Titanium dioxide is biochemically, chemically stable and non-toxic, common material and has a band gap of about 3.2 eV. Due to these unique characteristics, titanium dioxide is used for various purposes such as energy harvesting and pollutant purification. Among them, titanium dioxide has attracted attention as an active photocatalyst in ultraviolet wavelength band. However, due to the relatively large band gap of 3.2 eV, there is a disadvantage that it is active only in ultraviolet rays having high energy, and studies are being carried out to increase the surface area for higher efficiency. Previous studies have been carried out to increase the efficiency by increasing the surface area through nanoparticle type or nanowire type structuring, or to add metal elements or add non-metal elements to reduce the band gap. In this thesis, in order to increase the efficiency of the photocatalyst, two strategies mentioned above are both used. By using proximity-field nanopatterning, we could make titanium dioxide with three-dimensionally aligned monolith. And by oxidation of titanium nitride, nitrogen-doping was done. Therefore, we could increasing the surface area and reducing the band gap, making photocatalyst with high efficiency that can absorb light in visible light region.
이산화 티타늄은 우수한 생체, 화학적 안정성 및 무독성, 쉽게 구할 수 있는 물질임과 동시에, 3.2 eV 정도의 띠간격을 가지고 있다. 이러한 특성으로 인해 이산화 티타늄은 에너지 생성이나, 오염물 정화 등의 다양한 용도로 쓰이고 있다. 그 중 이산화 티타늄은 자외선 파장대에서 활성이 있는 광촉매로 주목받아 왔다. 하지만 3.2 eV 라는 비교적 큰 띠간격으로 인해 높은 에너지를 가지는 자외선에서만 활성을 가진다는 단점이 있고, 더 높은 효율을 위해 표면적을 늘리기 위한 연구들이 진행중이다. 기존에 진행되어 왔던 연구들은 나노입자 형태나, 나노와이어 형태의 구조화를 통해 표면적을 넓혀 효율을 증대시키거나, 금속 원소들을 첨가하거나 안정한 원소등을 첨가하여 띠간격을 줄이기 위한 연구들이 있었다. 본 학위논문에서는 이러한 광촉매의 효율을 높이기 위해, 앞서 언급한 두가지 전략을 동시에 사용하였다. 먼저 근접장 나노패터닝 기술을 활용하여, 3차원으로 정렬된 단일체를 제작하였고, 원자층 증착법을 이용해 증착한 질화 티타늄을 산화시키는 방법을 통해, 질소가 첨가된 이산화 티타늄을 만들어냈다. 이를 통해 표면적을 늘림과 동시에 띠간격을 줄여 자외선 영역 뿐만 아니라 가시광 영역의 빛도 흡수할 수 있는 고효율의 광촉매를 만들고자 한다.
