초록 ▼

□ 연구개요
○ 섬유 폐수 등 산업 폐수 속에 있는 유기물 염료는 수 중 생태계 뿐만 아니라 인간건강에게도 치명적인 위협이 됨. 특히 이러한 유기물 염료 중 일부는 발암물질로 알려져 있어, 산업 폐수가 수 중 생태계로 방류될 때에는 유기물 염료 등에 대한 기준치를 엄격히 적용하고 있음. 따라서 이러한 환경오염원을 제거하는 기술을 필요하며 본 연구에서는 광촉매 반응을 통해 환경오염원을 제거하는 신규 광촉매 제조 기술을 개발하고자 함. 자외선 광촉매로 널리 알려진 TiO₂의 광화학적 특성을 향상시키고자 다양한

□ 연구개요
○ 섬유 폐수 등 산업 폐수 속에 있는 유기물 염료는 수 중 생태계 뿐만 아니라 인간건강에게도 치명적인 위협이 됨. 특히 이러한 유기물 염료 중 일부는 발암물질로 알려져 있어, 산업 폐수가 수 중 생태계로 방류될 때에는 유기물 염료 등에 대한 기준치를 엄격히 적용하고 있음. 따라서 이러한 환경오염원을 제거하는 기술을 필요하며 본 연구에서는 광촉매 반응을 통해 환경오염원을 제거하는 신규 광촉매 제조 기술을 개발하고자 함. 자외선 광촉매로 널리 알려진 TiO₂의 광화학적 특성을 향상시키고자 다양한 표면처리, 나노 형상 조절, 그리고 페롭스카이트 구조 도입 기술을 적용하고 이들을 탄소소재와 하이브리드하여 그래핀 혹은 탄소 기반 컴포지트 광촉매 소재를 제조함으로써 가시광 영역에서도 효율적인 촉매 작용을 하는 광촉매를 개발하고자 함. 광촉매의 반응 효율을 높이기 위해서는 첫째, 태양광 중 비율이 많은 가시광에서 촉매 효과를 극대화 해야 하며, 둘째, 빛의 흡수로 인해 생성된 정공과 전자가 재결합하지 않도록 하는 것이 중요함.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ 본 연구과제 수행 최종 결과, 전이금속 담지 NiTiO₃ 신규 광촉매와 변형티타늄 산화물/그래핀 산화물 컴포지트 신규 광촉매 및 g-C₃N₄ 기반 컴포지트 신규 광촉매가 개발됨. 제조된 신규 광촉매는 가시광 조사하에서 액상오염원 제거에 대한 높은 광촉매 효율을 보여 환경오염원 정화용 가시광 광촉매로 활용가능성이 높음. 전이금속 담지 효과 및 그에 따른 광촉매 물성 변화, 컴포지트 촉매 제조 방법에 따른 컴포지트 촉매의 광촉매 특성에 대한 이해도를 높였으며 이를 바탕으로 나노 물성 제어를 통한 신규 가시광광촉매를 개발함. 본 연구과제를 통해 개발된 신규 광촉매는 아래와 같음.
- Mo/Co/W 도핑 니켈 타이타네이트 광촉매
- NiTiO₃/ZnO g-C₃N₄ 컴포지트 광촉매
- 변형 티타늄 산화물 그래핀 산화물 컴포지트 광촉매
○ 제작된 신규 광촉매는 액상 광분해 반응에서 가시광 조사하에서 기존의 상용광촉매인 P25보다 높은 광분해성을 보였으며, 본 연구과제에서 제시한 정량적 성능 목표치(가시광조사 하의 액상 오염원 제거 효율, 광촉매 비표면적, 광촉매 밴드갭)에 충분히 도달하였음.
○ 본 연구과제 진행 결과, 총 9편의 SCI 논문이 게재됨. 9편의 논문 중 5편이 해당 분야 상위 10% 이내 저널임. (Appl. Surf. Sci. 4편; J. Alloy. Compd. 1편) 특허 출원이 1 건이 있으며, 1건의 특허 출원을 준비 중임. 또한 본 과제는 후속과제로 전단계 과제에서 출원된 특허가 1건 등록됨. 한편, 본 연구주제 관련으로 국내외 학술대회에서 21 건의 포스터를 발표함.

□ 연구개발결과의 중요성
○ 본 연구과제의 연구내용별 핵심 연구 결과와 그 중요성은 아래와 같이 요약함.
- 전이금속 담지 NiTiO₃ 광촉매 개발: 다양한 전이금속을 NiTiO₃ ilmenite 격자구조에 도핑하여 신규 광촉매 제조함. 가시광영역의 컴포지트 광촉매로서의 활용가능성이 높음.
- 변형 티타늄 산화물/그래핀 산화물 컴포지트 광촉매 개발: 니켈 담지 변형 티타늄 산화물/그래핀 산화물 컴포지트 광촉매를 제조한 결과, NTG-50의 경우, 가시광 영역에서의 광분해 효율이 상용광촉매의 자외선 영역의 광촉매의 성능과 비슷하여 상업적 활용도가 높다고 판단됨.
- 카본 나이트라이드/금속산화물 컴포지트 광촉매 개발: 금속산화물 존재 하에서 g-C₃N₄ 상의 형성과정과 그 결과 얻어지는 컴포지트 광촉매의 구조와 광분해 성능에 대한 심도 깊은 연구가 진행됨. 해당 연구내용의 지속적인 연구가 필요하며 향후 중견 연구과제에서 집중적으로 연구를 수행할 예정임.
○ 본 연구과제의 상용화 관련 핵심 연구 결과는 아래와 같이 요약함.
- 고비표면적 고효율 가시광 컴포지트 광촉매 개발: 본 연구에서 개발된 NTG-50 광촉매는 높은 비표면적과 낮은 밴드갭 그리고 상용광촉매와 유사한 가시광 광분해 효율등으로 우수한 가시광 광촉매로 판단됨. 관련 연구 결과가 특허등록됨 (특허 제10-1701924호, 니켈담지 이산화티타늄-환원된 그래핀산화물 광촉매 및 그의 제조방법).
- 카본 나이트라이드 기반 컴포지트 광촉매 개발: 개발된 g-C₃N₄/전이금속담지 NiTiO₃ 컴포지트 광촉매을 특허 출원함 (출원번호 10-2018-0114431, 컴포지트 광촉매 및 이의 제조방법). 추가 출원 준비 중임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1.1. 기술개발의 필요성 ... 5
• 1.2. 연구범위 및 최종목표 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2.1. 전이금속 담지 NiTiO3 광촉매 개발 ... 6
• 2.2. 변형 티타늄 산화물/그래핀 산화물 컴포지트 광촉매 개발 ... 7
• 2.3. 카본 나이트라이드/금속산화물 컴포지트 광촉매 개발 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 10
• 5. 연구성과 ... 11
• 끝페이지 ... 15