• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.134-134
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• 2015

최근 액체 플라즈마에 대한 주된 이슈는 방전에 의해 발생하는 히드록실라디칼(OH-)과 버블이다. 액체 플라즈마를 이용한 다양한 응용분야에서는 히드록실라디칼에 주목하고 있다. 액체 플라즈마는 그래핀 파생물의 용액 친화도 향상을 위해 이용될 수 있다. 흑연이 포함된 과산화수소(H2O2) 용액에서 전기적인 방전으로 만들어진 히드록실라디칼로 그래핀 파생물의 용액 친화도를 향상시킨다. 이는 잠재적인 프린팅(printing) 기술 발전에 기대된다. 그리고 이 라디칼은 폐수에서 발암성의 트라이클로로아세트산(CCl3COOH)을 탈 염소하고 분해하는 역할을 하여 액체 플라즈마가 새로운 수처리 기술로 부상되고 있다. 또한 인체에서는 살균 작용을 하는 것 뿐만 아니라 단백질 고리를 끊는 역할을 하여 전립선 수술과 같은 인체수술에 적용될 수 있다. 최근 액체 플라즈마를 이용한 돼지 각막 임상수술에서 레이저와 필적할 정도로 매우 정밀하게 수술된 연구결과가 발표되어 인체 각막수술 적용에 기대된다. 이처럼 액체 플라즈마를 이용한 대부분의 응용분야에서 히드록실라디칼의 역할이 중요하다. 액체 플라즈마의 또 다른 이슈인 버블은 2가지의 역할을 한다. 첫 번째로 방전소스의 역할이다. 액체 속에 담긴 얇은 전극에 전압을 인가하면 전극 주변에서 강한 전기장의 발생으로 줄열(joule heating)에 의해 버블이 생성된다. 전극에서 버블이 생성되었을 때, 서로 다른 유전율을 가진 두 물질로 나누어진다. (버블 안은 공기로 상대 유전율 ${\varepsilon}r{\fallingdotseq}=1$, 용액은 ${\varepsilon}r{\fallingdotseq}=80$이다.) 시스템에 인가된 전압이 항복 전압(breakdown voltage)을 넘어서면 유전율이 상대적으로 낮은 버블내부에 강한 전기장이 걸리게 되어 방전이 일어난다. 만약 버블이 존재하지 않는다면 방전을 위해서 매우 높은 전압이 필요하다. 따라서 버블은 플라즈마 방전의 소스역할을 한다. 두번째로 버블은 전극의 부식을 방지하는 역할을 한다. 전극 부식은 주로 전기분해로 인한 산화반응에 의해 발생하는데 버블을 전극에 오래 머무르게 하면 부식을 방지할 수 있다. 이처럼 액체 플라즈마 시스템에서 버블의 역할들은 상당히 중요하다. 일반적으로 버블은 시스템에 인가하는 전원, 전극 극성 그리고 전압크기에 따라 거동이 달라진다. 시스템에 AC파워를 인가하면 버블은 주파수가 높을수록 전극에서 떨어지는 속도가 빨라지는 특성을 보인다. 핀 전극 극성이 음극일 때는 양극일 때보다 버블이 더 잘 생성된다. 또한 인가전압크기에 따라 거동이 달라지며 시스템에 같은 전압을 인가하여도 크기가 항상 같지 않고, 거동도 일관성을 보이지 않은 랜덤적인 모습을 보인다. 본 연구에서는 이 랜덤적인 버블의 거동을 정리하고 응용분야에서 중요하게 여기는 히드록실라디칼 생성에 대해 공부하기 위해 염류 용액(saline solution)에 핀(pin)-면(plane) 전극 구조를 설치하여 10Hz 주파수(1% duty cycle)를 가진 0-600V 구형펄스로 실험하였다. 실험을 통한 결과로서 랜덤적인 버블의 거동을 전극에서 버블이 떨어지는 속도와 플라즈마 특성에 따라 슈팅모드(shooting mode)와 유지모드(keeping mode) 2가지 모드로 분류하였다. 슈팅모드에서는 버블이 핀 전극에서 성장하지 못하고 빠른 속도로 떨어지는 모드로 플라즈마 방전이 잘 이루어지지 않는다. 반면 유지모드에서는 버블이 핀 전극에서 떨어지지 않고 지속적으로 성장한다. 이 모드에서는 펄스 시간 동안 하나의 버블로 연속적인 방전이 가능하다. 방전이 일어날 때 발생하는 히드록실라디칼의 생성은 버블 내부의 쉬스와 관련이 있다. 이 라디칼을 만들기 위해서는 높은 에너지가 요구되기 때문에 버블 내부의 쉬스(sheath)에서 만들어진다. 펄스 동안 쉬스는 주로 핀 전극 주변에서 유지되며 히드록실라디칼은 이곳에서 주로 만들어진다. 따라서 버블과 함께 쉬스도 성장하는 버블유지모드에서 슈팅모드보다 히드록실라디칼이 더 많이 생성된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권2호
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• pp.75-81
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• 2012

NDMA는 잠재적인 발암 물질로 잘 알려져 있기 때문에 UV를 활용한 처리기술과 분해경로에 대해 많은 연구가 이루어졌다. 그러나 NDMA가 ${NO_2}^-$, ${NO_3}^-$ 와 같은 산화물을 형성하는 메커니즘은 아직 명확하게 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 NDMA의 광반응에 의해 생성되는 핵심 반응기들을 검토하였다. 주요 반응기들에 대한 연구는 질소 산화물들의 형성과 메탄올과 NDMA의 광분해에 의해 형성되는 미지의 반응기들 사이에서의 반응을 통하여 간접적으로 수행하였다. NDMA의 직접적인 UV 광반응에 의해서 생성된 $ONOO^-$ 가 질소 산화물(중간생성물)들의 산화로 인한 ${NO_2}^-$와 ${NO_3}^-$ 의 핵심 반응기인 것으로 확인되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권3호
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• pp.315-319
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• 2018

고분자전해질연료전지(PEMFC)의 고분자막 전기화학적 내구성을 셀 밖에서 평가하는 방법으로 펜톤(Fenton)반응이 많이 이용된다. 본 연구에서는 펜톤 반응에 영향을 주는 인자를 파악하고자 하였다. 반응진행도를 파악하기 위해 펜톤 반응에서는 생성물로서 라디칼을 분석해야 하는데, 라디칼을 분석하기 어려워 반응물인 과산화수소 농도를 분석해 반응진행도를 측정하였다. 온도에 따른 과산화수소 변화속도를 측정해 활성화 에너지를 계산한 결과 180분에서 24.9 kJ/mol 이었다. 펜톤반응 속도는 철이온 농도에 많은 영향을 받았다. $80^{\circ}C$, 200 rpm, $Fe^{2+}$ 80 ppm 조건에서는 1시간동안에도 과산화수소 농도가 20%이상 처음과 차이가 나므로 용액교체를 자주 하는 것이 막열화 속도를 증가시킴을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.72.1-72.1
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• 2013

광촉매 활용 기술은 수질 및 대기 중의 난분해성 오염 물질 처리 등의 환경 분야에서부터 항균 및 초친수성 기능을 활용한 소재 분야, 그리고 태양광을 이용한 물분해 수소 제조 및 이산화탄소의 전환 등의 인공 광합성 연구 분야까지 그 응용분야가 대단히 넓은 기술이다. 본 강연에서는 이러한 광촉매의 반응 원리와 대표적인 응용분야인 환경 정화 분야 및 에너지 분야에서의 광촉매 기술의 활용, 그리고 현재 광촉매 관련 연구 분야의 주요 관심사 및 미래 성장을 위한 과제 등을 포괄적으로 다루고자 한다. 광촉매 반응은 반도체의 따간격 에너지 흡수에 따라 전자와 정공(+전하를 가진 전자와 같은 거동을 하는 입자)가 발생한 뒤에 일어나는 계면에서의 전자전달 반응을 기초한다. 발생한 정공과 전자는 각각 산화와 환원 반응을 유발하며 이러한 산화, 환원반응을 통해 다양한 분야로의 응용이 가능하다. 환경 정화 분야의 경우, 정공이 물 혹은 공기 속에 존재하는 수분과 반응하여 생성되는 OH 라디칼 ($OH{\cdot}$)의 강력한 산화력을 주로 이용하게 된다. OH 라디칼에 의한 다양한 난분해성 유기물질의 산화분해 반응을 활용하여 고도처리공정이 가능하게 되며, 수계 난분해성 유기오염물질의 제거뿐만 아니라 대기 중에 존재하는 VOCs, 악취물질 등의 분해도 가능하며, 아울러 바이러스나 박테리아와 같은 세균을 제거할 수 있는 것으로 알려져 있다. 한편, 물 분해 수소제조 및 이산화탄소의 전환과 같은 에너지 분야 응용의 경우, 전도대의 전자를 활용한 환원반응에 기초한다. 앞서 언급한 다양한 응용분야에서 활용될 수 있는 광촉매의 종류 또한 매우 다양하며, 이사화티탄(TiO2)는 대표적인 고효율 상용 광촉매이다. 아울러, 원하는 응용 분야에서의 광활성이 높은 새로운 광촉매의 제조 및 평가가 꾸준히 진행되고 있으며, 그 가운데 태양광의 가장 많은 영역을 차지하고 있는 가시광 활성을 갖는 광촉매 개발에 관한 연구가 활발히 수행되고 있다. 이에, 현재까지 개발된 다양한 가시광 광촉매 시스템에 대한 소개 및 각 광촉매 응용분야에서 최근 새롭게 대두되고 있는 이슈들에 대하여 중점적으로 고찰하고자 한다.

• 전기화학회지
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• 제19권4호
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• pp.141-147
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• 2016

본 실험에서는 2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl methacrylate(TMA)와 합성된 스티렌 계열의 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-4-vinylbenzyl ether(TVBE)으로 구성된 단독 및 공중합체를 합성하였으며 산화반응을 이용하여 고분자 라디칼로 변환시켰다. 제조된 고분자 라디칼은 카본블랙, 바인더와 함께 혼합되어 알루미늄 극판에 코팅되었으며 코인셀로 구성하여 전지특성을 평가하였다. 그 결과, 폴리스티렌 기반의 중합체는 폴리메타크릴레이트 기반의 재료에 비해 낮은 산화반응성과 낮은 방전용량을 보여주었다. 하지만 $60^{\circ}C$의 고온에서 실시된 방전실험에서는 폴리스티렌 기반에서 더욱 우수한 방전특성을 나타났다. 또한 예상대로 고분자 라디칼로 구성된 전지에서 우수한 율특성을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권4호
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• pp.508-513
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• 2021

고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 내구성을 향상시키기 위해서는 필수적으로 고분자막의 내구성이 향상되어야한다. 고분자막의 내구성을 향상시키기 위해서 e-PTFE 지지체와 라디칼 제거제(Radical Scavenger)가 첨가된다. 본 연구에서는 e-PTFE 지지체가 들어간 강화막(Reinforced Membrane)과 비강화막(Non-reinforced Membrane)의 화학적 내구성을 Fenton 반응에 의해 비교하고자 하였다. 라디칼 제거제가 첨가되지 않은 고분자막의 Fenton 실험에서는 작게 절단한 시편의 단면을 통한 과산화수소 용액과 철이온의 흡수율이 강화막에서 더 높아 불소유출농도가 더 높게 나타났다. 라디칼 제거제의 종류와 첨가량에 따라 강화막의 불소유출농도가 3배 이상의 큰 차이가 발생해서 라디칼 제거제의 영향이 지지체의 영향보다 강한 것을 알 수 있었다.

• 대한약리학회지
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• 제18권2호
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• pp.1-14
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• 1982

중추신경계의 혈관폐쇄 또는 충격손상에 의한 허혈병소에서 진행되는 병리적 변화에 산소유리라디칼이 중요한 역할을 할 것으로 시사되고 있다. 저자는 산소유리라디칼이 뇌조직에 미치는 영향 중 특히 신경세포 정지막전위 유지에 중요한 $Na^+-K^+-ATPase$의 활성도에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 산틴산화효소 반응계와 뇌조직미크로좀을 이용하여 본 연구를 시행하였다. 미크로좀분획(microsomal fraction)을 산틴과 산틴산화효소와 함께 반응시켰을 때, 분획의 $Na^+-K^+-ATPase$의 활성도는 현저한 불활성화를 보인 반면, $Mg^{++}-ATPase$의 활성도는 별로 영향을 받지 않았다. 이 불활성화는 산틴과 신틴산화효소 중 어느 한 물질이라도 반응계에 존재하지 않는 경우에는 나타나지 않았고, 두 물질이 같이 반응계에 존재할 때 나타났다. 산틴과 산틴산화효소의 반응에서 생성되는 산소유리라디칼들 중, 어떤 것이 $Na^+-K^+-ATPase$불활성화에 관계하고 있는가를 알아보기 위하여, 산수유리라디칼 각각에 대하여 제독작용을 가진 효소나 화학물질을 사용하여 불활성화의 저해유무를 관찰하였다. $O_{\bar{2}}{\cdot}$의 제독효소인 superoxide dismutase, $H_2O_2$의 제독효소인 catalase와 $^1O_2$의 제독물질인 1,4-diazabixyclo(2,2,2)octane을 각각 사용하였을 때, 이들 물질들이 농도에 비례하여 $Na^+-K^+-ATPase$의 불활성화가 저해되었다. 그러나 $OH{\cdot}$의 제독물질인 mannitol은 뚜렷한 효과를 보이지 못했다. 이상의 결과는 산소유리라디칼들 중 $O_{\bar{2}}{\cdot},\;H_2O_2$ 및 $^1O_2$가 $Na^+-K^+-ATPase$의 불활성화에 관계하고 있고, $OH{\cdot}$는 거의 관계하지 않는다는 것을 시사하여 주었다. 이로 미루어, 산소유리라디칼에 의한 뇌조직 $Na^+-K^+-ATPase$의 불활성화는 뇌 허혈병소에서 관찰되는 신경세로의 기능적 장해를 유발시키는 한 요인으로 사료되었다.

• 대한화학회지
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• 제47권4호
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• pp.423-426
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• 2003

• 대한화학회지
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• 제15권6호
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• pp.359-366
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• 1971

5종의 유기 가황촉진제에 대하여 EHT법을 적용하였다. 전자밀도, 원자궤도함수의 계수 등을 이용하여 각 화합물의 촉진 반응을 검토하였으며 결과로 유기 가황촉진 반응은 라디칼 반응 임을 입증하였다

• Applied Biological Chemistry
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• 제36권5호
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• pp.326-331
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• 1993

산화성 프리 라디칼과 반응함으로써 항산화제로 작용할 수 있는 물질을 얻을 목적으로 1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl(DPPH)을 프리 라디칼 모델로 사용하여 여러 식물 생약의 에탄올 추출물을 검색하고, 그 결과로 선별된 녹차와 목단피의 추출물에 대해서는 용매에 의한 분획과 컬럼 크로마토그라피를 실시하여 각각의 유효 성분을 분리, 규명하고 그 항산화 효과를 평가하였다. 녹차의 경우 그 유효 성분이(-)-epigallocatechin$(100\;{\mu}M\;DPPH$의 50%를 환원 시키는데 필요한 농도 즉, $SC_{50}=3.2\;{\mu}g/ml)$과 (-)-epigallocatechin gallate$(SC_{50}=2.6\;{\mu}g/ml)$로 나타났으며, 목단피의 경우는 gallic acid$(SC_{50}=2.0\;{\mu}g/ml)$가 유효 성분으로 동정되었다. 이들 화합물들은 $Fe^{3+}-ADP/ascorbate$계에 의한 microsome 분획에서의 지질 과산화 반응을 잘 억제하였으며, 그 항산화력은 (-)-epigallocatechin(1mg protein/ml의 microsome 분획에 대하여 지질 과산화를 50% 억제하는데 필요한 농도 즉, $(IC_{50}=0.2\;{\mu}g/ml)>(-)-epigallocatechin\;gallate(IC_{50}=2.5\;{\mu}g/ml)$ 순으로 나타났다. 본 연구의 결과로 부터 강력한 항산화 물질들을 함유한 녹차와 목단피등의 식물 생약이 각종 프리 라디칼 반응에 의한 생체 손상을 막아줄 수 있을 것으로 기대되었다.