Journal of the Korean Chemical Society 2017, Vol. 61, No. 4 Printed in the Republic of Korea https://doi.org/10.5012/jkcs.2017.61.4.179 -179- ZnO/SiO 2 나노 입자의 화학적 합성과 광촉매 및 항균성 특성에 관한 연구 김재욱 · 육영삼 † · 김종규* 단국대학교 자연과학대학 화학과 단국대학교 보건과학대학 임상병리학과 ( 접수 2017. 2. 1; 게재확정 2017. 5. 24) Preparation of ZnO/SiO 2 Nano-Composition and Photocatalysts and Antibacterial Activity Jae-Uk Kim, Young-Sam Yuk † , and Jong-Gyu Kim* Department of Chemistry, Dankook University, Cheon-an, 31116, Korea. * E-mail: [email protected]† Department of Biomedical Laboratory Science, Dankook University, Cheon-an, 31116, Korea (Received February 1, 2017; Accepted May 24, 2017) 요 약. 본 논문은 ZnO/SiO 를 나노 복합체(nano-compositions : NCs) 크기로 상온에서 화학적 방법으로 합성하였다. ZnO 는 초 음파 합성법으로 제조를 하였으며, SiO 는 침전 방법을 이용하여 제조 하였다. ZnO/SiO 의 구조적인 특성을 파악하기 위해 X- 선 회절 분석기(XRD), 주사전자현미경(FE-SEM), 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FT-IR) 를 이용하여 ZnO/SiO 가 형성되는 것을 확인 할 수 있었다. 광촉매적 특성을 판단하기 위해 SiO 의 농도별로 제조된 ZnO/SiO 를 Rhodamine-B 시약을 이용하여 광촉매 특성 을 평가하였다. 그 결과 SiO 의 농도가 증가할수록 광촉매 특성이 증가하는 것을 확인하였다. 그리고 ZnO/SiO 를 가지고 항균 성 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 균(cell) 은 대장균(E. coli) 과 황색포도상구균(S. aureus) 이다. 표면의 SiO 층에 따른 항균성 실험을 진행한 결과 SiO 층이 증가 할수록 항균 효과가 증가하는 것을 확인 할 수 있다. 주제어: 산화 아연, TEOS, 광촉매, 항균성 ABSTRACT. In this paper, a ZnO/SiO2 nano-composite was prepared by a simple chemical method at room temperature. For the synthesis of ZnO nanoparticles (NPs), a sonochemical method was used, and SiO2 NPs were prepared by precipitation method. The formation of ZnO/SiO2 NCs was characterized by X-ray diffractometer (XRD) and confirmed by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and Fourier transform infra-red spectroscopy(FT-IR). The photocatalytic properties of ZnO/SiO2 NCs formed at different concentrations of SiO2 were evaluated by rhodamine-B dye. It was confirmed that increasing SiO2 concentration resulted in an increase in the photocatalytic property. In addition, the antibacterial activity of ZnO/SiO2 NCs was conducted against Escherichia coli (E. coli) and Staphylococcus aureus (S. aureus). As a result, the anti- bacterial activities of E.coli and S. aureus were increased in the presence of thick SiO NPs layer. Key words: Zinc oxide, TEOS, Photocatalytic, Antibacterial activity INTRODUCTION 산화 아연(Zinc oxide: ZnO)은 대표적인 무기 화합물 반 도체 물질로써, 넓은 밴드 갭( Eg = 3.31 eV) 을 가지는 직접 전이형 반도체 물질이다. 산화 아연의 결정구조로는 Zn 층과 O층이 교대로 c축 방향으로 겹치는 형태로 이루어 져 있는 wurtzite 의 구조를 가지는 n 형 반도체 물질이다. 1-4 가시광선 영역으로 80 %의 높은 광학적 투과성과 높은 굴절 지수 등으로 많은 부분에서 응용되고 있으며, 나노 레이저 광원, 5 태양 전지, 6 가스 센서, 7 다이오드 8 등에 사 용되고 있다. 이러한 분야 중에서 환경분야에 사용되는 무기물에 관한 관심이 증가하고 있는 추세이다. 22 최근 연 구 경향은 titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) 에서 zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) 로 연구 방향이 바뀌고 있다. 이러한 이유는 TiO2보다 ZnO가 제조 시 낮은 비용과 환경 친화적인 측면에서 더 우수하다하는 평가가 전해지고 있 다. 9-12,18-21 ZnO의 합성 방법으로는 물리적인 방법과 화학적인 방 법이 존재 한다. 물리적인 방법으로는 CVD, 13 MOCVD, 14 PLD 15 방법이 있으며, 화학적인 방법으로는 Ball-mill, 16 Sol-gel, 3 Hydrothermal 7 방법 등이 존재한다. 이러한 방법들은 고가의 실험 장비, 복잡한 실험 구조 및 제한적인 실험 조
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Journal of the Korean Chemical Society2017, Vol. 61, No. 4Printed in the Republic of Koreahttps://doi.org/10.5012/jkcs.2017.61.4.179
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ZnO/SiO2 나노 입자의 화학적 합성과 광촉매 및 항균성 특성에 관한 연구
김재욱 · 육영삼† · 김종규*
단국대학교 자연과학대학 화학과†단국대학교 보건과학대학 임상병리학과
(접수 2017. 2. 1; 게재확정 2017. 5. 24)
Preparation of ZnO/SiO2 Nano-Composition and Photocatalysts and Antibacterial Activity
Jae-Uk Kim, Young-Sam Yuk†, and Jong-Gyu Kim*
Department of Chemistry, Dankook University, Cheon-an, 31116, Korea. *E-mail: [email protected]†Department of Biomedical Laboratory Science, Dankook University, Cheon-an, 31116, Korea
(Received February 1, 2017; Accepted May 24, 2017)
요 약. 본 논문은 ZnO/SiO2를 나노 복합체(nano-compositions : NCs) 크기로 상온에서 화학적 방법으로 합성하였다. ZnO는 초
음파 합성법으로 제조를 하였으며, SiO2는 침전 방법을 이용하여 제조 하였다. ZnO/SiO2의 구조적인 특성을 파악하기 위해 X-선
회절 분석기(XRD), 주사전자현미경(FE-SEM), 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FT-IR)를 이용하여 ZnO/SiO2가 형성되는 것을 확인
할 수 있었다. 광촉매적 특성을 판단하기 위해 SiO2의 농도별로 제조된 ZnO/SiO2를 Rhodamine-B 시약을 이용하여 광촉매 특성
을 평가하였다. 그 결과 SiO2의 농도가 증가할수록 광촉매 특성이 증가하는 것을 확인하였다. 그리고 ZnO/SiO2 를 가지고 항균
성 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 균(cell)은 대장균(E. coli)과 황색포도상구균(S. aureus)이다. 표면의 SiO2층에 따른 항균성
실험을 진행한 결과 SiO2 층이 증가 할수록 항균 효과가 증가하는 것을 확인 할 수 있다.
주제어: 산화 아연, TEOS, 광촉매, 항균성
ABSTRACT. In this paper, a ZnO/SiO2 nano-composite was prepared by a simple chemical method at room temperature. For
the synthesis of ZnO nanoparticles (NPs), a sonochemical method was used, and SiO2 NPs were prepared by precipitation
method. The formation of ZnO/SiO2 NCs was characterized by X-ray diffractometer (XRD) and confirmed by field-emission
scanning electron microscopy (FE-SEM) and Fourier transform infra-red spectroscopy(FT-IR). The photocatalytic properties
of ZnO/SiO2 NCs formed at different concentrations of SiO2 were evaluated by rhodamine-B dye. It was confirmed that
increasing SiO2 concentration resulted in an increase in the photocatalytic property. In addition, the antibacterial activity of
ZnO/SiO2 NCs was conducted against Escherichia coli (E. coli) and Staphylococcus aureus (S. aureus). As a result, the anti-
bacterial activities of E.coli and S. aureus were increased in the presence of thick SiO NPs layer.