KR20120109187A - 그래핀 옥사이드를 유효성분으로 포함하는 광촉매 조성물 - Google Patents

그래핀 옥사이드를 유효성분으로 포함하는 광촉매 조성물 Download PDF

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KR20120109187A
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김상재
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제주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 그래핀 옥사이드(graphene oxide)를 유효성분으로 포함하는 광촉매 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 그래핀 옥사이드는 생체적합성 및 무독한 성질로 인해 인체에 무해하며, 내구성이 뛰어나고 높은 열 저항성을 가져 장기간 시간이 지나도 높은 광촉매 활성을 유지할 수 있으므로, 이를 유효성분으로 포함하는 본 발명의 조성물은 광촉매 활성이 필요한 다양한 분야에 유용하게 사용될 수 있다. 특히 그래핀 옥사이드는 탄소만을 구성요소로 하며 화학적으로 안정된 구조를 가지고 있기 때문에, 이를 유효성분으로 포함하는 본 발명의 조성물은 인체와 직접적으로 접할 수 있는 식품용기나 필터(수질정화, 공기정화)에 사용하는 경우에도 안전하게 사용할 수 있는 이점을 가진다.

Description

그래핀 옥사이드를 유효성분으로 포함하는 광촉매 조성물{Photocatalytic composition Comprising Graphene Oxide}
본 발명은 광촉매 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 그래핀 옥사이드 화합물을 유효성분으로 포함하는 광촉매 조성물에 관한 것이다.
촉매(catalyst)란 자신은 변화하지 않으면서 다른 물질의 화학반응을 촉진 또는 지연시키는 것으로, 광촉매(photocatalyst)는 촉매의 한 종류로서 빛을 에너지원으로 하여 촉매반응이 일어나게 하여 각종세균 및 오염 물질을 분해시켜주는 물질을 말한다. 그 종류로는 금속산화물인 TiO2, ZnO, Nb2O5, WO3 등과, 금속황화물인 Cds,ZnS , 금속착체인 [Ru(bpy)3]2+, Co착체, Rh착체 등이 있다. TiO2는 결정구조에 따라 루틸(Rutile)형, 아나타제(Anatase)형, 브루카이트(Brookite)형이 있으며 그 성질에 따라 다양한 용도로 사용되고 있다.
광촉매는 밴드갭 이상의 파장(400nm이상)의 자외선을 받아 전자, 정공을 발생하고 주위의 산소와 수소 등과 반응하여 OH 라디칼을 생성하여 오염물질을 산화 분해시킨다. 이러한 산화분해를 이용하여 방오(오염방지), 초친수성, 공기정화, 오염물질 분해 등의 다양한 기능을 가질 수 있으므로 일반 생활용품은 물론이고 자동차 및 도로안전용품에까지 적용되고 있다.
더욱 자세하게는 유해물질을 산화 분해하여 공기정화 및 수처리에 사용되기도 하며, 표면개질제어기술 등으로 광 여기 친수성 양친매, 초발수 발유재료 등에 사용된다, 광촉매를 사용하였을 때, 외부에 노출되는 표면상에서 먼지나 오염물질이 제거되어 별도의 관리 없이 깨끗한 상태로 유지될 수 있으며, 친수성기로 유리나 거울에 적용 시 성애가 끼지 않고 시야확보가 유리하여 대기정화, 도로 표지판이나 전조등, 사이드밀러, 내외장재, 타일, 비닐하우스 온실 등 많은 곳에 사용된다.
한편, 현재 사용되고 있는 대부분의 광촉매제는 무기계 물질이 사용되고 있고, 특히 산화티타늄(TiO2) 광촉매는 지구상에 존재량이 많아 가격이 저렴하고 수급이 안정하며, 내구성과 내마모성, 화학적 안정성이 우수하여 가장 널리 사용되는 물질 중 하나이다.
또한, 무기계 광촉매는 광촉매 효과를 주고자 하는 물건에 직접 적용되기 어렵게 때문에, 유기고분자를 지지체로서 난분해성 결착제를 이용하여 그 기재위에 광촉매를 담지 시키는 방법, 광촉매를 분말 상으로 된 것을 바인더로서 불소계의 폴리머 혹은 무기계의 실리콘 폴리머와 실리콘 졸의 기재위에 광촉매를 접착시키는 방법 및 광촉매분말의 담지고정화재로서 금속산화물졸로부터 얻어지는 것을 사용하는 방법 등을 통하여 광촉매 효과를 주고자 하는 물건에 적용되고 있다.
이러한 광촉매는 근간에 들어와서 적용범위가 급속하게 확대되어가고 있는 실정이나, 무기계 광촉매가 유기고분자를 광촉매 지지체로 이용하는 경우, 유기고분자 지지체는 광촉매에서 밴드갭 에너지의 이상을 받아 유기물질을 산화와 분해의 과정을 지속하기 때문에 유기고분자 지지체의 수명이 매우 짧을 수밖에 없다. 또한 무기계 광촉매 입자들이 사용하고자 하는 기재 위에서 장시간 동안 강력하게 응착을 지속하기가 어려운 문제점도 있다.
따라서 무기계가 아닌 유기계 물질을 광촉매제로 사용할 경우, 이러한 단점들을 해결할 수 있을 것으로 예상된다.
한편 카본으로 이루어진 그래핀(graphene)은 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집 모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께를 가지는 전도성 물질이다. 이러한 그래핀 화합물은 3차원으로 쌓이면 흑연, 1차원적으로 말리면 탄소나노튜브, 공 모양이 되면 0차원 구조인 풀러렌(fullerene)을 이루는 물질로서 다양한 저차원 나노 현상을 연구하는데 중요한 모델이 되어왔다.
또한 그래핀은 구조적, 화학적으로도 매우 안정할 뿐 아니라 매우 뛰어난 전도체로서 실리콘보다 100배 빠르게 전자를 이동시키고, 구리보다도 약 100배 가량 더 많은 전류를 흐르게 할 수 있다는 것으로 예측되었다. 이러한 그래핀의 특성은 2004년 흑연으로부터 그래핀을 분리하는 방법이 발견되면서 그동안 예측되어 왔던 특성들이 실험적으로 증명되었다.
따라서 상기와 같은 특징을 지닌 그래핀은 탄소가 가지는 화학결합의 다양성을 이용해 센서, 메모리 등 광범위한 기능성 소자로 현재까지 활발히 연구되고 있는 물질이다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 특징을 지닌 그래핀이 탄소로만 이루어진 유기 화합물로서 인체에 직접 접하는 경우에도 안전한 생체적합성 특성을 가지며, 내구성이 뛰어나고 높은 열 저항성을 가져 장기간 시간이 지나도 안정성을 유지할 수 있는 물질임에 착안하여, 이의 광촉매로서의 사용가능 여부를 연구하던 중 그래핀의 산화물인 그래핀 옥사이드가 뛰어난 광촉매 효과가 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 생체적합하고 독성이 없어 인체에 무해하며, 내구성이 뛰어나고 높은 열 저항성을 가져 장기간 시간이 지나도 높은 광촉매 활성을 유지할 수 있는 새로운 광촉매 조성물을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 그래핀 옥사이드(graphene oxide)를 유효성분으로 포함하는 광촉매 조성물을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 그래핀 옥사이드는 상기 조성물 총 중량을 기준으로 0.001 내지 10중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 그래핀 옥사이드는 자외선(UV) 조사 시, 그래핀 옥사이드의 표면에서 전자(electron) 및 정공(hole) 쌍을 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 몰리브덴(Mo), 비스무스(Bi), 코발트(Co), 바나듐(V), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 루데늄(Ru), 스트론튬(Sr), 칼륨(K), 가리윰(Ga), 탄타니윰(Ta), 타일리윰(Tl), 니오비윰(Nb), 백금(Pt), 철(Fe), 규소(Si), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 카드늄(Cd), 주석(Sn), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb), 인(P), 세슘(Cs), 바륨(Ba), 란타늄(La), 악티늄(Ac) 및 아세닉(As)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 화합물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성물은 물품에 도포할 수 있는 코팅 조성물일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 광촉매 조성물을 이용하여 제조된 광촉매 제품을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제품은 터널조명, 도로표지, 방음벽, 도로반사경, 건물 내외장재, 위생도기, 타일, 유리, 샷시, 도장강판, 네온사인, 쇼윈도우, 유리온실, 비닐하우스, 디스플레이, 태양전지, 자동차, 전조등, 창유리, 헬멧쉴드, 백미러, 콘텍트렌즈, 의료물품, 광학렌즈, 내시경렌즈, 식품용기 및 조리기구로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 그래핀 옥사이드 화합물은 생체적합성 및 무독한 성질로 인해 인체에 무해하며, 내구성이 뛰어나고 높은 열 저항성을 가져 장기간 시간이 지나도 높은 광촉매 활성을 유지할 수 있으므로, 이를 유효성분으로 포함하는 본 발명의 조성물은 광촉매 활성이 필요한 다양한 분야에 유용하게 사용될 수 있다.
특히 그래핀 옥사이드 화합물은 탄소만을 구성요소로 하며 화학적으로 안정된 구조를 가지고 있기 때문에, 이를 유효성분으로 포함하는 본 발명의 조성물은 인체와 직접적으로 접할 수 있는 식품용기나 필터(수질정화, 공기정화)에 사용하는 경우에도 안전하게 사용할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 그래핀 옥사이드 화합물의 화학구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 제조된 그래핀 옥사이드 화합물의 X선 회절분석 (X-ray diffraction: XRD) 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 제조된 그래핀 옥사이드 화합물의 주사전자현미경 (scanning electron microscope: SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 제조된 그래핀 옥사이드 화합물의 UV-Vis 스펙트라를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제조된 그래핀 옥사이드 화합물의 FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) 스펙트라를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 제조된 그래핀 옥사이드 화합물의 XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 제조된 그래핀 옥사이드 화합물의 라만 스텍트라를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 제조된 그래핀 옥사이드 화합물을 레자주린 수용액과 혼합한 후 자외선 조시 시, 레자주린이 레조루핀으로 바뀌어 수용액의 색깔이 변화하는 것을 나타낸 사진이다 (GO : 그래핀 옥사이드).
도 9는 본 발명의 실시예에서 제조된 그래핀 옥사이드 화합물을 사용하여 레자주린 수용액이 시간 의존적으로 광환원 작용에 의하여 레조루핀으로 바뀌는 과정에 있어서, 분광학적 변화를 보여주는 그래프이다 (RZ : 레자주린, RF : 레조루핀).
도 10은 레자주린 수용액에 본 발명의 실시예에서 제조된 농도별 (0.5mg, 0.75mg, 1mg) 그래핀 옥사이드 화합물을 첨가하여 자외선 조사 시, 시간에 따른 ln[C/C0]를 그래프로 나타낸 것이다.
본 발명은 그래핀 옥사이드 화합물을 유효성분으로 포함하는 광촉매 조성물을 제공함에 그 특징이 있다.
‘그래핀(graphene)’은 흑연을 뜻하는 그래파이트(graphite)와 화학에서 탄소 이중결합을 가진 분자를 뜻하는 접미사 -ene을 결합해 만든 용어이다. 이름에서도 알 수 있듯이 그래핀은 탄소로 이루어진 동소체인 흑연에서 관찰되어진 물질이다. 전자현미경으로 연필심을 확대해 보면 켜켜이 쌓인 얇은 판이 관찰된다. 탄소원자들이 무수히 연결돼 6각형의 벌집 모양으로 수없이 쌓아올린 3차원 구조이다. 그래핀은 여기서 가장 얇게 한 겹을 떼어낸 것이라고 보면 된다. 즉 탄소 원자 한 층으로 되어 있는, 두께 0.35nm의 2차원 평면 형태의 얇은 막 구조이다. 이러한 그래핀 화합물은 3차원으로 쌓이면 흑연, 1차원적으로 말리면 탄소나노튜브, 공 모양이 되면 0차원 구조인 풀러렌(fullerene)이라 한다. 그래핀은 지난 2004년, 영국 맨체스터 대학의 연구팀에서 상온에서 처음으로 제작되었다.
‘그래핀 옥사이드’는 그래핀이 산화된 형태의 화합물로 에폭실, 하이드록실, 카노닐과 같은 다양한 기능기를 가지고 있다. 자세하기는 하기 도 1과 같은 화학구조로 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명에서는 그래핀 옥사이드가 뛰어난 광촉매 활성을 갖는다는 사실을 처음으로 규명한 것으로서, 더욱 자세하게는, 본 발명자들은 그래핀 옥사이드 나노시트가 광촉매 활성을 갖는지 알아보기 위해, 레자주린(resazurin) 수용액에 그래핀 옥사이드의 나노입자를 혼합한 후 자외선을 조사한 결과, 레자주린이 환원된 형태인 레조루핀(resorufin)으로 바뀌는 것을 확인할 수 있었다(도 8 및 도 9참조). 또한 그래핀 옥사이드 농도에 비례하여 레자주린에서 레조루핀으로의 환원이 증가하는 것을 통해 그래핀 옥사이드가 광촉매 활성을 나타내는 것임을 확실히 증명할 수 있었다(도 10 참조).
따라서 상기와 같은 특징을 갖는 그래핀 옥사이드 화합물을 유효성분으로 포함하는 본 발명의 조성물은 광촉매 물질로 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 유효성분인 그래핀 옥사이드 화합물은 본 발명의 조성물 총 중량을 기준으로 0.001중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.01 내지 10중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10중량%로 포함되는 것이 좋다. 그래핀 옥사이드가 0.001중량% 미만인 경우 광촉매활성이 미미하며, 10중량%를 초과하는 경우 광촉매 활성의 증가정도가 크지 않기 때문이다.
본 발명의 조성물은 유효성분으로 그래핀 옥사이드(graphene oxide)를 포함하며, 이러한 경우 자외선 조사로 인해 광촉매 활성이 일어나기 때문에, 빛의 조사가 없는 어두운 환경이나, 가시광선 조사 시 충분히 높은 광촉매 활성을 나타내지 못할 수 있다.
즉 본 발명의 유효성분인 그래핀 옥사이드의 경우, 자외선 조사 시 그래핀 옥사이드의 표면에서 전자(electron) 및 정공(hole) 쌍을 생성할 수 있으며, 자외선 조사 시에만 이러한 전자정공의 형성으로 인하여 광촉매 활성을 나타낼 수 있기 때문이다.
따라서 이러한 광기능을 개선하기 위하여 본 발명의 조성물은 유효성분인 그래핀 옥사이드 화합물 이외에 추가적으로 항균성 및 광촉매 활성을 가진 물질을 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 조성물은 유효성분인 그래핀 옥사이드 화합물 이외에 몰리브덴(Mo), 비스무스(Bi), 코발트(Co), 바나듐(V), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 루데늄(Ru), 스트론튬(Sr), 칼륨(K), 가리윰(Ga), 탄타니윰(Ta), 타일리윰(Tl), 니오비윰(Nb), 백금(Pt), 철(Fe), 규소(Si), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 카드늄(Cd), 주석(Sn), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb), 인(P), 세슘(Cs), 바륨(Ba), 란타늄(La), 악티늄(Ac) 및 아세닉(As)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 화합물을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 금속 화합물을 더 포함하는 경우, 본 발명의 조성물은 광촉매 활성의 개선으로 인해 어두운 곳에서도 효율적으로 근원적인 악취, 오염물질 등을 제거 및 차단할 수 있다.
본 발명의 광촉매 조성물은 광촉매 활성이 필요한 물품에 사용될 수 있으며, 특히 본 발명의 광촉매 조성물 자체를 이용한 물품으로도 제작될 수 있지만, 필름 형태 또는 코팅용 조성물의 형태로도 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 광촉매 조성물 자체를 이용하여 광촉매 활성을 나타내는 타일을 제작할 수 있으며, 또한 일반 타일에 본 발명의 조성물로 이루어진 필름을 입힐 수도 있으며, 본 발명의 조성물을 분사하여 코팅을 통해 광촉매 기능성을 부여할 수도 있다.
따라서 본 발명은 광촉매 조성물을 이용한 광촉매 제품을 제공할 수 있다.
본 발명의 조성물이 적용되는 제품 분야는 특별히 종류를 한정하는 것은 아니나, 예를 들면, 터널조명, 도로표지, 방음벽, 도로반사경, 건물 내외장재, 위생도기, 타일, 유리, 샷시, 도장강판, 네온사인, 쇼윈도우, 유리온실, 비닐하우스, 디스플레이, 태양전지, 자동차, 전조등, 창유리, 헬멧쉴드, 백미러, 콘텍트렌즈, 의료물품, 광학렌즈, 내시경렌즈, 식품용기 및 조리기구 등에 적용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
그래핀 옥사이드 현탁액 합성
그래핀 옥사이드 나노쉬트는 변형된 hummer's method 사용하여 합성하였는데, 구체적으로 그라파이트 파우더 2g을 98%황산 35mL에 첨가하여 2시간 동안 혼합시킨 후, 과산화망간칼륨(KMnO4) 6g을 20℃ 이하의 온도를 유지하면서 상기 용액에 점진적으로 첨가하였다. 상기 혼합물은 35℃에서 2시간 동안 교반하였다. 그 후 상기 혼합물 용액에 90ml 물의 첨가하여 격렬히 교반하여 희석시켜 어두운 갈색 현탁액을 수득하였다. 이 현탁액에 30% 과산화 용액 (H2O2 solution) 10mL, 150ml의 증류수를 첨가하였다. 이를 통해 제조된 그라파이트 옥사이드 현탁액은 원심분리 및 여과를 반복하여 세척되었다. 첫 번째로 5%의 염산 수용액을 사용하였으며 그 후 중성 용액의 pH가 될 때까지 증류수를 처리하였다. 이후 160ml의 물을 첨가하여 침전물을 생성시켰고, 초음파 처리를 통해 균일한 형태의 그래핀 옥사이드 현탁액을 제조하였다.
< 실시예 2>
본 발명의 그래핀 옥사이드의 광촉매 활성 평가
<2-1> 레자주린 환원실험
실시예 1에서 제조된 그래핀 옥사이드의 광촉매 활성을 알아보기 위하여, 레자주린(resazurin) 환원실험을 실시하였다. 즉, 레자주린 수용액에 상기 실시예 1에서 제조된 그래핀 옥사이드 현탁액을 혼합한 후 자외선(파장: 350~450nm, 강도: 53000 cd/cm2)을 조사하였을 때 레자주린이 레조루핀(resorufin)으로 환원되어 파란색의 수용액이 보라색으로 변화되는 과정을 통하여 본 발명의 그래핀 옥사이드가 광촉매 활성을 가짐을 실험하였다.
본 실시예에서 사용된 레자주린(resazurin)은 다양한 생물 에세이에서 산화환원 지시약으로 사용한다. 레자주린(resazurin)은 수용액 상에서 파란색을 띄며, 600nm에서 강렬한 흡수 밴드를 갖고, 380nm에서는 약한 흡수 밴드를 갖는다. 이러한 레자주린(resazurin)은 환원되는 경우 572nm의 범위에서 최고 흡수 밴드를 갖는 레조루핀으로 변화한다.
그 결과 도 8에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 그래핀 옥사이드를 레자주린 수용액에 혼합한 후 자외선(파장: 350~450nm, 강도: 53000 cd/cm2)을 조사하였을 때, 레자주린 수용액 색깔이 파란색에서 보라색으로 변화되는 것을 볼 수 있었으며, 이를 통해 레자주린이 환원되어 레조루핀이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
또한 도 9는 레자주린에서 레조루핀으로 광환원 동안 일어나는 분광학적 변화를 보여주는 그래프인데, 본 그래프에 따르면 일정 시간 간격의 자외선(파장: 350~450nm, 강도: 53000 cd/cm2) 조사에 따른 그래핀 옥사이드-레자주린 혼합액은, 600nm에서의 레자주린 흡수 피크는 조사 시간에 선형으로 감소하는 것을 관찰할 수 있었으며, 또한 레자주린의 환원 후에 레조루핀의 형태와 일치하는 572nm에서 다른 피크가 생성됨을 확인할 수 있었다.
<2-2> 본 발명의 그래핀 옥사이드의 농도에 따른 환원에 미치는 영향
본 발명의 그래핀 옥사이드의 농도의 차이에 따른 레자주린 수용액의 환원 정도를 살펴보기 위하여, 유리 반응기 안에 15mg/l의 농도의 레자주린 수용액 20ml 및 실시예 1에서 제조한 그래핀 옥사이드 현탁액을 건조하여 얻은 그래핀 옥사이드 입자를 농도별로(0.5mg, 0.75mg, 1mg)를 첨가하고 교반하여 혼합액을 제조하였으며, 본 혼합액에 균일한 간격으로 자외선을 조사한 후, 흡수 스펙트라를 측정하였다.
그 결과는 도 10에서 나타내었다. 도 10은 그래핀 옥사이드 농도별 자외선 조사 시간에 따른 ln[C/C0]를 그래프로 나타낸 것으로서, (ln(C/Co)=-kt, C는 레자주린의 최종 농도, Co는 레자주린의 처음 농도, t는 조사 시간, k는 반응속도 상수를 가리킴). 0.5mg, 0.75mg, 1mg 농도의 그래핀 옥사이드의 농도를 갖기 위해 k의 값은 0.0090min-1, 0.0117min-1 및 0.00143min-1로 되는 것을 확인할 수 있다. 40분 조사 후, 그래핀 옥사이드 농도별(0.5mg, 0.75mg, 1mg) 레자주린의 광환원 페센트는 34.93%, 39.09% 및 44.10%로 나타났다. 이러한 결과를 통해 본 발명의 그래핀 옥사이드가 농도 의존적으로 레자주린에서 레조루핀으로 환원을 촉매하는 것을 확인할 수 있었다.
결론적으로 본 발명의 그래핀 옥사이드는 농도에 의존적으로 광촉매 활성이 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 상기와 같은 실험 결과를 통해 확인할 수 있었다. 즉, 그래핀 옥사이드 나노입자는 자외선 조사 시, 자외선을 흡수하여 전자-정공 페어를 생산하며, 이를 통해 전자를 얻어 레자주린은 레조루핀으로 환원되어 색 변화 및 흡수 파장의 변화를 가져오는 것이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 그래핀 옥사이드(graphene oxide)를 유효성분으로 포함하는 광촉매 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 옥사이드는 조성물 총 중량을 기준으로 0.001 내지 10중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 광촉매 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 옥사이드는 자외선(UV) 조사 시, 그래핀 옥사이드 표면에서 전자(electron) 및 정공(hole) 쌍을 생성하는 것을 특징으로 하는 광촉매 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 몰리브덴(Mo), 비스무스(Bi), 코발트(Co), 바나듐(V), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 루데늄(Ru), 스트론튬(Sr), 칼륨(K), 가리윰(Ga), 탄타니윰(Ta), 타일리윰(Tl), 니오비윰(Nb), 백금(Pt), 철(Fe), 규소(Si), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 카드늄(Cd), 주석(Sn), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb), 인(P), 세슘(Cs), 바륨(Ba), 란타늄(La), 악티늄(Ac) 및 아세닉(As)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 물품에 도포할 수 있는 코팅 조성물인 것을 특징으로 하는 광촉매 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 광촉매 조성물을 이용하여 제조된 광촉매 제품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제품은 터널조명, 도로표지, 방음벽, 도로반사경, 건물 내외장재, 위생도기, 타일, 유리, 샷시, 도장강판, 네온사인, 쇼윈도우, 유리온실, 비닐하우스, 디스플레이, 태양전지, 자동차, 전조등, 창유리, 헬멧쉴드, 백미러, 콘텍트렌즈, 의료물품, 광학렌즈, 내시경렌즈, 식품용기 및 조리기구로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광촉매 제품.
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102895979A (zh) * 2012-10-15 2013-01-30 深圳大学 一种Cu2O-Bi2O3/氧化石墨烯复合粉体及其制备方法
CN103495193A (zh) * 2013-10-15 2014-01-08 北京环球新能科技开发有限公司 一种装修污染高效除味剂及其制备方法
CN103599803A (zh) * 2013-11-05 2014-02-26 浙江理工大学 一种磷酸银/石墨烯/银纳米复合材料及制备方法
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CN103977785A (zh) * 2014-02-27 2014-08-13 上海大学 一种Bi2Sn2O7/石墨烯复合可见光催化剂及其制备方法
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KR101493808B1 (ko) * 2013-02-06 2015-02-17 가천대학교 산학협력단 광조사된 그래핀 산화물(Graphene Oxide, GO)을 유효성분으로 포함하는 항생용(antibiotic) 조성물
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CN105032400A (zh) * 2015-06-01 2015-11-11 天津工业大学 一种石墨烯负载金属氧化物催化剂的制备方法
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CN113144887A (zh) * 2021-02-07 2021-07-23 青岛中福高新装备制造有限公司 一种提高光催化涂料降解污染物效果的方法

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