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티탄, 바나듐, 크롬 산화물 단일자리 촉매의 설계와 광촉매로서의 활성

전문가 제언: ○ 화석자원의 고갈과 지구온난화로 인류 장래에 대한 우려가 팽배한 오늘날 과학자에게 오염물질의 배출을 줄이고 대체에너지를 찾기 위한 노력이 절실하게 요청되고 있다. 깨끗하고 무진장하게 존재하는 태양에너지를 유용한 화학에너지로 전환시킴으로써 환경오염 문제를 해결하고 지역적으로 편중되어 있는 자원문제를 해결하는 것은 자연과학 전공자에게 주어진 임무이다.

○ 대기와 물속의 공해물질을 줄이고 태양에너지를 이용하는 깨끗한 에너지원을 확보하기 위한 방법의 하나로 효율적인 광촉매의 개발을 들 수 있다. 현재 다양한 벌크상태의 반도체 광촉매가 개발되어 공기 중의 NOX를 제거하고 물속의 공해물질인 독성의 유기물질은 열화제거하며 물의 분해를 통하여 에너지원으로 수소를 확보하려는 연구가 진행되고 있으나 아직은 태양에너지의 전환효율성 면에서 만족할만한 결과를 얻지 못하고 있다.

○ 티탄, 바나듐, 몰리브덴, 철과 같은 천이금속 산화물의 분산계는 자외 광이나 가시 광에 의해 여기 되면 여기상태에서 전하이동착체를 형성하여 산소 마이너스 2가 이온으로부터 금속이온으로 전자가 이동, 여기상태에서 전자와 홀(hole)이 전자-홀 쌍을 형성하는데, 이때 π-궤도가 국재 화되면 한 개의 촉매자리를 가지는 비균질 촉매가 형성된다. 이들 촉매는 NOx를 N2과 O2로 분해시키며 산소 또는 NO와 반응하여 탄화수소를 부분 산화시켜 물속에 용해되어 있는 유기 공해물질을 제거하거나 물속의 이산화탄소를 환원시켜 유용한 물질인 메탄이나 메탄올을 생성시킨다.

○ 본고에서는 티탄, 바나듐, 몰리브덴, 크롬 등과 같은 한자리 금속산화물 의 광촉매 활성에 대한 최근의 연구동향을 소개하고 있다. 높은 반응성과 선택성을 갖는 광촉매계의 설계에 요구되는 배위구조, 활성표면의 전자구조와 전자의 성질에 대한 이해를 중심으로 기술되어 있어 이 분야 연구에 귀중한 자료를 제공하고 있다.

저자: Masakazu Anpo
자료유형: 학술정보