태양광 활용한 수처리 분야에 응용해 물정화 가능

실생활 환경 및 바이오의약 응용에 혁신적인 친환경 TiO2 광촉매 재료 개발

- 기초지원연과 충남대 공동연구 ‘Nature-Scientific Report 誌’ 게재 -

□ 오염물질을 분해하는 정화기능을 가진 ‘친환경 TiO2 광촉매 재료 제조기술’ 개발로 광촉매소재분야 및 수처리 분야에서 기술적 기반 마련하여 실생활에서 인간에 무해한 수준의 물정화가 가능하게 되었다.

□ 한국기초과학지원연구원(원장 정광화, 이하 기초지원연) 물성과학연구부 이주한, 이현욱 박사 연구팀은 충남대학교 (총장 정상철, 이하 충남대) 이영석 교수, 이순창 박사 과정과의 공동연구를 통해 황이 도핑 된 나노튜브로 이루어진 친환경 TiO2 광촉매 재료 (친환경 TiO2라 칭함)를 제조하는데 성공했다고 밝혔다.

- 이번 연구결과는 세계적인 학술지인 네이처-사이언티픽 리포츠(Nature-Scientific reports)誌’ 온라인판에 논문(논문명 : Innovative three-dimensional (3D) eco-TiO2 photocatalysts for practical environmental and bio-medical applications, IF=5.078)으로 2014년 10월 23일 게재되었다.

- 광촉매란 빛을 받아 오염물질을 분해시키는 등 정화기능을 가진 촉매로, 친환경 TiO2를 이용하면 오염된 물이 인간에게 실생활에서 무해한 수준까지 정화가 가능 하다는 것을 이번 결과에서 밝혀냈다.

□ 이번 연구결과는 기초지원연, 충남대학교의 공동연구 성과로

- 기초지원연은 세계 최초로 TiO2를 나노튜브 구조체로 제작하고, 황을 도핑하여 가시광에서의 광화학반응을 극대화하였고, 이러한 과정에서 황이 도핑 된 친환경 TiO2는 기존의 상용 TiO2 재료와 비교하여 약 2배의 효율을 증대시키는 결과를 얻어 내었다.

- 기존의 광촉매는 자외선 영역만 이용하는 이른바 광 반응시 태양광에너지의 활용도가 4% 미만이었지만, 이번 고효율 가시광 촉매의 개발로 태양광의 46%를 차지하게 되어 광촉매 효율을 획기적으로 증대하였다.

□ 특히 광촉매를 수처리 사업 등에 응용하려면 생체·인체·환경적으로 무해한 수준으로 까지 물을 정화하는 것이 중요하며,

- 기존의 광촉매 연구는 오염물의 분해 실험까지만 실시하여 TiO2의 개념과 수처리의 가능성만 제시했다면, 이번에 개발된 ‘친환경 TiO2 광촉매 재료 제조기술’은 친환경 TiO2을 이용하여 오염된 물을 정화한 뒤, 그 물이 실제로 살아있는 세포에 안전한지를 추가적으로 검사하였다.

- 이번 결과는 수질정화 사업의 실효성을 증명한 최초의 성과라는 데 의미가 있다.

□ 그동안 TiO2를 보다 효율적으로 사용하기 위한 연구가 지속되었으나 낮은 비표면적, 효율저하, 높은 비용 등이 문제가 되어 왔고,

- 이번 성과로 가시광에 반응할 수 있도록 TiO2에 황 도핑 처리를 하고, 표면적을 극대화 하도록 나노구조체화 하여 기존 광촉매에서 사용하기 어려운 가시광영역의 빛을 잘 흡수할 수 있는 소재를 디자인하고 제어하여, 수처리 응용 뿐만 아니라 인간에게 무해한 수준의 물정화가 가능하게 되었다.

□ 기초지원연 이주한 박사는 “태양광 활용이 가능한 수처리 분야에 응용하여 인간에게 무해한 수준의 물정화가 가능함을 확인했다는데 의의가 있다.”라고 밝혔고, 충남대 이영석교수는 “앞으로 수처리 공정에서 핵심적인 단가 감소 및 효율 증진을 위해 탄소 신소재와의 융합이 중요하다.”라고 밝혔다.

□ 이번 연구는 한국기초과학지원연의 ‘차세대 나노융복합 in situ 분석시스템개발사업’의 지원을 받아 수행되었다.

☎ 문의처 : 기초지원연 물성과학연구부 이주한 박사 (042-865-3613)

충남대 나노무기응용화학실험실 이영석 교수 (042-821-7007)