국내 연구진이 기계적 에너지를 전기화학적 에너지로 변환하는 압전 촉매입자에 산소 결함을 형성시켜 공기나 물에 있는 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 고성능 압전 촉매를 개발했다.
한국연구재단(이사장 이광복)은 이영인 서울과학기술대 교수 연구팀이 환경정화용 압전촉매로 표면에 산소 결함이 형성된 타이타늄산바륨(BaTiO3) 나노입자 소재를 개발했다고 24일 밝혔다.
압전 촉매는 주변에 버려지는 다양한 기계적 에너지를 받아들여 전기화학적 에너지로 변환하는 장점이 있으나, 물흐름과 같이 적은 에너지 수준에서는 낮은 촉매 특성을 보여 초음파와 같이 높은 에너지를 일부러 가해야 한다는 단점이 있었다.
연구팀은 제어된 양의 산소 결함을 도입한 표면과 우수한 결정성의 중심부로 구성된 '검은색 타이타늄산바륨 나노 입자'를 설계, 합성했다. 나노 입자 중심부 우수한 결정성은 촉매 작용에 참여하는 전자에 높은 에너지를 부여하며, 표면에 형성된 산소 결함은 촉매 반응에 참여하는 전자의 농도를 크게 증가시킨다.
개발한 검은색 타이타늄산바륨 나노 입자는 물흐름에 의해 발생하는 적은 에너지만으로도 압전 촉매 반응을 유도해 비스페놀 A(내분비 교란물질)와 로다민 B(독성을 가진 염료) 등으로 오염된 물을 성공적으로 정화했다.
기존 흰색 타이타늄산바륨 나노 입자와 비교해 오염물질 제거 성능이 약 4.3배 증가했고, 정화 과정을 반복해도 제거 성능을 유지해 유체 흐름과 같이 낮은 에너지로 작동하는 압전 촉매 중 최고 수준이라고 연구팀은 설명했다.
한편 교육부와 한국연구재단이 추진하는 기본연구사업 지원으로 수행된 이번 연구성과는 에너지·소재 분야 국제학술지 나노 에너지(Nano Energy)에 지난 1월 29일 게재(온라인)됐다.
이인희기자 leeih@etnews.com
