나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 지구환경 연구소 황위(黄宇) 연구원 연구팀은 시안(西安) 자오퉁(交通) 대학교, 산시(陝西) 사범대학교 연구팀과 공동 연구를 실행하고, 신형 나노 광촉매 소제에 대한 제어 가능한 제조, 광 생성 캐리어에 대한 효율적인 분리, 촉매 반응 과정에 대한 감별(鑒別), 인터페이스 반응 메커니즘에 대한 연구를 실행하여 다양한 혁신 성과를 취득하여 이슈가 되고 있음.

연구팀은 원 위치 합성 방법을 이용하여 고품질 인터페이스 접촉과 강한 산화 환원 능력을 보유한 Z 타입 α-Bi2O3/CuBi2O4 이종 접합에 대한 제어 가능한 개발을 실현하였으며, DFT 계산을 통해 고품질 인터페이스 접촉과 Z 타입 α-Bi2O3/CuBi2O4 이종 접합이 결합되어 복합 인터페이스 구조를 형성한 후 3.6e개의 전자가 α-Bi2O3으로부터 CuBi2O4로의 전환을 실현시킨다는 점을 입증하였음.

연구팀은 광전류와 형광 결과를 통해 Z 타입 이종 접합 α-Bi2O3/CuBi2O4 인터페이스는 광 생성 캐리어의 분리 및 전송에 대해 뚜렷한 추진 역할을 발휘한다는 점을 입증하였으며, 활성에 대한 측정 테스트를 통해 α-Bi2O3과 CuBi2O4는 Z 타입 이종 접합을 구축한 후 광 생성 캐리어의 분리 전송 효율 향상을 추진하여 NO의 가시광선을 제거하는 효율성을 1.8배나 향상시킨다는 점을 입증하였음.

연구팀은 원 위치 표면 환원 방법을 이용하여 제어 가능하게 Bi-BiPO4(BPO) 복합 나노 광촉매 소재를 개발하였으며, 연구팀은 이번 연구를 통해 촉매 반응 과정에서 O2의 흡착 활성화와 활성 자유기 생성을 추진하였으며, 가시광선 활성이 없는 BPO에 비해 Bi-BPO가 NO에 대한 광 제거 비율을 32.8% 수준에 도달시키고, 양호한 안정성을 유지할 수 있게끔 한다는 점을 입증하였음.

연구팀은 Au 나노 입자를 로드한 La 도핑 Bi5O7I(A-L-BOI) 마이크로 볼을 제어 가능하게 개발하였으며, 가시광선 구역에서의 L-BOI 광 흡수 능력을 증강시켰으며, LA 도핑으로 하여금 BOI 표면상에서 대량의 산소 빈자리(oxygen vacancy)를 형성하도록 하여 NO의 제거 비율을 효과적으로 증강시킨 동시에 독성 부산물인 NO2 생성을 억제시켰음.

연구팀은 카본 양자 점(CQDs) 상에서의 전환 특성을 이용하여 제어 가능하게 CQDs/ZIF-8 복합 소재를 개발하였으며, 관련 실험을 통해 CODs의 도입은 한 면으로 소재의 광 흡수 범위를 전체 가시광선 구역으로 확대시킬 수 있으며, 다른 한 면으로 ZIF-8의 전자 분리 효율성을 뚜렷이 향상시켜 NO의 효율적인 제거를 실현할 수 있다는 점을 입증하였으며, N원소 도핑을 통해 카본 양자 점의 전환 특성을 강화시켰으며, 제어 가능하게 N/CQDs-MIL-125(Ti) 복합 소재를 개발하였음.

연구팀은 원 위치 적외선 광 스펙트럼 분석을 통해 N/CQDs에 MIL-125(Ti)를 로드시키면 광반응 단계에서 Ti4+-NO으로부터 Ti3+-NO로 전환하는 과정이 존재하게 되는데 동 과정은 독성 부산물인 NO2 생성을 억제시키는 관건이 되고 있다는 점을 입증하였음.

연구팀이 이번 연구를 통해 취득한 연구개발 성과는 높은 가시광선 촉매 활성 및 높은 NO 선택성을 보유한 나노 광촉매 공기 정화 소재 개발을 위해 효과적인 조정 제어 전략을 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘Applied Catalysis B : Environmental’ ("In situ construction of biocompatible Z-scheme α-Bi2O3/CuBi2O4 heterojunction for NO removal under visible light") 지에 게재됨.