ITO/TiO2 전극의 표면 수식과 광화학 및 전기화학적 특성 연구

Abstract

ITO(Indium Tin Oxide)를 지지체로 하여 TiCI₃의 oxidative electrolysis 와 450℃ 에서의 열처리에 의해 TiO₂박막을 준비하였다. 다시 3-aminopropyltriethoxysilane 을 이용하여 TiO₂의 hydroxyl group 을 silanated 시키고 tosylated β-cyclodextrin과의 공유결합을 통하여 수식하였다. 수식된 전극들의 전기화학적인 거동과, 유기화합물의 광반응시 촉매로서의 역할에 대하여 연구하였다. ITO/TiO₂, ITO/TiO₂/Si(CH₂)₃NH₂, ITO/TiO₂/Si(CH₂)₃NH-β-CD 전극의 생성은 IR spectrum 에 의한 자료들로부터 확인하였다. 일정한 전위에서 산화와 환원 반용을 일으키는 물질에 대하여 cyclic voltammetry의 방법을 통하여 실험하였고, 순수한 ITO 전극과 TiO₂를 입힌 ITO 전극에서는 산화와 환원 반응이 일어나고 있음을 관찰 할 수 있었으며, 다시 3-aminopropyltriethoxysilane에 의하여 수식된 TiO₂전극에서는 산화와 환원에 의한 전류값을 주지 않음을 관찰하였다. 여기에 β-cyclodextrin을 공유결합으로 붙여주게 되면 시료물질의 산화와 환원에 의한 전류값을 보여줌을 관찰할 수 있었다. ITO전극과 ITO/TiO₂전극을 사용하여 Malachite Green Oxalate(MOO)와 New Methylene Blue(NMB),4-Nitrophenol(4-NP)의 광산화 반응에 대하여 살펴 보았다. MGO와 NMB는 공기중의 산소를 제거하지 않은 상태에서 실험하였고, 4-NP는 질소를 사용하여 산소를 제거한 상태에서 실험하였으며, lTO 전극을 대조군으로 하여 TiO₂를 입힌 전극을 사용할 경우 반응 속도의 빠르기 변화를 통하여 광촉매 작용을 살펴보았고, ITO 전극을 사용할 때보다 TIO₂박막이 입혀진 전극을 사용할 때 더 빠른 속도로 유기물이 산화되는 것을 관찰하였다.;TiO₂ thin film was prepared on the ITO electrode by oxidative electrolysis of TiCl₃ and followed by heat treatment at 450℃ under air atmosphere. The surface hydroxyl groups on Ti₂O were silanized by 3-aminopropyltriehoxysilane and β-cyclodextrin was linked covalently by reaction of the silanized surface with tosylated β-cyclodextrin. Formation of ITO/TiO₂, ITO/TiO₂/Si(CH₂)₃NH₂, ITO/TiO₂/Si(CH₂)₃NH-β-CD electrode were confirmed by IR data. The Photodecomposition reaction of Malachite Green Oxalate and New Methylen Blue was performed with ITO and ITO/TiO₂ electrode in aqueous solution and it was found that the presence of ITO/TiO₂ electrode accelerate of the reaction rate. The photodecompostion of 4-nitrophenol confirmed the ability of photocatalyst of TiO₂ film. Cyclic Voltammetric experiment of electroactive species was carried out with ITO/TiO₂, ITO/TiO₂/Si(CH₂)₃NH₂, ITO/TiO₂/Si(CH₂)₃NH-β-CD electrodes in aqueous solution. When ITO/TiO₂ electrode was used as a working electrode, cyclic voltammogram showed cathodic and, anodic current, and the use of ITO/TiO₂/Si(CH₂)₃NH₂ electrode as a working electrode could not show the signal of oxidation or reduction of electroactive species. This result is supposed that the resistance of electrode was increased by alkyl chain. But β-cyclodextrin modified electrode used as a working electrode, cathodic and anodic peak current was observed again. It is thought β-cyclodextrin offer binding site of electroactive species play a fundamental role as they are responsible for the accumulation.