본 연구에서는 수열합성법과 주형합성법을 이용하여 메조포어를 지닌 TiO2를 합성하였다. 수열합성법을 이용해서 anatase 구조의 메조포러스 TiO2를 합성했다. Rutile 구조의 메조포러스 TiO2를 제조하기 위해서 수열합성법으로 제조 된 메조포러스 TiO2를 300 °C 부터 700 °C 까지 소성시켰더니 600 °C 부터 anatase에서 rutile 결정구조로 상전이가 일어났다. 하지만, 메조포어가 붕괴되었다. 메조포어을 지닌 TiO2를 합성하기 위해서 메조포러스 실리카 KIT-6을 주형으로 사용하는 주형합성법을 사용하였다. 먼저 메조포어 내부에 TiO2를 형성시키고 소성 온도를 800, 900 °C로 높여서 anatase 에서 rutile로의 상전이 거동을 조사하였다. 수열합성을 통해 제조된 자유로운 상태의 메조포러스 TiO2의 경우 600 °C 에서 anatase에서 rutile로의 상전이가 일어났지만 제한된 공간인 메조포러스 기공 내부에 형성된 TiO2의 경우 800 °C 까지 가열하더라도 rutile구조로 상전이가 일어나지 않았고, 900 °C로 소성시키자 일부의 anatase가 rutile로의 상전이가 일어나기 시작하였다. 이러한 상전이는 산소 빈자리의 형성에 의해서 일어나야 한다고 알려져 있지만 실리카 기공 내부에 형성된 TiO2는 실리카 기공 표면이 산소 빈자리 형성을 방해해서 상전이가 억제되는 것으로 판단된다. 900 °C의 높은 소성온도로 인해서 anatase와 rutile 구조가 섞여있으며 실리카 기공 내부에 형성된 TiO2는 NaOH수용액을 이용해서 주형인 KIT-6과 분리해서 메조포어를 지닌 TiO2를 제조하였다.

To prepare mesoporous TiO2 (meso-TiO2) with anatase and rutile crystal structures, hydrothermal and template synthesis were used. Meso-TiO2 with anatase structure was obtained by hydrothermal synthesis. The crystal structure of meso-TiO2 by hydrothermal synthesis converted from anatase to rutile by simple heating at 600 °C and above. However, their mesopore structure collapsed due to phase transition. To prepare meso-TiO2 with rutile structure, template synthesis method was applied using mesoporous silica KIT-6 as a template. Once we incorporated anatase TiO2 inside mesopores of silica, the phase transition temperature of TiO2 confined inside KIT-6 was much higher (900 °C) than that of free-standing TiO2 (600 °C ). The suppression of TiO2 phase transition inside mesopores of KIT-6 is closely related with the interaction between TiO2 surface and silica walls in KIT-6 because oxygen vacancy in TiO2 is regarded as the starting point for phase transition. After removal of silica template by NaOH solution washing, meso-TiO2 with mixed phase between anatase and rutile was obtained.

TiO2 Rutile Anatase Mesopore Phase Transition

Kim SH, Na SE, Kim SY, Kim SS, Ju CS, Korean Chem. Eng. Res., 51(4), 426 (2013)
Daghrir R, Drogui P, Robert D, Ind. Eng. Chem. Res., 52(10), 3581 (2013)
Chang HK, Jang HD, Park JH, Cho K, Kil DS, Korean Chem. Eng. Res., 46(3), 479 (2008)
Hur JY, Lee HI, Park YK, Joo OS, Bae GN, Kim JM, Korean Chem. Eng. Res., 44(4), 399 (2006)
Kim SH, Jeong SG, Na SE, Kim SY, Ju CS, Korean Chem. Eng. Res., 51(2), 195 (2003)
Kim SM, Yun TK, Hong DI, Korean Chemical Society, 49(6), 567 (2005)
Oh KS, Yang JC, Jung KT, Choi SC, Shul YG, HWAHAK KONGHAK, 33(5), 544 (1995)
Longoni G, Lissette R, Cabreara P, Polizzi S, D'Arienzo M, Mari CM, Cui Y, Ruffo R, Nano Lette., 17(2), 992 (2017)
Li W, Wang F, Liu Y, Wang J, Yang J, zhang L, Elzatahry AA, Al-Dahyan D, Xia Y, Zhao D, Nano Lett., 15(3), 2186 (2015)
Lee H, Park NK, Lee TJ, Han GB, Kang M, Clean Technol., 19(1), 22 (2013)
Iida Y, Ozaki S, J. Amerian Ceramic Society, 44(3), 120 (1961)
Mackenzie KJD, Melling PJ, Trans. J. Br. Ceram. Soc., 73(6), 179 (1974)
Ha CS, Park SS, News Inf. Chem. Eng., 30(1), 38 (2012)
Jang KS, Cho SH, Song MG, Kim JD, Korean Chem. Eng. Res., 46(4), 777 (2008)
Kang M, Yi SH, Yie JE, Kim JM, Theor. Appl. Chem. Eng., 8(2), 2417 (2002)
Kang JP, Kim ST, Kim HS, Kwon YK, Polym. Sci. Technol., 15(3), 303 (2004)
Kim JM, Physics High Technology, 13(7/8), 12 (2004)
Kim HJ, Kwak CH, Suh TS, Suhr DS, HWAHAK KONGHAK, 40(3), 357 (2002)
Lee C, Kim J, Chang H, Roh KM, Jang HD, Korean Chem. Eng. Res., 53(1), 78 (2015)
Yue WB, Xu XX, Irvine JTS, Attidekou PS, Liu C, He HY, DY, Chem. Mater., 21, 2540 (2009)
Kim SS, Hur JY, Kim JM, Advanced Engineering Technology, 1(2), 251 (2008)
Yue WB, Randorn C, Attidekou PS, Su ZX, Irvine JTS, Zhou WZ, Adv. Funct. Mater., 19(17), 2826 (2009)
Masuda Y, Kato K, Japan Ceramic Society, 117, 373 (2009)