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The photocatalytic reaction according to the wavelength of light and cocatalyst

"The photocatalytic reaction according to the wavelength of light and cocatalyst"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2023.10.31 최종저작일 2022.08
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The photocatalytic reaction according to the wavelength of light and cocatalyst
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    소개

    "The photocatalytic reaction according to the wavelength of light and cocatalyst"에 대한 내용입니다.

    목차

    1. Background and Introduction
    2. Materials and Methods
    3. Results and Discussions

    본문내용

    1. Background and Introduction
    1) What is a catalyst
    촉매 반응은 일반적으로 특정 화학 물질이 진행되는 속도를 가속화하기 위해 사용된다. 본질적으로 촉매의 작용은 반응을 위한 더 낮은 대체 에너지 경로를 제공하는 것이다. 이를 위해 촉매 물질은 반응 물질과 상호 작용하여 중간 화합물을 형성한다. 이 중간생성물은 형성 후에 원래의 촉매 종을 그대로 남겨두고 떨어져 나간다는 점에서 일시적이다. 촉매 반응 완료 시 화학 구조 또는 질량은 반응에 의해 영향을 받지 않는다.
    2) What is a photocatalyst
    광촉매는 빛과 촉매의 합성어로 빛을 에너지원으로 촉매 반응(산화ㆍ환원반응)을 촉진시켜 각종 세균 및 오염물질을 분해시켜주는 반도체 물질이다.
    - 광촉매의 종류
    광촉매에 사용할 수 있는 물질로는 〖TiO〗_2(anatase), 〖TiO〗_2(rutile), ZnO, CdS, 〖SnO〗_2, 〖WO〗_3 등과 페로브스카이트형 복합금속산화물등이 있다. 이중 〖TiO〗_2는 자체가 빛을 받아도 변하지 않아 반영구적으로 사용이 가능한데 반해, ZnO와 CdS는 빛을 흡수함으로써 촉매 자체가 빛에 의해 분해되어 유해한 Zn, Cd 이온을 발생하는 단점을 갖고 있다.
    광촉매의 조건과 활성을 고려해 볼 때, 빛을 받아도 자신은 변화하지 않아 반영구적으로 사 용할 수 있고, 염소나 오존보다 산화력이 높아 살균력이 뛰어나며 모든 유기물을 이산화탄소와 물로 분해할 수 있는 능력을 갖고 있는 산화티탄(〖TiO〗_2)이 대표적인 광촉매 물질로 널리 사용되고 있다.
    3) What is a cocatalyst
    조촉매(공촉매)는 촉매의 활성을 높이거나 촉매에 의해 일어나는 반응을 규제 또는 변화시키기 위해 첨가하는 성분이다. 조촉매의 종류로는 산류, 물, 산할로젠화물 등이 사용되고 있다.
    광촉매에 조촉매를 붙여주게 되면 전자가 조촉매를 타고 더 빨리 들뜨게 되고 OH 라디칼을 더 빠르게 생성하면서 조촉매를 붙이지 않았을 때보다 오염물질의 분해 속도가 더욱 빠르다. 또한, 반응시간을 더 길어지게 함으로써 OH 라디칼이 오염물질을 더 오랜 시간 분해할 수 있게 해준다.

    참고자료

    · 없음
  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. 광촉매(Photocatalyst)
      광촉매는 빛 에너지를 이용하여 화학 반응을 촉진하는 물질로, 환경 정화와 에너지 변환 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 특히 이산화티타늄(TiO2)과 같은 반도체 광촉매는 수십 년간 연구되어 왔으며, 물 분해, 오염물질 제거, 항균 작용 등 다양한 응용이 가능합니다. 광촉매의 효율성을 높이기 위해서는 밴드갭 에너지 조절, 표면 결함 제어, 그리고 새로운 물질 개발이 필수적입니다. 앞으로 더욱 효율적이고 경제적인 광촉매 개발이 지속되면 지속 가능한 사회 구현에 크게 기여할 것으로 예상됩니다.
    • 2. 조촉매(Cocatalyst)와 반응 가속화
      조촉매는 주 광촉매와 함께 작용하여 반응 속도를 현저히 향상시키는 물질입니다. 금속 나노입자나 금속 산화물 같은 조촉매를 광촉매 표면에 담지하면 전자-정공 분리 효율이 증가하고 반응 활성 사이트가 증가합니다. 특히 백금, 팔라듐, 루테늄 등의 귀금속 조촉매는 매우 효과적이지만 비용이 높다는 단점이 있습니다. 따라서 저가의 전이금속 산화물이나 황화물을 조촉매로 활용하는 연구가 활발히 진행 중이며, 이는 광촉매 기술의 실용화를 위해 매우 중요한 과제입니다.
    • 3. 빛의 파장에 따른 광촉매 반응
      광촉매의 반응 효율은 입사 빛의 파장에 크게 의존합니다. 각 광촉매는 특정 밴드갭 에너지에 해당하는 파장의 빛을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성합니다. 예를 들어 TiO2는 주로 자외선 영역에서만 활성을 보이므로, 가시광선 영역까지 활용하기 위해 도핑이나 이종 접합 등의 방법이 사용됩니다. 태양광의 약 43%를 차지하는 가시광선을 효과적으로 활용할 수 있는 광촉매 개발은 태양 에너지 활용 측면에서 매우 중요합니다. 향후 광스펙트럼 전체를 활용하는 광촉매 개발이 진행된다면 에너지 효율이 획기적으로 향상될 것입니다.
    • 4. 광촉매의 환경 응용 및 지지체 연구
      광촉매는 수질 정화, 대기 오염 제거, 유해 물질 분해 등 다양한 환경 문제 해결에 활용될 수 있습니다. 그러나 분말 형태의 광촉매는 회수가 어렵고 2차 오염을 야기할 수 있어, 적절한 지지체에 고정화하는 것이 필수적입니다. 다공성 세라믹, 활성탄, 그래핀, 금속 유기 골격체(MOF) 등 다양한 지지체가 연구되고 있으며, 이들은 광촉매의 표면적 증가, 빛 흡수 향상, 그리고 재사용성 개선에 기여합니다. 지지체 선택은 응용 분야와 경제성을 고려하여 신중히 이루어져야 하며, 이는 광촉매 기술의 실제 산업화를 위한 핵심 요소입니다.
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