6. TiO2 광촉매에 의한 분자의 분해

1. 서론

TiO2(이산화티타늄)는 광촉매로서의 탁월한 성능 덕분에 최근 몇 년 간 환경정화 및 에너지 변환 분야에서 많은 관심을 받고 있다. TiO2는 표면적이 넓고 화학적으로 안정되어 있어 다양한 화합물과의 반응에 유용하게 활용될 수 있다. 이산화티타늄은 자외선(UV) 광선에 의해 활성화되어 전자-정공 쌍을 생성하는 능력이 뛰어나며, 이는 반응 표면에서 여러 화학 반응을 촉진할 수 있게 해준다. 이러한 성질 덕분에 TiO2는 유기 오염물질의 분해, 공기 및 물 정화, 그리고 물질 수소 생성과 같은 다양한 응용 분야에서 사용되고 있다. TiO2 광촉매의 작용 메커니즘을 이해하기 위해서는 먼저 빛의 에너지가 어떻게 전자-정공 쌍으로 변환되는지를 살펴봐야 한다. TiO2 결정 구조에서는 valence band(갑바대)에서 전자가 흡수된 빛의 에너지를 통해 제거되어 conduction band(전도대)로 이동하며, 이 과정에서 정공이 생성된다. 생성된 전자는 다양한 화학 종과 반응하여 활성 산소종(ROS)을 발생시키고, 이들 산소종은 강력한 산화Agent로 작용하여 오염물질을 산화하고 분해하게 된다. 이 결과로 유기 분자는 전혀 다른 물질로 변환되거나, 최종적으로 이산화탄…