화학공정실험예비3 CdS 합성

ㄴ. 광촉매
빛을 받아들여 화학반응을 촉진시키는 물질을 말하고 이러한 반응을 광화학반응이라고 한다. 광촉매의 원료가 되는 CdS, CdSe,ZnO, TiO2 등은 모두 반도체의 특성을 가지고 있는데, 반도체는 밴드갭 이상의 에너지를 외부에서 받으면 전자, 정공(h+)쌍을 발산하는 특성을 가지고 있다. 광촉매에 밴드갭 이상의 에너지를 갖는 빛을 조사하면 내부에 전자, 정공쌍이 생성되고 이것이 광촉매 표면에 흡착된 유기물질과 반응해 산화환원반응을 일으켜 흡착된 물질을 분해하게 된다. 이것이 광촉매의 원리이다. Dads(흡착물질 D) + h+ → (Dads)+ Aads(흡작물질 A) + e- → (Aads)- (Dads)+ + (Aads)- → 생성물
광촉매반응은 다음과 같다.
1) 광(light)에 의한 촉매의 활성화(정공과 전자의 생성)
2) 반응물이 주반응흐름에서 벗어나 촉매 표면으로 확산(외부확산)3) 생성된 정공이 촉매 내부에서 촉매 표면으로 확산(내부확산)과 동시에 생성된 전자가 촉매 내부에서 금속쪽으로 확산(내부확산)
4) 정공과 반응물이 반응(환원형 → 산화형)됨과 동시에 전자왿� 반응물이 반응(산화형 → 환원형)
5) 생성물이 촉매 표면에서 주반응흐름으로 확산(외부확산)
생성된 정공과 전자가 최종적으로는 다시 결합한 경우로, 이미 흡수된 빛에너지는 반응의 활성화 에너지를 공급하는데 사용된 것이다. 그리고 반응에 사용된 반도체는 변화하지 않은 상태로 있게 된다. 광촉매반응 과정을 말로 풀어보자면 다음과 같다.
h+ + 격자 → (격자)+ (격자)+ → 격자반응 생성물
격자의 변화는 다음과 같다.
반도체 자신이 반응의 진행에 따라 변화를 일으키게 되는 경우로 실제로 CdS왿� 같은 황화물계 반도체는 빛의 조사에 의하여 수용액 중에서 쉽게 광부식을 일으키게 된다.
광촉매[Photocatalyst] = 빛[Photo=Light] + 촉매[catalyst] (광촉매로는 반도체성 )
정공과 전자의 재결합은 다음과 같다. h+ + e- → 열에너지
광촉매반응은 일반적인 촉매반응, 즉 dark reaction에 비해 보다 낮은 온도에서 일어나며 이에 따라 생성물의 종류나 선택도가 변하게 된다. 광촉매의 원리는 다음과 같다.