The effect of hydrothermal treatment on the photocatalytic properties of titania and silica embedded titania synthesized by sol-gel process was investigated. The characterization of the prepared catalyst was carried out with XRD, TEM, SEM, FT-IR, $N_2$ Adsorption and ESR study. The photocatalytic activity of titania catalysts was investigated for the degradation of 4-chlorophenol whose concentration was measured by HPLC with UV detector. The transition from anatase phase to rutile phase was suppressed by hydrothermal treatment. When silica was embedded in titania, there was a significant decrease in the density of surface hydroxyl group, whose distributions, however, were not affected by hydrothermal treatment.
It was observed that hydrothermal treatment seemed to induce the formation of paramagnetic species such as $Ti^{3+},ㆍO_2^-$ on titania surface.
Hydrothermally treated sol-gel titania showed a better photo-catalytic activity for the degradation of 4-chlorophenol than the sol-gel titania without hydrothermal treatment. It was also confirmed that the incorporation of silica into titania increased the photocatalytic activity. Even if the anatase phase was believed to have a better photocatalytic activity, the rutile phase formed by calcining the hydrothermally treated sol-gel titania at a higher temperature showed no less photocatalytic activity than the anatase phase formed at a lower temperature.
The enhancement of anatase phase and the formation of the active paramagnetic species by hydrothermal treatment were responsible for the greatly enhanced photocatalytic activity.
졸-젤법을 이용하여 광촉매로 쓰이는 타이타니아와 실리카가 혼합된 타이타니아를 제조 하였는데 후열 처리 과정 중 수열처리를 가함으로 일어나는 광촉매적 성질의 변화를 알아 보았다. 제조된 촉매는 XRD, $N_2$ Adsorption, TEM, SEM, FT-IR, ESR을 이용하여 각각의 물리 화학적 성질 변화를 알아 보았고 이러한 변화에 의한 광촉매적 활성의 변화를 4-chlorophenol의 광분해 분해 반응 실험을 통하여 알아 보았다.
소성 온도의 증가에 따라 제조된 타이나니아의 결정상 구조는 점차 아나타제상이 증가되어 갔고 일정 온도이상의 온도에서는 생성된 아나타제상에서 루타일상으로의 상전이 현상이 일어났다. 이러한 현상은 수열처리에 의하여 다소 다르게 나타나게 되었는데 수열처리를 통하여 제조된 촉매에서는 같은 온도의 소성에서 상대적으로 더욱 큰 폭의 아나타제상의 증가가 관찰되었고 수열처리를 가하지 않은 촉매보다 같은 온도에서 소성을 가 할 경우 상전이 현상이 보다 작은 폭으로 일어나는 현상을 발견 하였다. 또한 수열처리에 의하여 표면적과 기공의 크기가 동시에 증가하여 SEM사진에서 볼 수 있듯 수열처리를 가하지 않은 촉매에 비하여 수열처리를 가하여 제조한 촉매는 less dense structure를 가짐을 알 수 있었다.
4-chlorophenol의 광분해 반응에서 수열처리에 의한 광활성의 변화가 발견 되었는데 이러한 활성의 변화는 상당 부분 수열처리에 의한 물리 화학적 성질 변화와 연관 되어 있었다. 먼저 촉매 구조상에서 증진된 아나타제상의 양과 증가된 표면적 및 기공의 크기에 의하여 수열처리 된 촉매는 보다 높은 활성을 가짐을 알 수 있었고 특히 ESR 측정 결과에서 발견 되었던 수열처리에 의하여 새로이 생성된 표면 상자기성 물질의 생성이 수열처리에 의하여 전체적으로 증가된 광활성에 크게 기여 했다.
