이산화티탄(TiO2)과 붕소(Boron : B)로 이루어진 새로운 나노튜브(nanotube)형 물

질이 영국 세인트 앤드류대학(University of St Andrews) 피터 브루스(Peter 

Bruce) 교수 연구진에 의해 발견되었다.

 

이산화티탄은 백색 무기안료나 고무 및 플라스틱의 충진제로 많이 사용되는 물질이

다. 하지만 이 외에도 이산화티탄의 용도는 매우 많다. 과학자들이 이산화티탄에 관

심을 기울이는 이유는 이 물질을 이용해서 빛을 특수한 목적에 이용할 수 있다는 점 

때문이다. 태양에너지 변환, 광촉매반응(photocatalysis), 기체센싱(gas sensing), 

자정유리(self-cleaning glasses) 등에 이용되고 있는 이산화티탄은 그 대표적인 예

이다.

 

이러한 응용과 더불어 최근 이산화티탄의 새로운 응용분야로 부각되고 있는 것 중 

하나는 바로 "수퍼캐퍼시터(super capacitor)" 라고 불리는 고출력 리튬이온 충전지

(high-power rechargeable lithium-ion batteries) 분야이다. 과학자들은 리튬 이온

이 거주하는 집과 같은 역할을 하는 "호스트 소재(host material)"로써 이산화티탄

을 활용하는 방안을 모색하고 있다.

 

브루스 교수는 로버트 암스트롱(Robert Armstrong), 지저스 캐널(Jesus Canales)

과 함께 독특한 화학조성(TiO2-B)의 나노튜브 물질을 발견했다.(그림 1) 새로운 물

질은 TiO2에 비해 리튬이온이 쉽게 삽입(intercalation)되는 특징을 가지고 있다. 이

번 연구에 앞서 실시된 연구에서 브루스 교수 연구진은 TiO2-B 나노와이어

(nanowire)가 리튬 이온 삽입에 적합한 소재라는 사실을 밝혀낸 바 있다. 하지만 이

번 연구에서 발견한 TiO2-B 나노튜브는 TiO2-B 나노와이어 보다 더 많은 양의 리

튬 이온이 삽입될 수 있다. TiO2-B 나노와이어는 Li0.91TiO2의 비로 리튬 이온이 삽

입되는 반면 TiO2-B 나노튜브는 Li0.98TiO2 까지 리튬 이온이 삽입되는 것으로 나타

났다. 

 

연구 보고서에 따르면 연구진은 수열반응경로(hydrothermal route)를 이용해서 

TiO2-B 나노튜브를 합성했다. 브루스 교수는 15M NaOH 용액 28ml에 아나타제

(anatase, TiO2 결정형 중 하나) 6 g을 가한 후 고압반응기에서 72시간 동안 150 C

에서 반응시켰다. 얻어진 생성물을 0.05M HCl로 세척해서 공기 중에서 건조한 다음 

5시간 동안 400 C로 가열해서 TiO2-B 나노튜브를 얻었다. 이러한 과정을 통해 연구

진은 직경 10 ~ 20 nm 사이의 TiO2-B 나노튜브를 얻었다.

 

연구진은 투과전자현미경(transmission electron microscopy ; TEM), 분말 x-선

산란(powder X-ray diffraction) 등의 기법을 이용해서 TiO2-B 나노튜브 형태와 물

성을 확인했다.

 

 

 

  정보출처   Chem. Commun., 2005, 2454-2456  

  원문언어   영어 

  출판날짜   2005년 05월 11일 

  국      가   영국 

  주제분야   무기화학(C14) 

  원본파일   http://techtrend.kisti.re.kr/down.jsp?

gubun=trend&down_url=/upload/brmdolee/1_May11s_TiO2.pdf