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한국기초과학지원연구원은 나노표면연구팀 이현욱 박사와 안하림 연구원 등으로 구성된 연구팀이 가천대 바이오나노학과 이영철 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 수소 플라즈마를 이용한 다공성의 친환경 TiO2 광촉매 재료(친환경 H-TiO2)를 제조하는데 성공했다고 20일 밝혔다.
이번 연구성과의 핵심은 빛을 받아 오염물질을 정화하는 촉매인 광촉매를 친환경적으로 대량생산 할 수 있고, 친환경적으로 생산된 광촉매의 효율을 기존 대비 약 4배 이상 향상시켰다.
공동연구팀이 개발한 광촉매 재료인 ‘친환경 H-TiO2’는 고온·고압의 열처리가 필요한 기존의 H-TiO2 제조법과는 달리 수소 플라즈마를 활용함으로써 간단하면서도 친환경적으로 효율성 높은 광촉매의 대량생산이 가능해졌다.
광촉매 재료인 TiO2는 빛을 이용해 광촉매 반응을 일으키는 반도체 물질 중에 하나로 이를 효율적으로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행 중이지만 태양광 스펙트럼의 4%에 불과한 자외선 영역에 주로 반응하기 때문에 효율이 낮다.
이에 비해 수소가 결합된 ‘H-TiO2’ 촉매는 태양광 스펙트럼의 대부분을 활용할 수 있지만 고온·고압의 열처리가 필요한데다 균일한 성능의 촉매를 만들기 어려운 문제점이 있었다.
이에 기초지원연 연구팀은 이번 연구를 통해 저압 플라즈마에 수소 가스를 주입한 수소 플라즈마를 이용해 가시광선에 반응할 수 있는 넓은 표면적을 지닌 ‘친환경 H-TiO2’를 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다.
이번 성과는 태양광에 반응하는 친환경 광촉매를 개발, 태양광을 이용해 오염된 물을 생체·인체·환경적으로 무해한 수준까지 정화하는 수처리 사업 등에 광촉매를 응용하는 것이 가능해졌다는 점이다.
또 정화된 물이 실제로 살아있는 세포에 안전한지를 추가적으로 검사함으로써 광촉매를 이용한 수질정화 사업의 실효성을 증명했다는 점에서 큰 가치가 있다.
이번 연구를 총괄한 기초지원연 이현욱 박사는 “수소 플라즈마 처리 공정을 이용해 고결정성 및 다공성을 갖는 친환경 H-TiO2를 대량으로 제조할 수 있는 기술을 확보한 것이 가장 큰 성과”라며 “향후 지속적인 연구를 통해 태양광에 반응하는 광촉매 재료의 대량생산 공정 완성에 따른 친환경 H-TiO2의 상용화가 가능해질 것”이라고 설명했다.
한편 이번 결과는 공동연구팀인 기초지원연의 나노물질 제조 및 표면특성 평가기술과 가천대가 보유한 파일럿 규모의 광촉매능 평가 시설 및 역량을 결합시킨 성과로 가천대의 ‘환경부 GAIA project(2015000550006)’와 ‘KBSI 연구개발사업(E36800)’의 지원을 받아 수행됐다.
이 연구 결과는 세계적인 학술지인 ‘사이언티픽리포츠(Scientific Reports)’에 게재됐다.
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