최근 심해진 미세먼지, 독성물질, 바이러스 등을 제어하는 기술로 광촉매가 다시 주목을 받고 있다.
광촉매는 환경유해 물질을 제거하고, 물에서 수소를 만들고, 이산화탄소를 유용한 물질로 전환시킬 수 있는 다재다능한 물질이다.
그러나 이 모든 기능은 인공광 혹은 햇빛이 있을 때에만 작동이 가능하다.
박현웅 교수팀이 개발한 광촉매는 빛의 일부를 스스로 저장해 빛이 없을 때에도 광촉매 기능의 핵심 물질인 활성산소종을 지속적으로 생성시킬 수 있다.
광전하(광촉매 상에서 빛을 받으면 발생하는 전하)의 이동 속도가 다른 두 종의 광촉매를 서로 접합시켜 빛이 있을 경우에는 전하 이동 속도가 빠른 광촉매에서 활성산소종이 발생하고 전하 이동 속도가 느린 광촉매에서는 전하가 쌓이게 했다.
이후 빛이 없게 되면 쌓여 있던 광전하가 반응을 일으켜 활성산소종을 생성시켰다.
빛이 있으면 광촉매 기능을 하면서 동시에 충전되고 빛이 없으면 충전된 에너지로 작동하는 일종의 광 배터리인 셈이다.
박 교수팀은 이 같은 기능을 갖는 복합광촉매를 이용한 물 정화용 필터를 제작해 빛이 없을 때에도 수중 독성물질인 비소 금속 제거가 가능한 것을 확인했다.
지하수 중금속의 대표 물질인 비소는 독성이 강한 3가 비소와 독성이 약한 5가 비소로 존재한다.
박 교수팀은 충·방전 가능한 복합광촉매 필터가 빛이 없는 조건에서도 3가 비소를 5가 비소로 산화시킬 수 있음을 입증했다.
박 교수팀은 “충·방전용 광촉매 필터는 촉매의 합성과 시스템 제작이 간단하고, 수 백회의 재사용이 가능해 실용성이 매우 높다. 또한 화학약품을 사용하여 활성산소종을 발생시키는 타 시스템에 비해, 개발된 복합광촉매 필터는 방전과정 중에서 활성산소종을 생성시키는 친환경적인 시스템이다. 이번 기술을 활용할 경우 빛이 없더라도 수처리, 공기 정화, 세균 박멸 등의 다양한 환경 문제를 손쉽게 해결할 수 있다”고 밝혔다.
이 연구 결과는 환경 분야 저명 국제학술지인 ‘환경 과학 및 기술 (Environmental Science & Technology)’ 8월 4일자(미국 현지 시간) 표지논문으로 게재됐다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
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