실크 피브로인을 템플릿으로 이용한 CuO 나노파티클의 합성 및 광분해 성능 평가

Abstract

실크 피브로인(silk fibroin, SF)을 템플릿으로 사용하여 CuO 나노구조 파티클을 제조하고 구조 특성, 결정구조 형성 메카니즘 및 광촉매로서의 성능을 살펴보았다. 아세트산 구리(Cu(CH3COO)2), 도데실황산나트륨(Sodium dodecylsulfate, SDS), SF, 수산화나트륨 수용액이 포함된 전구체 용액을 제조하고 습식화학법을 통해 SF/CuO 나노파티클을 합성하였다. 전구체 용액에 첨가하는 SF 수용액의 양을 다양하게 하여 형태학적 구조 및 결정구조가 다른 나노파티클을 제조하였으며 SF 분자가 CuO 나노파티클의 형태 및 결정구조를 형성하는 과정에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. SDS의 첨가는 SF/CuO 나노파티클의 합성시간을 현저히 단축시킬 수 있었으며(18시간 이내의 반응시간), 전구체 용액에 SF 첨가량이 증가할수록 제조되는 나노파티클의 길이는 짧아지고 너비는 넓어지는 형태학적 구조 특징을 보였다. 또한 SF/CuO 나노파티클은 단사정계의 CuO 결정구조로 이루어져 있었으며 SF 함량이 많은 SF1.5 파티클의 경우 CuO 결정구조와 함께 Cu(OH)2 결정구조가 공존하였다. 반응시간별 SF/CuO 나노파티클의 형태 및 구조 특성을 분석하여 SF 분자가 최종 형성되는 파티클의 형태학적 구조에 미치는 영향을 고찰하고 나노파티클 형성 메카니즘을 제시하였다. 전구체 용액 내에서 SF 분자는 반응 초기에는 큰 영향을 미치지 않고 알칼리 조건에 의해 형성되는 Cu(OH)42-와의 상호작용을 통해 CuO 결정입자로의 전환을 느리게 하며 CuO 결정입자의 배향성 부착에 영향을 주는 메카니즘을 통해 형성되는 나노파티클의 형태학적 구조를 변화시키는 것으로 확인되었다. 유기염료인 콩고 레드와 메틸렌 블루를 이용하여 광분해능을 평가하여 SF를 포함한 나노파티클이 콩고 레드 128 mg/g, 메틸렌 블루 89 mg/g의 분해량을 보여 SF0의 분해량(콩고 레드 109, 메틸렌 블루 69 mg/g)과 비교하여 광분해능이 월등히 높은 것으로 나타났다. 이를 통해 SF의 첨가에 따른 제타 사이즈의 감소가 SF를 포함한 나노파티클의 광분해능을 높임을 확인하였다. 따라서 SF를 템플릿으로 이용하여 제조한 SF/CuO 나노파티클은 SF 분자가 CuO 결정입자들 간의 상호작용에 영향을 줌으로써 우수한 성능의 광촉매제로 응용할 수 있을 것으로 기대된다.