광촉매는 n형 반도체이며 자외선(hv=380nm)을 받으면 전자(Electron)와 전공대(Electron Hole)가 형성된다.
형성된 전자(e-)와 전공(h+)은 표면으로 이동하여 각각 산소(O2)와 수산기(OH-)와 결합하여 강력한 산화력을 가진 하이드록시라디칼(·OH)과 슈퍼옥사이드 아니온(·O2-)을 생성한다. 이 하이드록시라디칼(·OH)과 슈퍼옥사이드 아니온(·O2-)이 유기물을 산화분해시켜 물(H2O)과 탄산가스(CO2)로 변화시킨다. 광촉매는 이런 원리로 공기중 오염물질과 냄새등을 산화분해시켜 인체에 무해한 물(H2O)과 탄산가스(CO2)로 변화시킨다.

광촉매와 같이 산화 환원을 이용하여 환경에 이용하는 것을 고급 산화법(Advanced Oxidation Process)이라고 한다.
오염물을 태우거나 정화하는 방법보다 환경오염이 적고 에너지소비가 작아 최근 환경 분야에서 빠르게 적용되고 있다. 광촉매는 고급 산화법을 적용한 나노 환경 신소재이다.

♦ 반도체 에너지밴드는 가전자대(valance band), 전도대(conduction band) 및 이들 사이에 금지대(gap)가 존재한다. 산화티탄의 경우 금지대의 에너지 gap이 3.2eV로 이 이상의 에너지를 흡수한 가전자대의 전자는 여기(exciting)되어 전도대로 이동하게 되어 이동이 자유롭게 된다. 전자가 여기할 때 가전자대에는 정공(hole)이 되고 역시 이동은 자유롭게 된다. 따라서 자외선(UV)을 조사하게 되면 여기상태 즉, 활성상태가 되어진다.
전자와 홀은 표면으로 이동하여 각각 산소, 수산기와 결합하여 라디칼(radical)을 형성한다. 산화티탄의 경우 홀의 산화력이 보다 강력하기 때문에 주로 수산기 라디칼이 유기물질을 산화해서 탄산가스(CO2)와 물(H2O)로 산화 분해된다. 또한 균이 사멸하지 않는 약한 자외선 광량 에서도 항균력을 나타낸다.

광촉매 효과

 

공기정화, 탈취, 유해물질 제거, 식중독 예방,항곰팡이, 질병감염예방, 향균, 멸균

광촉매 안정성

 

광촉매로 사용되는 산화티탄은 물리화학적으로 안정한 물질이며 식품첨가물로 미국에서는 1968년, 일본에서는 1983년에 인증받으며 식품(하이트 초콜릿 등), 화장품(기능성 화장품 및 립스틱) 등에 널리 사용되고 있습니다. 특히 일본의 경우 T사에서 광촉매를 코팅한 타일로 일본식품분석센터(95년 3월3일) 및 미쯔비시 화학안전과학 연구소(2000년 4월 24일)에서 피부 일시 자극시험 및 급성경구독성 실험을 통해 그 안전성이 입증되었습니다.