KBSI·가천대 연구진, 차세대 친환경 발광소재 '탄소페인트' 개발

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 가시광선이나 자외선을 흡수하고 방출해 광촉매의 수질 정화 효율을 높여주는 친환경 탄소 나노점(nanodots) 페인트를 개발하고 대량 생산에 성공했다. 

한국기초과학지원연구원(KBSI·원장 정광화)은 27일 연구원의 이현욱·이주한 박사팀과 가천대 이영철 교수팀이 오염된 물의 빛 투과 효율을 높여 오염물 제거 효율을 높여주는 '탄소 페인트'(C-paints)를 개발하고 대량 제조에도 성공했다고 밝혔다. 

탄소 페인트(C-paints)를 이용한 광촉매 시스템의 반응 원리. 광촉매인 TiO2는 외부 광원을 받은 탄소 페인트가 배출하는 빛에 반응해 표면에 전자(e-)와 정공(h+)이 생기고, 전자는 광촉매 표면에 있는 산소와 반응해 슈퍼옥사이드 음이온(?O2-)를, 정공은 공기 속에 있는 물분자와 반응해 하이드록시라디칼(?OH-)을 만든다.

탄소 나노물질은 독성이 낮고 화학적·광학적 안정성이 뛰어나 기존 중금속 및 유기염료를 대체할 차세대 발광 재료로 주목받고 있으며 환경, 에너지, 바이오 분야 등에서 활발하게 연구되고 있다. 

그러나 나노선(nanowire)과 나노튜브, 나노리본 등 기존의 탄소나노 물질들은 제조공정이 복잡해 대량 생산이 어렵기 때문에 생물학·환경공학 등에 응용하려면 적절한 점탄성을 가진 새로운 탄소물질이 필요했다. 

연구진은 이런 물질을 개발하기 위해 생체적합성이 좋고 저렴한 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 기본 재료로 실온에서 초음파 단일 공정으로 페인트 형태의 발광 탄소나노점 물질을 대량 제조하는 데 성공했다. 

연구진은 이 발광 탄소나노점 물질은 페인트처럼 물체 표면에 칠하거나 다른 물질과 혼합할 수 있고 물에도 균일하게 용해된 가시광선이나 자외선을 흡수했다가 방출한다며 '탄소 페인트'(C-paints)로 이름 붙였다. 

한국기초과학지원연구원(KBSI) 나노표면연구팀 이현욱 박사(왼쪽), 이주한 박사(가운데), 가천대 이영철 교수

탄소 페인트를 수처리 실험에 사용한 결과 물속에 용해된 탄소페인트가 외부에서 비춘 자외선이나 가시광선의 투과율을 높여 광촉매가 높은 효율로 오염물을 분해하도록 하는 것으로 확인됐다. 

KBSI 이현욱 박사는 "이 성과는 상업화 가능한 단일공정으로 높은 자외선·가시광선 발광 특성을 가진 액상의 '탄소 페인트'를 대량 제조했다는 데 의의가 있다"며 "이 기술이 수질 정화 등 환경뿐 아니라 바이오 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대한다"고 말했다. 

이 연구 결과는 네이처출판그룹(NPG)이 발행하는 학술지 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports, 7월 23일자)에 게재됐다.

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