나노기술 및 정책 정보

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● 중국 칭화(淸華) 대학교 쭈융파(朱永法, 주영법) 교수 연구팀이 장난(江南, 강남) 대학교 러우양(婁陽, 루양) 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 α-MnO2를 그래핀 층에 접목하고, 촉매제 표면 전자 구조를 조절하여 효율적이고 안정적인 오존 분해 과정을 구현 

● α-MnO2을 촉매로 오존을 분해시키려고 할 경우, 촉매의 산소 결함 부분에 의해 오존 전환 효율이 떨어지게 되며, 또한 높은 습도 환경 하에서 물 분자와 오존 분자의 화학 구조가 비슷하기 때문에 촉매의 오존 분자의 흡착을 방해하여 촉매 성능가 약화된다는 단점을 보유

● 연구팀은 그래핀 산화물을 전구체로 사용하고 단일 단계의 수열(水熱) 합성 방법을 이용해 MnO2@graphene(MnO2@GR)을 합성하여 α-MNO2 나노 섬유 패키지를 실현

● 연구팀은 이번 연구를 통해 그래핀에 접목된 산소 결함을 보유한 망간 원자를 통해 전자가 그래핀으로 유입되어, 전자 밀도가 높은 부분을 형성하며, 이렇게 형성된 국부적인 일함수(local work function)의 차이는 오존 분자 흡착과 산소 중간물질의 분해 흡착 반응 에너지 장벽을 균형에 이르게 하여 촉매의 안정성을 향상시킨다는 점을 입증하였으며, 그래핀 쉘 층은 일정한 소수성 특성을 보유하고 있기 때문에 수증기의 화학 흡착 행위를 방해하여 수증기가 오존 분자에 대한 경쟁적인 흡착을 대폭 감소시킬 수 있다는 점을 발견

● MnO2@GR 촉매는 20%의 상대 습도 하에서 효율적이고 안정적인 오존 분해 특성을 보여줬으며, 80% 이상의 전환 비율을 100시간까지 유지되었고, 상대 습도가 50% 올라가도 오존 전환 효율은 여전히 70% 수준에 달했으며, 단순 α-MnO2 나노 섬유의 촉매 성능을 초월

※ Nature Communications 게재, “Encapsulate α-MnO2 nanofiber within graphene layer to tune surface electronic structure for efficient ozone decomposition”