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구조 제어 광촉매에 의한 유기합성의 시도

전문가 제언: ○ 광촉매란 빛이 촉매 표면에 조사될 때 일어나는 광유기 화학반응으로, 이산화티탄과 같은 광촉매를 사용하여 물의 분해를 통한 수소의 생성과 유기합성 반응 등에 대한 연구가 이루어져 왔으며, 최근 환경문제가 급속히 부각되어 청정하면서 무한정한 에너지원인 태양광을 이용하는 환경친화형 광촉매가 주목을 받고 있다.

○ 광촉매의 성능을 향상시키기 위해서는 입자의 내부나 이면까지 빛이 투과하여 정광과 전자의 생성 및 촉매작용을 유발시키는 것이 중요하다. 광촉매의 고성능화를 달성하는 방법으로서 촉매의 입자 지름을 작게 하는 방법이 유효하다. 졸겔법 등의 습식법, 기상법 등에서 나노 사이즈의 촉매입자 제조방법이 개발되어 있으며, 또한 담체나 지지체에 담지 고정화하는 방법도 연구되고 있다.

○ 본 논문에서는 광촉매의 문제점을 극복하고 반응속도와 선택성을 높이기 위한 광촉매 설계의 하나의 방침으로서 이산화티탄과 황화카드뮴을 코어-셀 구조로 하는 방법을 제시하고 있다. 이 방법은 광촉매 입자의 코어와 주위를 둘러싼 셀 사이에 공격이 존재함으로써, 셀로서 실리카 박막 등과 같이 다공성인 것을 사용하면 반응기질인 분자 등이 용이하게 투과하여 광촉매 표면에 도달할 수 있다.

○ 광반도체 촉매를 이용하는 광산화는 환경오염 물질의 완전산화나 환원반응 외에 올레핀류의 에폭시화, 알코올의 탈수소 등 선택적 유기합성에도 매우 효과적이다. 광흡수로 생긴 정공과 전자로부터 여러 가지 활성 산소종이 생성되며 광조사를 정지하면 정공과 전자가 재결합하여 활성산소종도 소멸하고 산화반응도 정지한다.

○ 광촉매는 매우 강한 산화력을 가지고 있으나 부여된 빛의 양(광자수) 만큼만 반응하는 것에 주의해야 할 것이다. 광원으로 자외광이 아닌 가시광을 이용하는 광촉매로서 질소를 도우프한 산화티탄과 같은 가시광응답형 광촉매도 보고되어 있으나 효율은 충분치 못하다. 산화티탄 표면에 백금착체를 담지하여 가시광을 여기시키는 색소증감 작용을 이용하는 재료도 나오고 있으나 백금을 사용하고 있으므로 비용이 높은 결점이 있다.

저자: BUNSHO OHTANI, TSUKASA TORIMOTO, SHIGERU IKEDA
자료유형: 학술정보