‘저가·친환경’ 광촉매코팅제 개발 앞당길 원리 찾았다

머니투데이

류준영 기자

국내 연구진이 빛을 받을 때 이산화타이타늄이 초친수성을 띠게 되는 원리를 규명해냈다.

표면에 물방울이 맺히지 않는 초친수성 물질은 눈과 비에도 시야를 가리지 않아야 하는 항공기나 자동차의 유리 등에 널리 쓰인다.

이번 연구는 앞으로 항균, 탈취, 셀프크리닝, 김서림방지 기능을 갖는 보다 경제적이고 친환경적인 광촉매코팅제나 필름 개발에 기여할 것으로 보인다.

제원호 교수/사진=서울대

서울대 물리천문학부 제원호 교수 연구팀은 자체적으로 만든 원자힘현미경을 이용해 가시광선과 근적외선 흡수시 나타나는 이산화타이타늄 표면의 흡착물층을 발견했다고 20일 밝혔다.

또 실시간으로 그 성장을 정밀하게 측정한 결과, 초친수성이 흡광시 생성되는 흡착물층과 물 분자와의 강한 인력 때문임을 규명했다.

그 간 이산화타이타늄의 흡광시 나타나는 초친수성은 방오, 방담(anti-fogging) 필름 등에 응용되나 정확한 원인은 논란이 있어 효율적인 태양광 스마트 코팅제 개발 등에 응용하는 데 어려움이 있었다. 기존 연구가 흡광시 표면의 직접적인 구조적 변화를 측정하는 데 한계가 있었던 것.

이에 연구팀은 정밀한 원자힘현미경을 이용해 이산화타이타늄 표면의 흡착물층을 직접 세밀하게 분석해 냈다.

연구팀은 또 흡착물층 생성원리도 밝혔다. 이산화타이타늄 표면의 산소결함에 포획된 전자들이 공기 중 물분자와 상호작용함으로써 얇은 막처럼 물이 흡착됐다는 게 연구팀의 설명이다. 이 물층은 빛의 세기에 따라 약 20㎚ 이상 두껍게 성장하는 것으로 나타났다.

나아가 표면 전자에 의한 습윤효과보다 표면에 광흡착된 물 층에 의한 습윤효과가 지배적이라는 것을 확인했다.

제 교수는 "이산화타이타늄의 초친수성 원리가 분명히 규명됨에 따라 유사한 산소결함을 갖는 금속산화물들의 광친수성의 이해 및 새로운 친환경 광촉매 개발에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구성과는 미국립과학원회보(PNAS) 지난 7일자 온라인판에 게재됐다.