나노기술 및 정책 정보

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­ 다게스탄 국립 대학교 연구원들이 전기 화학적 공법으로 적동광(cuprite) 나노입자 합성에 성공했다고 곧 출판될 «러시아 나노기술»지 №7–8 호 수록 논문이 밝히고 있다.

­ 산화구리(Cu2O) 혹은 적동광은 태양열 에너지 산업에서 매우 유망한 소재이다. 기본 상태에서 적동광의 전자 들은, 다른 모든 반도체들과 같이, 원자가띠를 채우고, 여기된 상태에서는(외부에서 에너지가 전달될 경우) 전도띠로 옮겨간다. 이때 전자들은 양쪽 띠 사이 간격에서 에너지를 가질 수 없고, 적동광의 그와 같은 밴드갭의 넓이는 2.0–2.2eV 수치에 이른다. 가시광선의 광자는 1.6-3.1eV의 에너지를 갖고 있어, 전자와의 상호 작용시, 전자에 전도띠로 옮겨가기에 충분한 에너지를 전달해 줄 수 있다. 이 덕분에 적동광은 태양광을 효율적으로 전기로 변환할 수 있으며 가격도 저렴하여 매우 유망한 태양 전지 소재이다.

­ 전해시 양극과 음극으로는 구리 전극을 사용하며, 음극과 양극 사이로 전류는 포화된 염화나트륨 수용액을 따라 흐른다. 이때 구리 전극이 용해되면서 붉은 색을 띤 침전물 Cu2O 형성이 일어난다. 다게스탄 국립 대학교 연구원들은 구리의 바로 이 성질을 이용했다. 이들은 특히 동 합성의 추가 조건을 덧붙인 실험에 특별한 관심을 기울였다. 동 연구는 연방 특별 프로그램 2009–2013년간 «혁신 러시아 과학 및 과학-교육 인력»의 일환으로 수행되었다.

­ 적동광 합성은 다양한 수소 압력 하에서 진행되었다. 모든 경우에 전자 주사 현미경과 엑스선 구조 분석 데이터들에 따라 고순도의 Cu2O 입자 형성이 입증되었다. 그러나 크롬 염료의 흡착 정도에 따라 수치적으로 측정되는, 이들의 비교표면 면적은 압력 증가에 따라 감소했다. 이는 평균 입자 크기가 8에서 36nm로 증가하기 때문이다. 알려진 대로, 표면 면적은 입자 크기에 역 비례한다.

­ 또한, Cu2O 입자들은 우수한 광촉매 성질을 가지고 있다. 동 입자들이 있으면 염료 분자들을 파괴하는 활성 산소함유 시제가 형성된다. 광촉매 실험은 암청색 크롬 아조 염료를 대상으로 시행했다. 자외선이나 일광 광선을 조사했을 때 염료 용액은 자체 색상을 잃어버렸다. 이때 산화제-산소의 외부 압력이 증가하면 탈색 속도도 증가했다. 산소 압력에 대한 탈색 속도 의존도는 0.4 MPa영역에서 변곡점을 가지는데, 이는 나노 입자 표면에 이가 구리 CuO 산화물 막이 부차적으로 형성됨을 말해준다.

­ 이와 같이 러시아 과학자들은 연구를 통해 효과적인 광활성 Сu2O 나노 입자 제조법을 선별했으며 나노 입자 크기에 대한 외부 압력의 영향과 그 광촉매 활성에 대해서도 추가 연구가 이루어졌다.

출처 :

A.B. 이사예프, N.A. 자카르가예프, J.M.알리예프 «압력 하에서 Сu2O 나노입자의 전기화학적 합성과 그 광촉매 활성 연구». 러시아 나노기술, 6권