가시광 응답형 광촉매

전문가 제언

산화티탄을 대표로 하는 광촉매는 빛을 흡수하여 산화작용을 발현하고, 환경정화재료(Environmental purification materials)로서 널리 이용되고 있다. 최근에는, 잘 알려져 있는 바와 같이 광촉매를 이용한 인공광합성(Artificial photosynthesis) 연구가 활발히 수행되고 있다. Toyota Central R ＆ D Labs.에서는, 가시광에 의해서도 광촉매작용을 발현하는 질소로서 도핑된 산화티탄을 새롭게 기술개발하고, 이 재료를 Toyota Tsuso Corporation에서는 2004년부터 사업을 진전시키고 있다.

 

이것은, 가시광 환경(Visible-light environment) 하에서 광촉매가 가지는 산화작용을 이용하여 방오, 소취, 항균, 항바이러스 등의 환경정화재료로서 이용되고 있다. 주변에서 제품으로 적용되는 예는 고분자재료가 많고, 이들 제품에 상기 기능을 부여하여 적용중심을 섬유, 필름 등으로 진전시키고 있다.

 

1990년대에는 Tokyo University, TOTO(Ltd.) 등을 중심으로 광촉매에 의한 친수화의 연구개발이 주목되었으며, 자기세정재료(Self cleaning materials)로서 실용화 되었다. 더욱이 이들을 계기로 광촉매 개발 붐이 일어났으며, 그 중에서도 가시광 응답(Visible-light response)의 연구개발도 커다란 테마였다. Toyota Central R ＆ D Labs.에서는, 1999년에 지금까지 없었던 산화티탄의 산소 (음이온) 사이트에 별종의 원소를 치환시키는 새로운 개념을 생각하고 이론, 실험 양쪽 면으로부터 접근했다.

 

이론적으로는, 양자역학(Quantum mechanics)의 제1원리 계산에 의하여 각종 음이온을 산화티탄의 산소 사이트에 일부 치환시켰을 때의 전자상태를 비교검토하고, 질소(N)를 도핑시켰을 때에 밴드 갭 내부 가전자대(Valence band)의 최상부근에 새로운 상태가 형성되는 것을 발견했다. 즉, N2p 상태가 산소의 O2p와 혼성하기 쉬운 결과, 가시광 응답으로 될 가능성이 가장 높을 것으로 예측했다.

 

실험적으로는, 스퍼터링법(Sputtering method)으로 산화티탄에 질소를 도핑시키는 것으로부터 개시되었다. 각종 조건에서 스퍼터 성막과 제작된 박막의 광촉매 특성측정을 계통적으로 실시하고, 그 중에서 가시광으로 광촉매 특성이 나타나는 것을 발견했다. 그 후, 질소도핑 산화티탄(TiO2-xNx) 분말의 제작에도 성공했고, 이들에 대한 색소분석, 가스분석, 친수성 등 여러 가지 측면의 가시광 하에서 광촉매 특성을 확인했으며, 새로운 개념의 가시광 응답화를 달성할 수 있었다.

 

저자

Yoshio Kimura, Takeshi Ohwaki

자료유형

연구단신

원문언어

일어

기업산업분류

화학·화공

연도

2013

권(호)

62(12)

잡지명

高分子

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

733~734

분석자

정*진

분석물

• 가시광 응답형 광촉매.pdf [289,527 byte]

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