Alternative energy and environmental pollution problems are serious global issues and one of the solution is the photocatalyst. Conventional photocatalytsts such as $TiO_2, SrTiO_3, BaTiO_3, ZnO$ and ZnS are only able to have activity under UV light which occupies the very small portion in the sun light. Therefore, to broaden the active region of photocatalyst and use widely, the photocatalyst activated under visible light is needed to develop.
In this work, the Bismuth-containing phtocatalysts are the attractive materials to satisfy the requirements due to the effect of $Bi^{3+}$ ion. Spray pyrolysis which has some advantages such as high purity of product, uniformity of particle size and shape, convenience to make multicomponent product and etc. was used to synthesize the materials. Additionally, for $BiVO_4$ photocatalyst, PO4 doping and composite with cobalt oxide were conducted to increase the photocatalytic activity.
As a result, all Bismuth-containing photocatalysts were well synthesized by spray pyrolysis and showed enhanced activities under visible light irradiation compared with other synthesis methods. Also, 0.5 mol % doped BiVO4 showed 1.17 times increased activity for degradation of methylene blue and 1.2 wt.% $CoO_x/BiVO_4$ composite had 1.43 and 1.29 times improved activity for methylene blue and rhodamine B degradation, respectively. Finally, prepared $Bi_3NbO_7$ was possible not only to degrade organic dyes also to evolve the $H_2$ gas from water splitting.
대체 에너지와 환경 오염 문제는 심각한 글로벌 이슈이고, 그에 대한 해결책 중에 하나가 광촉매이다. $TiO_2$, $SrTiO_3$, $BaTiO_3$, ZnO, ZnS 등과 같은 광촉매들은 UV 하에서만 활성을 가지는데, UV는 태양광에서 차지하는 비율이 매우 작다. 그러므로, 광촉매의 활성 영역을 넓히고 널리 사용하기 위해서는 가시광선 하에서 활성이 되는 광촉매의 개발이 필요하다.
비스무스를 포함하는 광촉매는 비스무스 이온의 영향 때문에 위의 요건을 만족하는 매력적인 물질이다. 이 연구에서는, 생산물의 높은 순도, 입자의 크기와 모양의 균일함, 다성분계 물질 합성의 편리함과 같은 장점을 가지고 있는 분무 열분해법을 통하여 광촉매를 합성하였다. 또한, $BIVO_4$ 광촉매의 경우엔 광활성을 증가시키기 위해 $PO_4$를 도핑하고 $CoO_x$와 합성을 하였다.
그 결과, 비스무스를 포함하는 모든 광촉매들은 분무 열분해법에 의해 잘 합성되었고 다른 합성법에 의해 합성되었을 때보다 가시광선 하에서 향상된 활성을 보였다. 또한, 0.5 mol % PO4가 도핑된 $BIVO_4$가 메틸렌 블루 분해에 있어서 1.17배 증가된 활성을 보였고 1.2 wt.% CoOx와 $BIVO_4$의 합성물은 메틸렌 블루 분해가 1.43배, 로다민 B 분해가 1.29배 증가된 활성을 보였다. 마지막으로, 합성된 $Bi_3NbO_7$은 유기 염료 분해뿐 아니라 물 분해로 인한 수소 발생도 가능하였다.
