황화카드뮴 나노방울의 원자가 전자대 분열 및 광촉매 성능에 관한 연구

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 화학부(물리화학전공), 2014. 2. 장두전.직경은 미세 마이크로미터 범위에 속하고 셸 두께는 양자구속 범위에 속하는 속이 빈 황화카드뮴 나노방울을 생성하는데 단단한 실리카 템플릿과 마이크로파 조사를 이용한 새로운 합성방법이 적용되었다. 그 황화카드뮴 나노방울은 독특한 광물리적 속성과 우수한 광촉매 작용을 보여주었다. 이 논문에서 언급되는 주제의 간단한 개요를 1 장에서 볼 수 있다. 반도체 나노입자들이 양자구속 범위에 속할 정도로 충분히 작을 때는 크기가 큰 물질들과는 광물리적 속성들이 달라진다. 나노입자의 합성방법들에 대한 일반적인 요약과 크기와 모양, 조화가능성의 중요함이 보여진다. 또한, 불균일 광촉매작용에서 나노반응기 구속효과가 나타나는 속 빈 할로우 나노구조들의 역할들이 서술되고 있다. 2 장에서는 황화카드뮴 나노방울들의 특이한 광물리적 특성에 대해 논하였다. 황화카드뮴 나노방울들은 양자구속 범위 내의 셸 두께로 합성되어 원자가 전자대 분열로 귀착되었다. 상온에서 이러한 현상들의 직접적인 관찰이 Chemical Communication에 Communication report를 통해 처음 보고되었다. 광루미네선스 스펙트럼들로부터 관찰된 데이터는 기존의 이론적 연구와 비교하여 해석되었다. 전자대에서의 나노입자 크기의 민감함, 분열 규모, 전이의 진동자 강도들 그리고 측정되고 비교된 전자/정공 상태 밀도 등을 논하고 있다. 3 장은 황화카드뮴의 합성, 특성 그리고 광촉매 적용에 초점을 두었다. 단단한 실리카 템플릿과 마이크로파 조사를 사용한 황화카드뮴 나노방울의 단계적 합성이 다른 크기의 명확한 구조를 가진 황화카드뮴 나노방울들을 산출하는데 집중되었다. 산출된 황화카드뮴 나노방울들은 투과전자현미경, 에너지 분산형 엑스선 분광기, 고해상도 엑스선 회절, 엑스선 광전자 분광법, 그리고 광분광학 연구를 통해 특성을 완전히 밝혀냈다. 황화카드뮴 나노방울의 광촉매 작용은 로오다민 B의 분열을 통해 검토되었다. 황화카드뮴 나노방울의 유사일차분해속도 상수는 나노반응기 구속효과 때문에 SiO2@CdS 코어셸 나노복합재 보다 약 20배 상승하는 것을 보여준다. 이 활성증대는 새로운 반응경로의 (N-deethylation) 활성화 에너지 감소와 본래의 반응결로 (방향족 고리 공격) 또한 빠르게 하여 이루어졌다.Abstract of Dissertation i List of Figures and Tables 1 Chapter 1. General Introduction 4 1.1. Nanoscale Materials 5 1.2. Valence Band Splitting 11 1.3. Nanostructure Fabrication 15 1.4. Nanoreactor Confinement Effect 19 1.5. References 21 Chapter 2. Direct Observation of Valence Band Splitting Using Room Temperature Photoluminescence of CdS Hollow Submicrospheres 26 2.1. Abstract 27 2.2. Introduction 28 2.3. Experimental Section 29 2.4. Results and Discussion 31 2.5. Conclusion 38 2.6. Acknowledgement 39 2.7. Supporting Information 40 2.8. References 42 Chapter 3. Facile Microwave Fabrication of CdS Nanobubbles with Highly Efficient Photocatalytic Performances 45 3.1. Abstract 46 3.2. Introduction 47 3.3. Experimental Section 50 3.4. Results and Discussion 53 3.5. Conclusion 71 3.6. Acknowledgement 72 3.7. Supporting Information 73 3.8. References 77 Appendices 81 A.1. Stöber Method 81 A.2. Scherrer Equation 82 A.3. Brus Equation 84 A.4. Theoretical Fittings of Line-Scanned EDX Profiles: Core@Shell and Hollow Spheres 85 A.5. List of Publications 88 A.6. List of Presentations 89 Abstract (Korean) 91 Acknowledgement 93Maste