광촉매[Photocatalyst] 소개
광촉매[Photocatalyst]는 빛[Photo=Light] + 촉매[catalyst]의 합성어로 빛을 이용한 촉매라 말할 수 있다. 말 그대로 빛을 에너지원으로 촉매 반응을 진행시키는 물질을 말하는데, 이러한 광촉매로는 반도체성 금속 산화물이나 황 화합물이 이용된다.
광촉매는 1972년 후지시마와 혼다가 이산화티타늄 단결정 전극에 빛을 조사하면 광산화반응과 광환원 반응에 의하여 물이 수소와 산소로 분리됨을 발표한 이후 급속히 연구가 진행 되어 이후 다양한 응융분야가 밝혀지면서 이에 따른 연구가 활발히 진행되고 있다.
반도체는 일정한 영역의 에너지가 가해지면 전자가 가전자대(Valence Band)에서 전도대(Conduction Band)로 여기 된다. 즉 전도대(Conduction Band)에는 전자[ , electron]들이 형성되게 되고 가전자대(Valence Band)에는 정공[ , electron hole]이 형성되게 된다.
이렇게 형성된 전자와 정공은 각각 산화, 환원 반응에 참여하게 된다
그림 1 Photo_excitation mecanism
그림2 Photocatalytic redox mechanism
이러한 광촉매의 종류에는 TiO2, ZnO, CdS등 여러 종류가 있는데 각각 이러한 광여기 반응이 일어나는데 필요한 에너지가 각각 다르다. 광촉매에 사용되는 물질과 그들의 에너지 밴드갭을 은 아래 그림과 같다.
각각의 물질과 이들에서 전자와 정공을 여기하는데 필요한 에너지와의 관계식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
광촉매로 이용될 수 있는 다양한 물질 중 주로 TiO2 [Anatase 결정형]가 이용되는데, 이는 위의 광여기 반응을 일으키는데 필요한 에너지가 387.5nm (이론적인값)정도로 태양광으로부터 충분한 에너지를 받을 수 있고, 화학적으로 안정하고, 광활성이 우수하며, 인체에 무해한 점 등 그 물성이 우수하기 때문이다.
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