국내 연구진이 수질 정화 등 각종 오염물질 분해에 사용되는 광촉매를 친환경적으로 대량 생산하고 광촉매 효율을 4배 이상 높일 수 있는 기술을 개발했다.

한국기초과학지원연구원은 지난 7월 20일 이현욱 박사, 안하림 연구원과 가천대 이영철 교수 연구팀이 공동으로 수소 플라즈마를 이용해 ‘친환경 이산화티타늄(H-TiO2) 광촉매 재료’를 제조하는 데 성공했다고 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. 특히 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.

그동안 광촉매 재료인 이산화티타늄은 빛을 이용해 광촉매 반응을 일으키는 반도체 물질 중의 하나로 태양광 스펙트럼의 4%에 불과한 자외선 영역에서 주로 반응하기 때문에 효율이 낮은 것으로 알려져 있다. 반면에 수소가 결합된 친환경 이산화티타늄 촉매는 태양광 스펙트럼의 대부분을 활용할 수 있지만 고온·고압의 열처리가 필요하고 균일한 성능의 촉매를 만들기 어려운 문제를 안고 있다.

이에 연구팀은 저압 플라즈마에 수소를 주입한 수소 플라즈마를 활용해 가시광선에 반응할 수 있는 넓은 표면적을 지닌 친환경 이산화티타늄 광촉매를 대량 생산했다. 또한 플라즈마 반응 가스 내에서 높은 에너지로 가속된 전자가 주변 분자들과 충돌해 수소와 관련한 이온을 많이 형성시켜 기존보다 높은 광촉매 효율을 얻었다.

이 광촉매는 태양광을 이용해 오염된 물을 정화하는 수처리 분야와 정화된 물의 안전성 여부를 검사하는 수질정화 분야 등에 널리 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이현욱 기초지원연 박사는 “수소 플라즈마 처리 공정을 이용해 고결정성, 다공성을 갖는 친환경 이산화티타늄을 대량 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.