로의 응 용이 가능한 소재이다.2) 또한 높은 물리, 화학적 안정성 과 낮은 독성을 나타내며, 낮은 가격으로 광촉매 기반 환경 정화 분야에 적합한 소재이다.3)

    광촉매에 의한 정화 과정은 선택된 소재의 띠 간격 에 너지(band gap energy)보다 크거나 비슷한 에너지를 갖 는 빛의 조사(irradiation)에서부터 시작된다. 조사된 빛은 광촉매 내에 전자의 여기(excitation)를 유도해 전자(e-)와 정공(h+) 쌍을 형성시키고, 생성된 전하운반체(charge carrier)는 각각 표면으로 이동해 흡착된 오염 물질과 산 화환원 반응을 일으켜 무해한 물질로 변화시키는 역할 을 한다. 이와 같은 반응 기전(mechanism)을 통해, 광 촉매의 양자 효율(quantum efficiency)은 촉매의 띠 간격 과 띠 끝(band edge), 생성된 전자와 정공의 재결합 속 도(recombination rate)와 비표면적에 의해 결정된다는 것 을 알 수 있다.

    비표면적의 극대화를 통해 광촉매의 효율을 개선하기 위해서는 소재의 크기와 형상을 제어하는 것이 반드시 필요하다. 현재 ZnO 나노입자를 다양한 공정으로 합성 하여 광촉매로 응용하는 연구가 진행되고 있다.4,5) 하지 만 이러한 나노입자 기반 광촉매는 광 여기를 통해 생 성된 전자-정공의 재결합이 개개 나노입자의 제한된 면 적으로 인해 용이하게 발생되는 한계를 가지고 있다. 또 한 입자 간 응집으로부터 자유롭지 못하며, 회수가 어 렵기 때문에 재사용에 한계가 있으며, 광촉매 나노입자 에 의한 2차 오염이 발생할 수 있다.

    이러한 나노입자의 단점을 해결하고 우수한 효율의 광 촉매를 구현하기 위해, 최근 1차원 나노구조의 ZnO에 대 한 연구가 활발히 진행되고 있다.6-9) 1차원 나노구조 재 료는 직경이 나노입자와 같이 매우 미세하여 큰 비표면 적을 가짐과 동시에 길이는 매우 길어 큰 종횡비(aspect ratio)를 나타내므로, 광 여기에 의해 생성된 전자와 정 공의 이동이 상대적으로 수월하여 재결합이 감소하는 효 과를 기대할 수 있다. 또한 상대적으로 응집으로부터 자 유로우며, 길이가 길기 때문에 회수가 용이하다는 장점 을 가지고 있다.

    1차원 ZnO 나노구조체는 주로 고온, 고압과 장시간 이 요구되는 수열합성법(hydrothermal), 용매열 합성법 (solvothermal) 및 vapor-liquid-solid(VLS) 기반 합성법 을 이용하여 합성되고 있다.6-9) 이와 같이 합성된 소재 는 1차원 형상을 갖고 있으나, 종횡비가 상대적으로 작 고, 단결정으로 합성되어 비표면적이 크지 않으며, 직경 을 제어하기가 용이하지 않다는 단점이 있다. 반면에 전 기방사 공정으로 합성된 ZnO 나노섬유는 종횡비가 매 우 큰 1차원 형상이며, 결정화 과정에서 섬유상을 형성 하기 위해 도입한 폴리머의 열분해에 의해 생성된 마이 크로(micro) 기공 또는 메조(meso) 기공으로 매우 큰 비 표면적을 가지고 있기 때문에, 광촉매로 활용하기에 매 우 적합한 구조를 가지고 있다. 최근 전기방사 공정을 이용하여 ZnO 나노섬유를 합성하고, 이를 광촉매로 응 용한 연구가 보고되고 있지만, 합성된 나노섬유의 직경 과 관련된 연구는 충분히 이루어지지 않고 있다.10-12) 나 노섬유의 직경은 비표면적에 직접적인 영향을 주기 때 문에 1차원 나노구조체 기반 광촉매에서 중요한 요소이 며, 보다 높은 활성도를 갖는 광촉매를 제조하기 위해 서는 ZnO 나노섬유의 직경을 감소시킬 필요가 있다.

    본 연구에서는 전술한 ZnO 나노입자 기반 광촉매의 단 점을 극복하기 위해, 전기방사 공정을 이용하여 ZnO 나 노섬유를 합성하고 광촉매로의 응용 가능성을 확인하였 다. 특히, 전기방사를 위한 용액의 점도와 전구체 농도 를 변화시켜 나노섬유의 직경 제어를 시도하였고, 약 71 nm, 151 nm 및 168 nm의 평균 직경을 갖는 나노섬유를 성공적으로 합성하였다. 이와 같이 직경이 제어된 나노 섬유를 이용하여 직경 차이에 따른 광촉매 특성 변화를 고찰하고 반복 실험(cycle test)을 진행하여 합성된 ZnO 나노섬유의 광촉매로의 응용 가능성을 확인하였다.

    2. 실험방법

    전기방사를 위한 용액은 아세트산 아연[Zn(CH3COO)2· 2H2O, 98%, Sigma-Aldrich]과 polyvinylpyrrolidone(PVP, Mw: 1,300,000, Sigma-Aldrich)을 사용하여 제조하였고, 1.097 g의 아세트산 아연을 5 ml의 초 순수(distilled water) 에, 0.5 g의 PVP를 5 ml의 무수 에탄올에 각각 용해하 였다. 제조된 두 용액은 자력교반기를 이용하여 1시간동 안 혼합되었고, 전기방사를 위한 균일하게 혼합된 용액 을 제조하였다. 제조된 두 용액을 자력교반기에서 1시간 동안 혼합하여 전기방사를 위한 균일하게 혼합된 용액 을 준비하였다. 섬유의 직경은 전기방사 용액의 점도를 변화시켜 제어하였고, 이를 위해 아세트산 아연과 PVP 의 양은 일정하게 유지하면서, 초순수와 에탄올을 4.5 ml, 4.17 ml와 3.85 ml로 변화시켜 용액을 제조하였다. 점도 와 나노섬유 직경의 상관관계를 고찰하기 위해 용액의 점도를 점도계(viscometer, Brookfield DV-II)를 이용하여 측정하였다.

    제조된 용액의 전기방사는 용액 공급부(실린지, 실린지 펌프, 노즐, 니들), 전압 인가부(파워 서플라이, 니들 어 댑터) 및 포집부(드럼 컬렉터)로 구성된 전기방사 장치 를 이용하여 실시하였다. 먼저 전기방사 용액을 실린지 (syringe)에 주입한 후, 실린지 펌프(syringe pump)를 이 용하여 노즐을 통해 25 gauge(내경: 0.25 mm)의 니들 (needle)이 결합되어 있는 니들 어댑터(needle adopter)로 공급하였다. 전기방사에 필요한 전압을 니들 어댑터에 고 전압 발생장치(high power supply)를 연결하여 인가하였 고, 방사되는 나노섬유를 포집하기 위해 니들에서 일정 거리 떨어진 곳에 드럼 컬렉터(drum collector)를 위치시 켰다. 전기방사는 기초 실험을 통해 도출한 18 kV의 전 압, 12 cm의 노즐의 끝(tip)과 포집부(collector) 거리, 0.4 ml/h의 공급유량(flow rate)의 조건으로 실시하였고, 전기 방사가 실시되는 챔버(chamber)는 40 °C의 온도와 20 % 이하의 습도로 유지하였다.

    전기방사를 통해 합성된 Zn(CH3COO)2/PVP 나노섬유 로부터 유기물을 제거하고, ZnO로의 결정화를 유도하기 위해 500 °C의 온도에서 3시간 동안 열처리를 실시하였 다. 열처리는 대기분위기에서 실시하였으며, 500°C까지의 승온 속도는 분당 3 °C로 설정하였다. 제조된 나노섬유의 형상은 전계 방출 주사 현미경(field emission scanning electron microscopy, FE-SEM, JSM-6700F)을 이용하여 분석하였고, 나노섬유의 평균 직경은 FE-SEM 분석으로 관찰된 미세조직 사진으로부터 약 200개 이상의 나노섬 유를 선택하여 사진 분석프로그램(UTHSCSA ImageTool) 을 이용하여 측정하였다. 합성된 나노섬유의 결정구조와 미세구조를 분석하기 위해, X-선 회절분석기(X-ray diffractometer, XRD, Rigaku, CuKα)와 투과전자 현미경 (transmission electron microscope, TEM, JEOL, JEM- 2100F)을 이용하였고, 광 발광 분석(photoluminescence, PL, HORIBA, LabRAM HR-800)과 자외-가시선 분광광도 계(UV-Visible spectrophotometer, SHIMADZU, SolidSpec- 3700)를 이용하여 제조된 나노섬유의 광학적 특성을 확 인하였다.

    제조된 분말의 광촉매 특성을 측정하기 위해, 100 ml 의 Rhodamine B(RhB) 수용액(1 × 10-5M)에 0.05 g의 합성된 나노섬유를 분산하여 준비하였다. 빛을 조사하기 전 광촉매 표면에서 흡착과 탈착의 평형상태를 이루기 위해 암실에서 30분간 차광하였다. 광원은 xenon lamp (300W, PE300BF)를 사용하였으며, 200W의 세기로 빛 을 조사하고, 시간별로 RhB 수용액의 탈색 정도를 분 광광도계를 이용하여 측정해 광촉매 특성을 평가하였다.

    3. 결과 및 고찰

    일반적으로 전기방사를 이용한 나노섬유의 형상과 직 경은 섬유상으로의 연신을 위해 전구체 용액에 첨가된 고분자의 농도에 의해 크게 영향을 받는다. PVP의 농 도가 전기방사 용액의 점도 및 전기 방사된 나노섬유의 직경에 미치는 영향을 확인하기 위해, 아세트산 아연과 PVP의 양은 일정하게 유지하면서, 초 순수와 무수에탄 올의 양을 조절하여 PVP의 농도를 변화시켜 전기방사 용액을 제조하였고, 인가전압을 포함한 다른 인자를 동 일하게 유지하며 전기방사를 실시하였다. Fig. 1은 PVP 농도에 따른 용액의 점도와 전기방사 된 나노섬유의 직 경을 보여주는 그래프이며, PVP의 농도와 점도는 비례 관계를 나타내고, 낮은 점도에서 전기방사를 통해 제조 된 나노섬유가 작은 평균 직경을 갖는 것을 확인할 수 있다. 전기방사 공정에서 고분자 사슬(chain)의 연신에 의 한 결과로 섬유상이 형성되는데, 이러한 연신은 단위 부 피의 용매 내 고분자의 농도 증가에 의해 제한되기 때 문에, 보다 낮은 농도의 고분자가 첨가된 용액에서 보 다 작은 직경을 갖는 나노섬유를 합성할 수 있다. 하지 만, PVP의 농도를 5 wt%로 낮춰 제조한 용액의 점도는 약 90.5 cP이었고, 이 용액으로부터 합성된 나노 섬유는 Fig. 2(A)의 FE-SEM 사진에서 보여주듯이 다량의 비드 (bead)를 가지고 있었다. 이는 고분자 사슬의 연신을 통 해 섬유상을 형성하기 위해서는 특정 수준 이상의 고분 자 농도가 필요하다는 것을 보여준다. 최소 직경을 구 현하기 위한 최적의 전기방사는 5.5 wt%의 PVP 농도에 서 이루어졌으며, 약 102 nm의 평균 직경과 비드가 없 는 나노섬유를 얻을 수 있었다. Fig. 2는 PVP의 농도를 제어해 제조한 나노섬유의 FE-SEM 분석 결과이며, PVP 의 농도 증가에 따른 직경 증가를 명확하게 보여준다. 또한 5 wt%의 PVP 농도를 가진 용액으로부터 합성된 나 노섬유를 제외하고는 모든 나노섬유가 매끄러운 표면과 비드가 없는 1차원 형상을 가지고 있었고, 약 수 천 이 상의 종횡비와 균일한 직경을 나타내었다.

    전기방사를 이용하여 합성한 Zn(CH3COO)2/PVP 나노 섬유로부터 유기물을 제거하고 금속염을 분해하여 ZnO 로 결정화를 유도하기 위해, 500 °C의 대기분위기에서 3 시간 동안 열처리를 실시하였다. Fig. 3(A)(B)는 열 처리를 실시하여 제조한 나노섬유의 FE-SEM 분석결과 이다. 그림에서 알 수 있듯이, 모든 나노섬유는 균일한 형상과 직경을 나타내었으며, 수 천 이상의 종횡비를 가 지고 있었다. Fig. 3(C)는 제조된 나노섬유의 직경 분포 를 보여주며, 열처리 과정에서의 PVP와 금속염의 분해 로 인해 열처리 전과 비교하여 직경이 감소되었고, 약 71.3 nm의 평균 직경을 나타내었다. 열처리를 통해 제조 된 나노섬유의 결정구조는 X-선 회절 분석을 통해 확인 하였으며, 그 결과를 Fig. 3(D)에 나타내었다. 관찰된 회 절 패턴은 육방정 섬유아연석(hexagonal wurtzite) 구조 의 ZnO(JCPDS #36-1451)와 일치하였고, 다른 불순물 피크는 관찰되지 않아 합성된 나노섬유는 순수한 ZnO 로 확인되었다.

    d = 0.9 λ B cos θ
    (1)

    제조된 나노섬유를 구성하는 결정입자의 크기는 X-선 회절 패턴의 반가폭을 이용하여 식 (2)의 Scherrer 식을 통해 계산하였다. 식 (1)의 λ는 Cu 타겟의 파장 1.5406 Å이고, B는 주 피크의 반가폭, θ는 피크의 각도를 나 타낸다. Scherrer 식을 통해 계산한 결과, 결정입자의 크 기는 약 25 nm로 확인되었다.

    높은 효율의 광촉매는 빛의 조사로 형성된 전자-정공 쌍이 효과적으로 분리되어 촉매반응에 참여할 수 있어 야 구현이 가능하다. 이를 위해서는 전자와 정공의 이 동에 제약을 주는 결함을 최소화해야 하고, 나노구조체 를 구성하는 1차 입자들 간의 건전한 화학적 결합이 필 요하다. Fig. 4는 전기방사 및 하소 공정으로 제조된 ZnO 나노섬유의 투과전자현미경 사진이다. 합성된 ZnO 나노섬유는 긴 종횡비와 균일한 직경을 나타내었고, 개 개의 나노섬유는 잘 소결된 다수의 결정입자로 구성되 어 있으며, 각 결정립의 크기는 약 20~50 nm로 확인되 었다. Fig. 4(C)의 고해상도 TEM 사진은 각각의 결정 립이 우수한 결정성을 가지고 있는 것을 보여준다. Fig. 4(D)는 Fig. 4(C)에 대해 고속 푸리에 변환(fast fourier transformation, FFT)을 실시하여 얻은 사진이며, 관찰된 점(dot) 패턴을 통해 개개의 결정립이 단결정이라는 것 과 우수한 결정성을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었 다. 회절 패턴을 분석한 결과, 결정구조는 hexagonal wurtzite ZnO로 확인되었고, 이는 Fig. 3(C)의 XRD 분 석 결과와 잘 일치하였다.

    ZnO 나노섬유의 광학적 성질은 UV/Vis 흡광 특성과 광 발광 특성을 통해 확인하였으며, 흡광도와 확산 반 사율(diffuse reflection)을 Kubelka-Munk식으로 변환한 그래프를 Fig. 5에 나타내었다. Fig. 5에서 보여주듯이, 제조된 ZnO 나노섬유는 400 mm 이하의 자외선 영역에 서 강한 흡광도를 나타내었고, 띠 간격은 약 3.25 eV 이 었으며, 이는 3.37 eV로 알려진 bulk ZnO의 띠 간격 에 너지와 유사한 값으로 확인되었다.2-4) Fig. 6은 ZnO 나 노섬유의 300 nm 여기 스펙트럼에 대한 발광 스펙트럼 을 보여주며, 약 382.5 nm에서 발광 스펙트럼이 관찰되 었다. 이와 같은 발광은 여기 스펙트럼에 의해 전도대 (conduction band)로 여기된 전자(electron)와 가전자대 (valence band)의 정공의 재결합에 기인한 것이다. 이를 바탕으로 띠 간격을 계산한 결과는 약 3.24 eV이었으며, 이는 Kubelka-Munk식으로 계산한 띠 간격과 잘 일치하 였다.

    나노섬유의 직경이 광촉매 특성에 미치는 영향을 고찰 하기 위해, PVP의 농도를 조절하여 합성된 나노섬유를 500 °C에서 열처리하여 다양한 직경을 갖는 ZnO 나노섬 유를 준비하였다. Fig. 7은 제조된 ZnO 나노섬유의 FESEM 분석 결과와 직경 분포를 보여준다. 열처리 이후 에 제조된 섬유의 평균직경은 약 71 nm, 151 nm 및 168 nm로 측정되었고, 분포도를 통해 전체적인 직경이 두 꺼워진 것을 확인하였다. 이를 바탕으로 열처리 이후의 나노섬유의 직경 또한 전기방사 용액의 점도를 조절함 으로써 제어할 수 있음을 확인하였다.

    다양한 직경을 갖는 나노섬유의 광촉매 특성을 확인 하기 위해, rhodamine B에 대한 탈색(degradation)효율 을 광 조사(irradiation) 시간에 따라 측정하였다. 일반적 으로 유기물질의 광분해 반응은 식 (2)와 같은 Langmuir- Hinshelwood 속도식을 따르고, 이를 적분해 식 (3)과 같 이 유사 1차 속도식으로 표현할 수 있다.13) 식 (3)에서 C o와 C는 각각 반응 유기물의 초기 및 특정 반응시간 (t) 후의 농도이며, k app는 유사 1차 속도 상수이다. 이 속도상수는 온도 및 pH 등의 반응 조건에 영향을 받으 며, 이 값이 커질수록 촉매는 큰 효율을 갖는다는 것을 의미한다.

    d c d t = k C
    (2)
    ln C C 0 = k a p p t
    (3)

    Fig. 8(A-C)은 RhB 수용액에 합성된 나노섬유를 첨가 하고 Xenon 램프를 이용해 광 조사를 실시하여, 10분 단위로 rhodamine B의 농도를 자외선/가시광선 분광광 도계를 이용해 분석한 결과이다. 빛을 조사하기 전, 나 노섬유 표면에서 RhB의 흡착과 탈착이 평형상태가 될 수 있도록 30분간 암실에 위치시켰으며, 이 동안 흡착 된 RhB의 수준은 모든 나노섬유에서 유사하였다. 광 조 사가 실시된 이후에는 모든 나노섬유에서 rhodamine B 의 농도 감소가 관찰되었지만, 직경이 작을수록 RhB의 농도 감소의 폭이 증가하였다. 이러한 결과는 나노섬유 의 직경이 감소할수록 증가된 비표면적을 갖기 때문이 라고 판단된다. 하지만 2011년 보고된 TiO2 나노섬유의 경우, 92 nm의 평균 직경을 갖는 나노섬유보다 평균 직 경이 205 nm인 나노섬유가 더 높은 효율을 나타내었다.14) 이러한 차이는 나노섬유의 직경 감소에 의한 비표면적 의 증가가 더 넓은 촉매 반응 면적을 제공한다는 측면 에서는 광촉매 효율의 개선을 유도할 수 있지만, 광 여 기된 전자와 정공의 재결합 또한 표면에서 촉진될 수 있 기 때문이다. 특히, 나노섬유를 구성하는 결정립의 크기 가 작으면 결정립계에서 발생되는 재결합까지 고려해야 하고, 표면 및 결정립계에서의 전자-정공의 재결합이 각 운반자의 분리-이동보다 더욱 우세해져 광촉매 효율이 감 소하게 된다. 전술한 TiO2의 경우, 나노섬유를 구성하는 결정립의 크기가 약 10 nm 수준으로 매우 작기 때문에, 직경이 작은 나노섬유에서 더욱 활발히 재결합이 발생 되었지만, 본 연구에서 합성한 ZnO 나노섬유의 경우, 결 정립의 크기가 약 30~50 nm 수준으로 상대적으로 조대 해 나노섬유의 직경이 감소함에도 광 여기된 전자-정공 쌍의 분리 및 이동이 효과적으로 진행되어 우수한 광촉 매 효율을 나타낸 것으로 사료된다. Fig. 8(D)는 Fig. 8(A-C)에서 관찰된 농도 변화를 식 (3)으로 변환해 표 현한 그래프이며, Table 1은 유사 1차 속도 상수를 계 산해 정리한 값을 보여준다. 약 71 nm의 평균 직경을 갖 는 나노섬유가 가장 빠른 농도 감소를 나타내었으며, 유 사 1차 속도 상수는 5.55 × 10-2/min으로 확인되었다.

    4. 결 론

    전기방사법과 열처리 공정을 이용하여 ZnO 나노섬유 를 합성하였고, 전기방사를 위한 전구체 용액의 점도를 변화시켜 ZnO 나노섬유의 직경을 제어하였다. 고분자 로 사용된 PVP의 농도가 감소할수록 낮은 점도를 갖 는 용액을 제조할 수 있으며 전기 방사된 섬유의 직경 이 감소되었다. 5.5 wt%의 PVP 용액을 사용하여 제조 한 ZnO 나노섬유는 약 71 nm의 평균직경을 가졌으며, 약 1,000이상의 큰 종횡비를 나타내었다. 또한 균질한 결정구조와 우수한 결정성을 갖는 것으로 확인되었으며 , 약 3.25 eV의 띠 간격을 나타내었다. 제어된 직경을 갖는 나노섬유의 광촉매 특성은 광 조사에 의한 RhB 의 분해 수준을 확인하여 평가하였으며, 직경이 감소할 수록 분해효율이 개선되었다. 약 71 nm의 평균직경을 갖 는 ZnO 나노섬유는 5.55 × 10-2/min의 가장 우수한 유 사 1차 속도 상수를 보여주었으며, 이를 통해 ZnO의 나노섬유의 직경 감소에 따른 비표면적의 증가가 광촉 매 효율을 개선하는 데 주요한 인자로 작용되었다는 것 을 확인하였다.

    Acknowledgement

    This work was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Science, ICT and Future Planning (NRF-2018R1D1A1B07048149).

    Figure

    MRSK-29-2-79_F1.gif

    The viscosities of precursor solutions with different PVP contents and the diameters of electrospun nanofibers under the identical condition.

    MRSK-29-2-79_F2.gif

    FE-SEM images of as-spun nanofibers using different PVP contents (A,E) 5 wt%, (B,F) 5.5 wt%, (C,G) 6 wt%, (D,H) 6.5 wt%.

    MRSK-29-2-79_F3.gif

    (A, B) The FE-SEM images, (C) diameter distribution and (D) X-ray diffraction pattern of the calcined nanofiber calcined at 500 °C for 3 h.

    MRSK-29-2-79_F4.gif

    (A, B) TEM images and (C) HR-TEM image of the ZnO nanofiber, and (D) FFT image transformed from (C).

    MRSK-29-2-79_F5.gif

    (A) The UV-Vis spectrum of the ZnO nanofiber and (B) the Kubelka–Munk plot obtained from the diffuse reflectance spectral data.

    MRSK-29-2-79_F6.gif

    Photoluminescence response of the ZnO nanofibers excited by a 300 nm laser.

    MRSK-29-2-79_F7.gif

    (A, B, D, E, G, H) FE-SEM images and (C, F, I) diameter distribution graphs of ZnO nanofibers and synthesized using the electrospinning with different PVP contents and the subsequent calcination at 500 °C for 3 h. (A, B, C) PVP 5.5 wt%, (D, E, F) PVP 6.5 wt%, (G, H, I) PVP 7.5 wt%.

    MRSK-29-2-79_F8.gif

    UV/Vis spectral variations on the photocatalytic degradation of RhB using diameter-controlled ZnO nanofibers as photocatalysts, The average diameter of ZnO nanofibers (A) 71 nm, (B) 151 nm and (C) 168 nm, and (D) kinetic profiles obtained from UV/Vis spectral variations.

    Table

    Pseudo first-order rate constants on photocatalytic degradation of RhB using ZnO nanofibers with different diameter.

    Reference

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