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가시광 응답형 광촉매 개발

전문가 제언: ○ 현재, 광촉매는 에너지와 환경문제를 종합해서 해결하려고 연구개발이 진행되고 있다. 이때 에너지 획득은 물을 분해하여 수소를 발생시키는 반응을, 환경정화는 오염물질을 산화 분해시키는 반응을 효율적으로 진행시키기 위해서 광촉매가 요구되어 왔다. 광촉매가 작용하기 위한 광원은 에너지를 소비하는 인공적인 광을 광촉매에 쓰이도록 하는 것이 아니고, 태양광이나 실내의 형광등을 필수적으로 이용하는 광원이다. 산화티탄(TiO2)은 1950년대부터 연구되어 왔으며, 안정성과 안전성 및 비용면에서 실용화된 재료이다.

○ 광촉매는 광에너지를 구동력으로 이용하기 때문에 물의 분해반응뿐만이 아니고 CO2의 물에 의한 환원고정화반응과 같은 인공 광합성반응을 진행시킬 수 있다. CO2와 물의 존재 하에서 벌크반도체 산화티탄 광촉매를 광조사하면 티탄과 메탄올이 생성된다. 벌크반도체 산화티탄 광촉매는 각종 에너지 저장형 반응을 유도하지만, 산화티탄을 고정화 하고 그 사이즈를 클러스터 사이즈로부터 분자레벨이 높은 분산상태로 변환시키면 광촉매 반응효율과 선택성을 크게 향상시킬 수 있다.

○ 광촉매는 광흡수로 에너지가 높아진 전자에 의한 환원반응과 전자를 빼앗긴 정공에 의한 산화반응이 기본이기 때문에, 광에너지를 흡수하는 에너지준위와 반응분자의 산화환원전위의 위치관계에 따라서 반응이 에너지적으로 가능한 것은 필수조건이다. 실제로 반응이 발생하기 위해서는 다른 인자도 중요하다. 즉, 반응도중의 에너지를 낮게 하는 촉매작용의 존재가 반응을 발생시키는 중요한 인자이다.

○ 현재, 광촉매에 관련된 연구나 제품생산은 거의 대부분이 일본의 기업이나 대학에서 수행되고 있다. 우리나라에도 광촉매협회가 있으며, 여기에 많은 기업이 참여하고 있다. 그러나 광촉매의 제조보다는 수입제품을 취급하는 중소업체가 대부분이다. 또한 우리나라는 시장 등의 여러 가지 정보가 미흡하기 때문에 연구개발이나 사업화에 어려움이 많다. 따라서 산학년에서 광촉매에 관련된 연구개발과 상품화에 계속 노력하고, 더욱이 국가에서 계속적인 지원이 필요하다고 생각된다.

저자: Masahiro Miyauchi, Kazuhito Hashimoto
자료유형: 학술정보