태양광을 이용한 물 소독용 과산화수소 생성

물을 안전하게 사용하고 소비하는지 확인하는 것은 특히 안전한 식수에 접근할 수 없는 빈곤 지역에 사는 사람들에게는 정말 어려운 일이 될 수 있습니다. 스탠포드 대학의 연구자들은 최근 개발된 저가형 촉매가 변화를 가져올 수 있기를 바라고 있습니다. 이 촉매는 산화알루미늄, 황화몰리브덴, 구리 및 산화철로 구성된 나노 크기 입자(나노플레이크) 형태로 제공됩니다. 햇빛에 노출되면 촉매는 광자에 민감한 반도체/금속 접합(Cu-MoS2)처럼 작동하며, 이탈된 전자가 주변 물과 반응하여 과산화수소(H2O2)와 하이드록시 라디칼을 형성합니다.

수인성 질병은 매우 흔하며, 미국 CDC에 따르면 미국에서도 2021년에 7,000명이 사망하고 120,000명이 입원했다고 보고되었으며 전 세계적으로 더 많은 사람이 영향을 받았습니다. 피해의 대부분은 미생물, 특히 수생 환경에 많이 서식하는 대장균과 같은 박테리아에 의해 발생합니다. 연구원들은 오염된 물에 이 촉매 분말을 사용함으로써 테스트된 샘플의 대장균 군집이 햇빛에 60초 노출된 후 완전히 박멸되었다고 보고했습니다.

그 이유는 과산화수소 및 유사한 활성 산소종은 살아있는 세포에 매우 파괴적이지만 동시에 매우 안전하기 때문입니다. 반응성이 높기 때문에 매우 불안정하고 수명이 짧습니다. 이는 매우 죽은 미생물이 있는 물을 나중에 소비할 때 유용하며, 촉매 자체는 강자성을 띠므로 자석을 사용하여 쉽게 분리할 수 있습니다.

이러한 개념 증명을 통해 제품이 어떤 모습일지, 특히 최종 분리 단계에서 이를 최대한 쉽게 만드는지 확인하는 것은 흥미로울 것입니다. 촉매는 소비되지 않거나 오염되지 않기 때문에 거의 영원히 지속될 수 있어 정수제와 값비싼 여과 시스템에 대한 매력적인 대안이 됩니다.

(제목 이미지: 소독 전(왼쪽)과 후의 대장균의 현미경 이미지. 빨간색 원에 표시된 것처럼 햇빛이 박테리아 세포막에 심각한 손상을 일으키는 화학 물질을 생성한 후 박테리아는 빠르게 죽었습니다. (이미지 제공: Tong Wu/ 스탠포드 대학교) )