한국섬유소재연구소 : 기술자료 (2010 년 9 월 ) 구미지역의가시광응답촉매연구개발동향 NEDO(( 독 ) 신에너지 산업기술총합개발기구 ) Report No. 1063, 본고는미국 SBI(Strategic Business Insights, In

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서현 진
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1 구미지역의가시광응답촉매연구개발동향 NEDO(( 독 ) 신에너지 산업기술총합개발기구 ) Report No. 1063, 본고는미국 SBI(Strategic Business Insights, Inc.) 의보고서를편집번역한것임. 광촉매분야에있어서현재진행하고있는연구활동동향을확인하기위해 2차 tool 을사용해조사하였다. 또한최근지적재산, 연구출판물, 또자유로입수가능한기업정보를대상으로연구개발및상업활동정보를조사하였다. 구미의연구그룹과기술개발기구등의최근활동에조사의초점을두고다음과같은내용으로수행하였다. - Explorer & Scan : 조사의출발점 : SBI의 explorer program을사용해서얻은정보의요약 - 연구논문검색 : Goole Scholar로검색을행해과거 5년간의연구논문및그간에작성된특허를취하였다. - 특허검색 : 과거 5년간출원된특허를 esp@cene로검색하였다. - Web 검색 : 최신웹검색기능 (Goole.com) 에의해가시광하에서기능하는광촉매의연구개발및상업화에대해논의된최신기사를검색하였다. 1. 머리말광촉매는다양한용도에유용한기술이되어있고, 그중에서도 self cleaning 기능을갖는창이나이와유사한제품표면에의이용으로가장많이알려져있다. 기술용어에서는광촉매라하고, 예를들며, 자외선 ( 태양광 ) 에반응하는산화티탄의나노입자가휘발성유기화합물 (VOC) 와질소산화물과같은다양한오염물질을정화하는용도로의사용이점차증가하고있다. 이나노입자가태양광에너지를흡수하고이것을이용해오염물질분자를산화시킨다. 전형적인적용예로서는, 셀프크리닝기능을갖는유리에서보듯이, 산화티탄의나노입자가건축도료와코팅제에함유되어있다. 산화티탄에광이닿으면그표면이초친수성이되거부착한수적은수막이된다. 이막이유리표면의오염물질내부로들어가면오염이뜨게되고이것이흘러떨어진다. 백금이나금을담지시킴으로서산화티탄의광촉매거동을강화시킬수있다. 산화티탄의나노입자를사용한광촉매에는환경분야에의적용에있어서상당히장래성이보인다. 이는그에너지원인태양광이무료이고, 나노입자의생산도이미공헙화되어있어그기술이다양한환경용도에이용할수있는수준에와있기때문이다. 그러나가시광하에서기능하는기술의개발은아직초기단계에불과하다. 이들기술에의해인공광의조건하에서 ( 예를들면실내 ) 도광촉매효과가얻어지기때문에이러한기술개발은향후광촉매의장래에매우중요한것이된다. 이번의조사는과학자들에따라보다어려운, 가시광응답형광촉매개발에초점을맞췄다.

2 2. SBI의 Explorer & Scan Program SBI의 Explorer 리서치프로그램에따라많은용도선의광촉매개발, 특히광촉매에사용하는나노입자의개발에대해조사하였다. 과거수년에 Sacn and Explorer에보고된활동의대부분은구미지역이외의연구센터에서행해지고있고, 예를들면오스트리아에서는다수의프로젝트가가동되고있다. 각활동의요약은다음과같다 년오스트리아의 New South Wales 대학 ( 기능성나노 material ARC 센터연구자들은실내에서도기능하는산화티탄코팅에관한연구활동을행하고있다고발표하였다 년 Monad Nanotech( 인도 ) 의연구자들은광을이용해카본나노튜브및산화철의광촉매작용을활성화시켜미생물오염과유기오염물질을제거할수있다는것을발표하였다 년 PARS Environmental( 미국뉴져지주 ) 는미생물오염과유기오염물질을현장에서정화및제거하기위해나노스케일의제로가철개발에대해발표하였다 년 University of Queensland( 오스트리아 ) 의연구자들은수처리용도의 Lightanate 1) 광촉매기술개발에대해발표하였다. 3. 논문검색 Goole Scholar의검색기능을이용해과거 10년간 (2009년 12월 15일까지 ) 발표된논문을대상으로, 타이틀 [TI] 와개요 [AB] 란에관련용어 2 개를입력해검색하였다. 그림 1에 2000년도이후의전세계연구자가발표한논문수를정리하였다. 표 1은 2009년까지의연구기관에의한대표적발표 15 건을소개한것으로, 이들은특히구미지역에서 개발중인가시광응답광촉매에초점을맞췄다. 그림 1 발표된광촉매연구논문 (2000 년 1.1~ ) 1) 기존광촉매에비해최대 9 배이상의에너지를이용할수있어, 수처리로부터대기정화까지광범위한용도전개가가능 ( 참조 : Astute Nanotechnology celebrates first year of success ", The University of Queensland, Australia, 27 April 2008

3 대학명 / 연구기관명논문 [ 문헌명 } 발렌시아공과대학응용화학연구층상복수산화물 (LDH) : 가시광에의해물로부터산소를고효율소, UPV-CSIC, Avda( 스페인 ) 로생성시키는광촉매질소 doped 형산화티탄가시광응답촉매의상자성중심특성에모스크바대학 ( 러시아, 모스크대한광조사효과에관한전자상자성공명 (Electron Paramagnetic 바 ) : EPR) 에대한연구맥스플랑크계면콜로이드연구가시광하에서물로부터수소를생성하는, 금속을함유하지않는소 ( 독일, 포츠담 ) 중합체광촉매 스위스연방공과대학 ( 스위스, 로잔 ) 노스웨스턴대학 ( 미국, 이리노이주 ) 신시네티대학 ( 미국, 오하이오주 ) University College London 토리노대학 ( 이탈리아, 토리노 ) West Pomeranian 공과대학 Gdansk( 다다닉스 ) 공과대학 ( 폴란드 ) 오스트리아연구센터 아이오아주립대학 EMPA : 스위스연방소재과학기술연구소 Regensburg 대학 ( 독일 ) 치오요소와요소를기계적으로혼합해작용하는, 가시광응답성 N-S 共 doped형산화티탄 / 질소doped형산화티탄의분말 (Degussa P-25). 대장균의불활성화및페놀산화에대한반응성최적화된가시광응답不定比산화티탄광촉매의질소안정화반응성스퍼터링수중에서마이크로시스테인-LR의광촉매분해반응을일으키는가시광구동 N-F- 共 doping 형산화티탄나노입자 t-butylamine을질소원으로사용해서 APCVD법 ( 상압화학기상법 ) 에의해성막한 N doped 산화티탄막에있어서가시광하에서의광촉매활성의강화및이의항균필름으로의사용가능성질소 doped 산화티탄및질소와불소를共담지 (doped) 한산화티탄. 광활성종의성질과농도및가시광하에서의광촉매활성을결정하는이들의역할 ( 폴란드 ). 정화수에사용할수있는탄소첨가형산화티탄광촉매붕소첨가산화티탄의가시광하에서의광촉매활성 : 붕소함유량, 소성온도, 산화티탄매트릭스효과자외선과가시광에대한광촉매반응에사용할수있는 W dpoed 티타니아나노입자 -텅스텐첨가산화티탄과가시광을이용한광촉매분해반응 : 복합촉매 doped 법을사용한동적, 구조적효과 -유황 doped 산화티탄은정화에효과적인가시광응답형광촉매? 산화티탄의 W frame 용사로합성된나노분물의가시광하에서광촉매기능부여시의열처리영향가시광을이용한광 Redox 촉매 4. 특허활동나노촉매에관계하는특허활동을보면, 기술혁신에관한몇개의정보가보이고있다. 그림 2는타이틀 [TI] 또는개요 [AB] 모두에서 가시광 과 촉매 의어귀가입력되어검색된특허수를나타낸것으로, 과거 10년분을연도별로나타낸것이다. 검색된최신특허 500건내에서구미로부터출원된것은 4건 그림 2 광촉매특허수 ( ~ ) 뿐이다. 표 2 에그특허를소개한다. 이분야특허대부분은일본과중국에서출원한

4 것이다. 기업명 ( 연구기관명 ) 표재 ( 문헌명 ) Dublin 공과대학 ( 아일랜드 ) 가시광화성광촉매 Kronos international( 독일 ) 이산화티탄으로부터제조한개량형광촉매. 가시광하에서기능하는광촉매의광활성을측정하는방법및그측정기구 GM Global technology operations( 세계각지 ) 광촉매및그의용도 5. Web 검색일반적인웹검색에서는가시광응답형광촉매의연구및상업화에관한새로운정보는거의얻지못하였으나, Kronos Advanced Technologies가공기정화및오염제고의선진기술개발을다수행하고있다는것이밝혀졌다. 상세정보는그기업의웹사이트를참조하기바란다. 6. 정리지금까지제시한정보로부터전반적인민간및학술연구자들로부터다음과같은개발을행하고있음이확인되었다. - 구미연구자들은다음과같은폭넓은용도에사용할수있는가시광응답형광촉매기술의연구에매진하고있다. - 물의분리에의한수소생성 - Self cleaning 기능을갖는제품표면과재질 ( 특히헬스케어용도 ) - 물의살균 - 유기오염물질및오염물질산화 - 이산화탄소의탄화수소로의변환 - 연구활동은, 실로글로벌로실시되고있고가시광응답형광촉매에초점을맞춘연구발표대부분은구미이외의연구기관에의한것으로, 현재많은수의연구개발이일본과중국, 기타아시아지역에서행해지고있다. - 광촉매의특허활동은 2003년이가장활발해 2000년이후에출원된특허중약 30% 였고, 특히가시광에관련된것이다. 작년출원된많은특허중가시광에서기능하는최신광촉매를대상으로한것은일본과중국에서출원된것이다. - Kronos advanced technology 사에서는연구활동이특히활발히진행되고있다. - 구미에서현재진행중인연구개발테마에관해연구자들은, 산화티탄을다른물질로 doping 하고, 그물질이다양한파장의광으로광촉매반응을얻으려는연구를계속하고있다. 어떤성분으로티탄을 doping함으로서, 물질의가시광흡수율이향상한다. 특히연구자들은질소, 붕소, 탄소, 불소, 텅스텐으로산화티탄을 doping 하고있다.

5 참고문헌 1. C Telford, "Building Green, " SBI Scan Signal of Change SoC210, November ( SoC210.) 2. Explorer Nanomaterials Viewpoints, June 2008 ( 3. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (38), pp ( ) 4. Applied Magnetic Resonance, Volume 35, Number 3, April, 2009 ( ) 5. Nature Materials, Vol 8, January 2009, pp76-80 ( ) 6. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Volume 205, Issues 2-3, 25 June 2009, Pages ( ) 7. J. Vac. Sci. Technol. A Volume 27, Issue 4, pp (July 2009), ( ) 8. Catalysis Today Volume 144, Issues 1-2, 15 June 2009, Pages ( ) 9. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry Volume 207, Issues 2-3, 25 September 2009, Pages ( ) 10. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry Volume 207, Issues 2-3, 25 September 2009, Pages ( ) 11. Polish Journal of Chemical Technology, Volume 11, Number 2 / 2009, pp46-50, ( ) 12. Applied Catalysis B: Environmental, Volume 89, Issues 3-4, 15 July 2009, Pages ( ) 13. Applied Catalysis B: Environmental, Volume 91, Issues 1-2, 7 September 2009, Pages ( ) 14. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry Volume 207, Issues September 2009, Pages ( ) 15. Applied Catalysis B: Environmental Volume 91, Issues September 2009,

6 Pages ( 16. Topics in Catalysis, Volume 52, Number 8 / July, 2009, pp ( ) 17. Angewandte Chemie International Edition, Volume 48 Issue 52, November 2009, Pages ( ) 18. Patent WO , Patent WO , Patent EP , Patent US , 2006.

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07.... 01V28. National Election Commission 9 September S M T W T F S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23/30 24 25 26 27 28 29 11 November S M T W T F S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16