헤테로 초분자 가시 광촉매 개발

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-04-23

염료 감응 TiO2 나노결정 필름에 의해 표현된 "헤테로 초분자"는 태양에너지를 전기적 화학적에너지로 변환하는 지능적인 나노장치에 있어 중요한 물질이다. 일본의 연구팀은 이전에 TiO2와 자외선 조사에서 높은 2-나프톨의 분해활성을 가진 소위 "admicelle"인 표면에 형성된 양이온 계면활성제 이중층 자기 조립 헤테로 초분자 광촉매에 대해 발표하였다. 연구팀은 이번에 Au/TiO2 SPR 유도 가시광 광촉매 알코올의 카르보닐화합물로 화학 선택적 산화와 양이온 계면활성제의 도입에 의한 산화력을 현저하게 증가함을 발표하였다 [그림 1]. 이것은 헤테로 초분자 시스템에서 가시광 광촉매 반응의 첫 보고라고 연구팀은 주장하고 있다. 정수과정에 필요한 유기물질의 TiO2-광촉매 분해에 대한 계면활성제의 첨가에 의한 비슷한 증가 효과의 보고는 있지만 유기합성으로서 산화에 계면활성제/TiO2 시스템의 응용에 대한 보고는 없었다. 이것은 매우 강한 산화력을 함유한 TiO2의 밸런스 밴드 홀과 부분적으로 산화된 제품을 선택적으로 얻기 어렵기 때문이다. TiO2 광촉매의 가장 큰 단점은 넓은 밴드 갭 때문에 가시광은 이용하기 어렵다는 것이다. 최근 가시광 여기로 TiO2에 금 나노입자 (Au NPs)를 입힌 (Au/TiO2)의 표면 플라즈몬 공명 (SPR)이 보고되고 있다. 가시광 도입 전지 전이가 산화 유기 합성에 응용할 수 있는 온화한 산화력을 가진 Au NPs를 만들 수 있다. 이런 연구는 이소프로판올을 아세톤 그리고 치올을 다이설파이드의 산화반응으로 막 시작 되었다. 그러나 광촉매 능력은 낮다. 연구팀은 알코올에서 카르보닐화합물로의 Au-TiO2 SPR 도입 가시광촉매 화학 선택적 산화와 양이온 계면활성제의 첨가에 의한 산화력의 현저한 증가에 대해 발표하였다. 로딩 양을 일정하게 가지며 Au 입자 크기를 다르게 하여 Au/TiO2를 증착-침전 방식으로 합성하였다. 알코올의 광촉매 산화는 다음과 같이 수행하였다. Au/TiO2는 신나모일 알코올 (Ph-CdC-CH2OH) 용액에 넣었고 광은 호기성 조건하에서 조사되었다. 현탁액에 자외선 조사는 빠른 비 선택적 Ph-CdC-CH2OH 분해를 일으킨다. 반대로 현탁용액에 가시광 조사는 신나모알데하이드 (Ph-CdC-CHO)와 신나믹 산 (Ph-CdC-COOH)을 부분적인 산화된 물질 90%와 10%로 선택적으로 각각 조사시간 24시간에 8% 전환율을 가지고 만들어 졌다. hyun-041610JACS.jpg 출처 : http://pubs.acs.org