계란 껍질을 활용한 Porphyrin 기반 광촉매 효율 비교

Comparison of Porphyrin-Based Photocatalyst Efficiency Using Egg Shells

전 세계적으로 증가하는 에너지 수요 문제를 해결하고 화석 연료로 인한 환경 문제를 해결하기 위해서는지속 가능한 에너지원의 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 TiO2, 포르피린 구조 및 금속을 기반으로 한 광환원 촉매 시스템을 개발했다. 포르피린 구조를 가진Protoporphyrin IX(PPIX)는 달걀 껍질에서 친환경적인공정으로 추출했다. MetalloPPIX는 금속 이온과 결합한 PPIX이다. UV-Vis 분광법을 이용해 PPIX의 광 흡수특성을 평가한 결과, 결합된 금속 이온의 종류에 따라흡수 파장이 달라지는 것을 확인하였다. FT-IR 분석을통해 TiO와 PPIX 사이의 화학 결합, 즉 MetalloPPIX 의 형성을 확인하였다. 광반응을 통해 TiO의 촉매 성능이 PPIX와 결합하여 약 213% 향상되었음을 확인하였다. 또한, 금속 이온의 종류(Zn, Mn, Cu)에 따라 촉매성능에 각각 32.96%, 133.38%, -24.50%의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구는 TiO2의 촉매 성능을향상시킬 수 있는 친환경 소재인 PPIX의 잠재력을 강조한다. 또한 촉매 표면에서 일어나는 전하 이동 과정과광반응 메커니즘에 미치는 영향에 대한 연구를 통해 보다 자세한 해석이 가능할 것으로 기대된다.

To address the growing global demand for energy and environmental challenges associated with fossil fuels consumption, the development of sustainable energy sources is imperative. In this study, a photoreduction catalytic system based on TiO2 and porphyrin structure was developed. Protoporphyrin IX(PPIX), which has porphyrin structure, was extracted from eggshells via an eco-friendly process. The resulting Metallo-PPIX complexes were formed by coordinating PPIX with various metal ions. The light absorption characteristics of the PPIX were evaluated using UV-Vis spectroscopy, revealing that the absorption wavelength varied as a function of the coordinated metal ions. FT-IR analysis confirmed the formation of chemical bonds between TiO2 and Metallo-PPIX. Photocatalytic experiments demonstrated that the catalytic performance of TiO2 was enhanced approximately 213% through incorporation of PPIX. Furthermore, the catalytic performance was significantly influenced by the nature of the metal ions in Metallo-PPIX(Zn, Mn, Cu). With Zn and Mn enhancing the activity by 32.96% and 133.38%, respectively, whereas with Cu resulted in a 24.50% decrease. This study highlights the potential of PPIX as an eco-friendly materials for improving catalytic performance of TiO2. Additionally, further studies on the charge transfer process that occurs on the catalyst surface and its effects on the photoreaction mechanism will provide deeper insight into the observed effects.