Econ. Environ. Geol. 2023; 56(1): 23-53

Published online February 28, 2023

https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.23

© THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY

Review of Domestic Research Trends on Layered Double Hydroxide (LDH) Materials: Based on Research Articles in Korean Citation Index (KCI)

Seon Yong Lee1, YoungJae Kim2, Young Jae Lee1,*

1Department of Earth and Environmental Sciences, Korea University, Seoul 02841, Republic of Korea
2Division of Earth and Environmental System Sciences, Major of Environmental Geosciences, Pukyong National University, Busan 48513, Republic of Korea

Correspondence to : *youngjlee@korea.ac.kr

Received: February 23, 2023; Revised: February 28, 2023; Accepted: February 28, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

In this review paper, previous studies on layered double hydroxides (LDHs) published in the Korean Citation Index (KCI) were examined to investigate a research trend for LDHs in Korea. Since the first publication in 2002, 160 papers on LDHs have been published until January 2023. Among the 31 academic fields, top 5 fields appeared in the order of chemical engineering, chemistry, materials engineering, environmental engineering, and physics. The chemical engineering shows the highest record of published paper (71 papers) while around 10 papers have been published in the other four fields. All papers were reclassified into 15 research fields based on the industrial and academic purposes of using LDHs. The top 5 in these fields are in order of environmental purification materials, polymer catalyst materials, battery materials, pharmaceutical/medicinal materials, and basic physicochemical properties. These findings suggest that researches on the applications of LDH materials in the academic fields of chemical engineering and chemistry for the improvement of their functions such as environmental purification materials, polymer catalysts, and batteries have been being most actively conducted. The application of LDHs for cosmetic and agricultural purposes and for developing environmental sensors is still at the beginning of research. Considering a market-potential and high-efficiency-eco-friendly trend, however, it will deserve our attention as emerging application fields in the future. All reclassified papers were summarized in our tables and a supplementary file, including information on applied materials, key results, characteristics and synthesis methods of LDHs used. We expect that our findings of overall trends in LDH research in Korea can help design future researches with LDHs and suggest policies for resources and energies as well as environments efficiently.

Keywords layered double hydroxides (LDHs), materials, application, research trend, Korean citation index (KCI)

이중층수산화물(layered double hydroxide, LDH) 소재의 국내 연구동향 리뷰: 한국학술지인용색인(KCI)에 발표된 논문을 대상으로

이선용1 · 김영재2 · 이영재1,*

1고려대학교 지구환경과학과
2부경대학교 지구환경시스템과학부 환경지질과학전공

요 약

본 리뷰 논문에서는 지금까지 한국학술지인용색인(KCI)에 발표된 이중층수산화물(LDH) 관련 모든 논문을 조사하여 LDH를 대상으로 한 국내의 연구동향을 분석하였다. LDH를 주제로 한 연구는 2002년 처음 KCI에 발표된 이후 2023년 1월까지 총 160편의 논문이 발표되었으며, 최근 10년 동안 급격히 증가한 특징을 보였다. 총 31개 학문분야 중 상위 5개 분야는 화학공학, 화학, 재료공학, 환경공학, 그리고 물리학 순으로 나타났으며, 이중 화학공학이 71편으로 10편 내외의 다른 분야에 비해 압도적으로 높았다. 각 논문들은 구체적인 소재 응용 연구내용에 기반하여 15개 연구분야로 재분류 되었으며, 그 결과 상위 5개 분야는 환경정화소재, 고분자촉매소재, 배터리소재, 의약의학소재, 그리고 기초 이화학특성 순으로 나타났다. 이러한 조사 결과는 환경정화소재, 고분자촉매, 그리고 배터리 등의 기능 개선을 위한 화학공학 및 화학 분야에서의 LDH 소재 응용 연구가 활발하게 진행되고 있음을 시사한다. 이해 비해 화장품, 환경센서 그리고 농업소재로서의 LDH의 응용은 아직 미비한 단계지만 시장잠재성과 고효율-친환경 트랜드를 고려할 때 향후 떠오르는 연구분야로 주목할 만 하다. 재분류 된 모든 논문들은 응용소재, 핵심연구성과, 사용된 LDH의 특징과 합성법 등의 정보를 포함하여 표와 보충자료에 요약 정리되었다. 본 리뷰 논문에서 최초 제공한 국내 LDH에 대한 전반적인 연구 동향과 관련 세부자료들을 통해 향후 LDH를 활용한 연구방향 설계와 자원∙에너지 및 환경분야에서의 효율적인 정책 제안에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다.

주요어 이중층수산화물(LDHs), 소재, 응용, 연구동향, 한국학술지인용색인(KCI)

  • Since the first publication in 2002, a total of 160 papers on LDHs have been published up to January 2023.

  • The top 5 in application fields are in order of environmental purification, polymer catalysts, batteries, pharmaceutical/medicinal materials, and basic physicochemical properties.

  • Cosmetics, fertilizers, and environmental sensors will be emerging application fields in the future.

이중층수산화물(layered double hydroxide, LDH)은 두 개의 수산화물 팔면체 층으로 구성된 구조를 갖으며, 팔면체 층을 구성하는 서로 다른 전하를 가진 양이온의 공동 침전 또는 그들 간의 동형 치환에 의해 발생한 영구 전하를 상쇄하기 위해 층간에 물과 함께 다양한 음이온이 존재한다(Fig. 1A)(Fang et al., 2021). 이로 인해 음이온 교환능이 뛰어나며, 또한 자연계에서 쉽게 형성될 수 있고, 토양에서 흔히 발견되기 때문에 음이온성 점토광물로도 불린다(Goh et al., 2008). 이와 대비되는 것이 대표적으로 잘 알려져 있는 몬모릴로나이트와 같은 양이온성 알루미늄규산염 점토광물로서 사면체층과 팔면체층의 조합으로 구성되어 있으며, 사면체 층에서의 동형치환에 의해 발생한 음전하를 상쇄하기 위해 층간에 양이온이 존재하고, 따라서 양이온 교환능이 뛰어나다(Fig. 1B)(Zhu et al., 2016).

Fig. 1. Schematic diagram of the basic structure of LDH (modified from Fang et al., 2021; Zhu et al., 2016).

이러한 점토광물은 뛰어난 이온치환능 외에도 판상 결정의 3차원적 배치구조에 의한 넓은 비표면적과 규칙적이고 균질한 공극 특성으로 인해 촉매 활성도가 높으며, 또한 천연소재의 친환경적 특징과 나노입자의 뛰어난 생호환성으로 인해 최근들어 환경소재, 에너지저장소재, 생체의약소재 및 환경센서 등 다양한 소재 분야에서 활용될 수 있다(Jeon and Park, 2018). 하지만 실제 자연계에서는 광물의 형성 및 진화 과정에서 미량의 중금속 또는 유해한 전이금속들(예, Cd, Cu, Sb, As, Se 등)이 공침 또는 도핑되어 광물 내에 존재할 수 있어 추가적인 가공과정 없이 점토광물의 사용은 인간의 건강 및 생태계에도 나쁜 영향을 미칠 수 있다(Mascolo et al., 1999). 또한, 알루미늄규산염 점토광물들은 이중층수산화물에 비해 합성과 그 물성 조절이 매우 어렵다고 알려져 있다. 따라서 상대적으로 간단한 합성을 통해 무해하고 반응성이 뛰어난 점토광물을 쉽게 얻을 수 있으며, 사용 목적에 맞는 물성조절이 가능한 LDH의 소재 응용이 최근 더욱 주목 받고 있는 실정이다.

이렇듯 전세계적으로 활발히 진행되고 있는 LDH의 소재 응용 연구 트랜드에 맞추어 국외저널에서는 LDH 관련 연구의 동향과 전망을 제시해주는 수많은 리뷰논문이 발표되어오고 있다(예, 중금속과 유기염료 제거를 위한 환경정화소재 분야: (Guan et al., 2022; Mittal, 2021), 초

고용량 배터리 및 신재생에너지 생산 가스전환용 전기 및 광촉매 분야: (Ning et al., 2023), 의약전달체 및 생의학적 응용소재 분야: (Hu et al., 2022), 환경오염 및 독소물질 검출 센서 분야: (Baig and Sajid, 2017), 영양소의 지속적인 저속 배출을 위한 친환경 비료 및 농약등의 농업소재 분야: (Benício et al., 2015), 기능성 물질의 안정적 저장 및 전달을 위한 화장품 등의 미용소재 분야: (Pillai et al., 2020)). 이와 비교하여 국내 저널들에서는 현재까지 총 11편의 LDH 관련 리뷰논문이 발표되었으며, 분야별로는 본문의 각 Table에 굵은 글씨로 (리뷰논문)으로 표기된 바와 같이 고분자촉매소재에서 2편(Fang et al., 2021; Ye et al., 2022), 배터리소재 2편(Mokhtar et al., 2015; Lee and Lee, 2021) , 의약의학소재 4편(Jin and Park, 2019; Jin et al., 2019; 2020; Eom et al., 2022), 항균 및 코팅소재 분야에서 1편(Kim and Oh, 2016), 농업소재 분야에서 1편(Noh et al., 2015), 그리고 기초 이화학특성 분야에서 1편이 발표되었다(Jeon and Park, 2018). 하지만 국내 저널에 발표된 리뷰논문 역시 여타 국외저널의 리뷰논문과 같이 전세계의 저널에 발표된 논문들을 중심으로 세계적 연구동향을 다루고 있으며, 또한 특정 주제분야만을 다루고 있다. 따라서 이러한 국내외 리뷰 논문으로는 전세계적으로 진행되는 특정 분야의 LDH 연구동향 및 기술 수준의 파악은 용이하지만 국내의 전반적인 LDH 연구동향에 대한 정보를 제공해주기는 어렵다. 따라서 본 리뷰논문에서는 국내 LDH에 대한 전반적인 연구동향을 파악하고자 국내에서 발간된 공인된 저널을 대상으로 LDH가 관련된 모든 논문에 대한 문헌조사를 실시하였다. 이 과정에서 학위논문이나 기관 자체발행 특집기사 등은 배제하였고, 동료연구자 검토를 통해 검증된 한국학술지인용색인(Korean citation index, KCI)에 등록된 저널에 발표된 논문만을 대상으로 하였다. 또한, 저널이 속한 학회에 의해 자동적으로 분류되는 학문분야(예, 화학공학)는 LDH가 어떤 소재에 응용되었는지 정확히 파악하기가 어렵기 때문에 각 논문의 연구결과에 기반하여 앞서 언급한 리뷰논문들에서 제시된 실제 LDH가 응용된 특정 소재 분야(예, 환경정화소재)로 재분류하였다. 즉, 본문에 특정 소재의 기능개선과 같은 목적이 명시되었거나, 연구결과를 바탕으로 해당 소재로서의 응용성을 제시하였거나, 또는 구체적 명시는 없지만 이들과 유사한 연구내용을 보고한 경우 동일한 소재 응용분야로 자체 분류하였다.

본 연구를 통해 분석된 LDH에 대한 국내 전반적 연구동향과 관련 자료들은 그래프와 한글로 쉽게 표현하여 비전공자를 포함한 독자들의 이해와 관련 문헌에 대한 접근성을 높이고자 하였으며, 나아가 LDH를 이용한 연구방향 설계와 자원·에너지 및 환경분야에서의 효율적인 정책마련에 기초 정보를 제공하고자 하였다.

2.1. 학문 분야별 분류

한국학술지인용색인(KCI)에 LDH 및 LDH와 동일 또는 유사하게 사용되는 용어들(예, 이중층(수)산화물, 층상이중(수)산화물, layered double (hydr)oxide, double layerd(hydr)oxide, LDO 등)을 입력하여 검색된 논문수는 모두 3천건이 넘었다. 이중 lactate dehydrogenase와 같이 다른 분야 용어의 약자로 LDH가 사용되는 경우를 제외한 결과 실제 이중층수산화물(LDH)과 관련된 연구논문은 2002년 처음 KCI에 발표된 이후 2023년 1월까지 총 160편이 발표된 것으로 확인되었다.

이 160편의 논문에 대하여 KCI에 의한 학문분야별 분류 결과(Fig. 2A), 해당 논문들이 발표된 학문분야는 총 31개이며, 상위 5개 분야는 화학공학(71편), 화학(18편), 재료공학 및 환경공학(각각 9편), 그리고 물리학(7편) 순으로 나타나 화학 관련 학문분야에서 LDH 관련 연구가 가장 활발히 진행되어 온 것으로 확인되었다. 이를 다시 약 10년 단위로 분리하여 각각 나타낸 결과, 2002년부터 2012년까지 처음 10년 동안 발표된 논문수는 총 29편인데 반해, 2013년부터 2023년 1월까지 이후 10년동안 발표된 논문수는 총 131편으로 약 4.5배 더 높았으며, 최근 10년 동안 LDH 관련 연구가 급격히 증가하였음을 보여준다(Fig. 2B and 2C). 이러한 최근 10년동안의 폭발적인 증가추세는 총 66편의 논문이 발표된 화학공학 분야에서의 활발한 연구가 가장 큰 요인으로 지목되며, 이 외에 섬유공학, 미용, 지질학, 식품과학 등 파란색으로 표기된 다양하고 새로운 학문분야의 개척 또한 기여한 것으로 판단된다(Fig. 2C).

Fig. 2. Classification of the papers with LDH by academic fields of KCI. (A) 2002~2023, (B) 2002~2012, (C) 2013~2023.

2.2. 응용 소재 분야별 분류

앞서 서론에서 언급하였듯이 LDH는 그 특수한 이화학적 특성 때문에 다양한 소재 분야에서 활발히 응용되고 있으므로 LDH에 대한 정확한 연구동향을 파악하기 위해서는 응용 소재분야에 대한 구체적인 정보를 얻는 것이 중요하다. 하지만 학문분야에 의한 분류는 해당 학문분야에서 LDH에 대한 관심도는 알 수 있지만 LDH가 구체적으로 어떤 소재에 응용되었는지는 파악하기가 어렵기 때문에 본 리뷰논문에서는 발표된 각 논문들의 연구 결과에 기반하여 실제 LDH가 응용된 특정 소재 분야로 재분류를 실시하였다.

그 결과, 31개 학문분야는 총 15개의 응용 소재별 연구분야로 재분류 되었으며, 이들 중 상위 5개 분야는 환경정화소재(60편), 고분자촉매소재(22편), 배터리소재(14편), 그리고 의약의학소재 및 기초 이화학특성(각각 13편)순으로 나타났다(Fig. 3A). 조사 결과를 종합하면, 국내에서는 환경정화소재, 고분자촉매, 배터리, 의약의학소재 등의 기능 개선을 위한 화학공학 및 화학 분야에서의 LDH 소재 응용 연구가 최근 10년새 매우 활발하게 진행되고 있음을 시사한다(Fig. 3D). 한편, Fig. 3C에 나타낸 최근 10년의 그래프에 파란색으로 표기된 화장품소재, 환경센서소재, 농업소재 분야는 그 시장잠재성과 전세계적인 고효율-친환경 트랜드에 걸맞는 떠오르는 연구분야로서 세계적으로 큰 관심을 받고 있는 분야이다(Baig and Sajid, 2017; Benício et al., 2015; Pillai et al., 2020). 이러한 응용분야들 중 특히, 오염된 자연환경의 효율적 정화를 위한 지질신소재 개발 및 성능개선 연구, 신재생에너지 생산 효율 증대를 위한 고분자촉매 개발 및 성능개선 연구, 그리고 인이나 질소를 흡착 제거한 환경정화 지질신소재를 비료로 재활용하는 농업소재로서의 연구는 자원재활용 및 신에너지 생산을 실현한다는 점에서 본 자원환경지질 저널이 지향하는 방향과도 관계가 매우 깊다. 하지만 환경정화소재나 고분자촉매소재 연구에 비해 최근 떠오르는 분야인 농업소재 및 화장품과 환경센서소재 분야들에 대한 국내 LDH의 응용은 아직 미비한 단계로 확인된다. 따라서 세계적인 연구 트랜드를 고려할 때, 향후 국내 연구자들의 많은 관심이 요구된다.

Fig. 3. Classification of the papers with LDH by material application fields. (A) 2002~2023, (B) 2002~2012, (C) 2013~2023, (D) Trends in Top 5 Fields.

3.1. 환경정화소재

LDH를 환경정화소재로서 응용한 연구논문은 총 60편으로서 가장 많다. 해당 연구들의 핵심내용과 LDH 구성정보(양이온/층간음이온), 합성법을 요약하여 Table 1에 정리하였고, 구체적인 LDH 합성 및 후속 추가공정의 세부 조건은 엑셀 보충자료(supplementary material)에 정리하였다. 대부분의 연구는 수질오염 저감제로서 유무기 오염물질 흡착제 연구가 주를 이루며, 그외 몇몇 대기오염 저감 촉매 또는 토양안정화제로서 응용되기도 하였다. 유기성 수질오염물질은 주로 양/음이온성 염료들이며, 무기성 수질오염물질은 P, As, Cr, Pb 등이고, 대기오염물질은 주로 CO2와 일부 SO2 등이 대상이 되고 있으며, 이러한 오염물질들은 주로 표면 흡착(inner-sphere complexes), 층간 음이온 교환(outer-sphere complexes) 및 광분해를 통해 제거된다(Fig. 4). 이러한 환경정화소재의 성능을 개선하기위한 LDH의 팔면체층 양이온은 주로 Mg와 Al 조합으로 되어 있으며, 이외에 종종 Fe, Ca, Zn이 이용되고 있다. 층간의 음이온은 주로 NO3, CO3, 및 Cl과 드물게 SO4가 이용되기도 한다. 이는 생태계와 환경에 직접적으로 적용될 수 있는 소재인만큼 친환경적 특성과 안전, 그리고 원료비용이 종합적으로 고려된 것으로 보이며, 해당 LDH 구성 조합으로도 높은 반응성과 오염저감 성과를 달성할 수 있음을 알 수 있다. 기본적으로 전통적 공침(co-precipitation) 방법을 통해 LDH 또는 LDH-복합체 물질을 제조하지만, 그 이상의 고성능 물질을 확보하기 위해 수열처리(hydrothermal treatment), 소성(calcination), 유기물에 의한 개질(organic modification) 등이 추가적인 공정으로 도입되고 있다. 특히, 이러한 방법을 통해 제조될 수 있는 LDH와 유기 또는 광물질과의 복합체는 기존의 LDH와 기질 각각이 가진 단점을 보완하면서 성능을 크게 개선시킬 수 있기 때문에 최근 활발히 연구되고 있는 분야이기도 하다(Jung et al., 2021; Lee et al. 2019a; 2019b). 이러한 연구들에서는 LDH복합체화 최적 조건 및 그에 따른 이화학적 특성변화와 형성기작을 규명하는 것을 목표로 하고 있으며, 최근까지도 다양한 LDH와 기질을 대상으로 연구가 진행되고 있다. LDH기반 고성능 친환경 환경정화소재 개발 연구는 접근이 쉽고 적용이 간편해 LDH 연구개발 초기부터 꾸준히 진행되어온 만큼 앞으로도 LDH 응용 분야를 선도할 것으로 전망된다.

Table 1 Applications of LDHs as environmental purification materials

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체) 제조법참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH를 이용한 ReO4 as TcO4 surrogate, CrO4 흡착 제거)MgAlCO3co-precipitation, calcination(Kang et al., 2003)
수질오염 저감 처리법(LDH의 침전 및 그에 의한 NO3 흡착/환원 제거)Fe(II, III) (green rust)injection of Fe(II)-portland cement(Kang et al., 2005)
수질오염 저감 흡착제(P 흡착 제거)MgAlCl(Jung and Min, 2005)
수질오염 저감 흡착제(하수 내 P 흡착 제거)MgAlClco-precipitation(Song et al., 2006)
토양오염 저감 및 토질 개선(토양 내 LDH 거동 및 오염제거 특성 규명, 비료 활용가능성 제시)MgAlNO3co-precipitation(Choi et al., 2007)
수질오염 저감 흡착제(P 흡착 제거 및 탈착 특성 규명)MgAlCl, CO3(Jung, 2008)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH를 이용한 As(V)흡착 제거)MgAlNO3co-precipitation, calcination(Seo et al., 2008)
수질오염 저감 흡착제(As(V) 흡착 제거)MgFeClco-precipitation, hydrothermal treatment(Choi et al., 2009)
대기오염 저감 촉매(소성된 LDH를 이용한 SO2가스 제거)MgAlNO3co-precipitation, calcination(Kim et al., 2010)
수질오염 저감 흡착제(deoxyribonucleic acid의 선택 흡착)MgAlCO3, (NO3 from the used reagents)co-precipitation, hydrothermal treatment(Kim et al., 2011)
수질오염 저감 흡착제(As(V) 흡착 가능한 시멘트 페이스트 활용가능성 제시)CaAlSO4double boiling of 3CaO·Al2O3 and gypsum(Shim et al., 2012)
수질오염 저감 흡착제(소성 및 유기 개질된 LDH복합체에 의한 비드의 화학안정성 및 P 흡착 향상)MgAlNO3co-precipitation, calcination, organic modification(Han et al., 2012)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 LDH에 의한 (L,D)-phenylalanine 선택적 chiral 흡착 향상)ZnAlNO3replaced with carboxymethyl-α-cyclodextrin, carboxymethyl-β-cyclodextrin co-precipitation, organic modification(Liu and Meng, 2013)
수질오염 저감 촉매소재 물성개선(LDH복합체화에 따른 백금 나노입자의 안정적 형성 및 4-nitrophenol의 환원 및 독성 저감)MgAlCO3 replaced with NO3co-precipitation, solvothermal treatment, composite with Pt nanoparticle by in-situ chemical reduction(Na et al., 2013)
수질오염 저감 흡착제(I, Se(IV, VI) 흡착 제거)Fe(II, III)Cl, CO3co-precipitation(Min et al., 2013)
수질오염 저감 흡착제(As(III, V) 흡착 제거)MgFeCO3, (Cl)co-precipitation(Türk and Alp, 2014)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH에 의한 Cr(VI), P에 대한 경쟁흡착 특성 규명 및 복합오염물질 제거)MgAlCO3co-precipitation, calcination(Song and Wu, 2014)
수질오염 저감 흡착제(재생-재사용을 위한 P 흡탈착특성 규명)MgAlCl(Choi and Jung, 2014)
수질오염 저감 흡착제(P의 선택적 흡착 제거능 및 재사용성 개선)MgFeClco-precipitation, calcination(Sun et al., 2014)
수질오염 저감 흡착제(LDH-탄소나노튜브 복합체에 의한 유기염료 (AR14) 흡착 제거)NiCoAlClco-precipitation, composite with carbon nanotube-COO(Khodam et al., 2015)
수질오염 저감 흡착제(유기염료 (R, CR, AR1) 흡착 제거)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, hydrothermal treatment(Shan et al., 2015)
수질오염 저감 촉매소재 물성개선(소성된 LDH의 Ti/Al비율에 따른 가시광 광촉매에 의한 유기염료 (MB) 분해 조절)MgAlTiCO3, (NO3)co-precipitation, calcination(Hosni et al., 2015)
수질오염 저감 흡착제(BrO3 흡착/환원 제거)FeAlSO4, (CO3)ultrasound-assisted co-precipitation(Yang et al., 2015b)
수질오염 저감 흡착제(층간 유기-금속착물화에 의한 Pb 흡착 제거)MgAlCO3 replaced with tartrateco-precipitation, solvothermal treatment, organic modification(Shen et al., 2016)
수질오염 저감 흡착제(LDH-Al2O3 광물복합체에 의한 F 흡착 개선)MgAlNO3co-precipitation, hydrothermal treatment, composite with Al2O3(Zhang et al., 2016)
수질오염 저감 흡착제(층간 유기-금속착물화에 의한 Nd, Sr 흡착 제거)NiAlNO3 replaced with 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acidco-precipitation, organic modification(Kameda et al., 2016)
대기오염 저감 흡착제(LDH-탄소나노튜브 복합체에 의한 CO2가스 포획 성능 향상)MgAlNO3co-precipitation vs. electrostatic exfoliation self-assembly, solvothermal treatment, composite with carbon nanotube(Wang et al., 2016a)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 복합체에 의 한 As 흡착 제거)NiMnCO3, (NO3)co-precipitation, calcination, composite with biochar(Wang et al., 2016b)
수질오염 저감 흡착제(자성의 LDH-Fe3O4 광물복합체에 의한 유기염료(CR) 흡착 및 회수 재사용 개선)MgAlCO3, (SO4)co-precipitation, composite with Fe3O4(Lu et al., 2017)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 복합체에 의한 P 흡착 제거 개선)MgAl, MgFeClco-precipitation, composite with biochar(Wan et al., 2017)
수질오염 저감 흡착제(Cd 흡착능 비교: 탄소나노튜브>활성탄>LDH, pH크게 의존, 활성탄은 소화기와 피부세포에 독성)MgAlCO3(주)신원산업에서 구입(모델명: Hi-TALTM) solvothermal treatment(Kim et al., 2017b)
수질오염 저감 흡착제(Cr 흡착능 비교: 활성탄>탄소나노튜브>LDH, 산성 조건이 흡착 유리)MgAlCO3(주)신원산업에서 구입 (모델명: Hi-TALTM)(Jung and Kim, 2017)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 LDH에 의한 유기염료(AR-GR, DO-11, BY-2) 흡착 향상, 층간 유기물 배치 영향 규명)MgAlCl replaced with hexanesulfonate/nonanesulfonate/dodecanesulfonateco-precipitation, organic modification(Zhang et al., 2017a)
수질오염 저감 흡착제(Cl 흡착능 비교: Zn-LDH >Al-LDH, 최적 LDH 합성조건 및 최적흡착 pH, 흡착제주입량 규명)CaAl, MgAlNO3co-precipitation(Kim et al., 2017a)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질 및 소성된 다중금속 LDH복합체에 의한 광촉매 성능, 유기염료(RB) 분해능, 촉매 안정성 및 재사용성 향상)ZnCr(III)NO3 replaced with salen-Cuco-precipitation, calcination, organic modification(Meng et al., 2017)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH-제올라이트 광물복합체를 이용한 목질계 타르폐수 정화 성능 개선: 페놀 및 크레졸 흡착능 향상)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, calcination, composite with zeolite(Kim, 2017)
수질오염 저감 흡착제(소성된 다중금속 LDH에 의한 유기염료(MO) 흡착 제거 개선)(Co)CuAl, (Co)CuCr(III)CO3, (NO3)co-precipitation, calcination(Berner et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 LDH-바이오차 복합체에 의한 공극과 비표면적 특성 개선, 유기염료(MB) 흡착 및 UV하 광촉매 분해 성능, 재사용안정성 향상)solvothermal treatment, organic modification, composite with BiOCl/biochar(Zhang et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(LDH-Si기판 광물복합체에 의한 유기염료(ARG) 흡착 제거 및 최적 흡착 조건 규명)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, solvothermal treatment, composite with Sisubstrate(Wang et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(LDH복합체화에 의한 유기염료(MO) 광촉매 분해 향상)NiTiNO3, Clco-precipitation, solvothermal treatment, composite with graphite(g)-C3N4 substrate & SiO2 glass(Yazdani et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(소성된 Nd도핑된 LDH에 의한 빛 흡수 증가 등으로 유기염료(AR 14) 광촉매분해 향상)(Nd)CoAlco-precipitation, hydrothermal treatment(Khodam et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 복합체에 의한 F 흡착 및 재사용성 개선)MgAlNO3in situ growth by sol-gel method, solvothermal treatment, composite with biochar(Zhang et al., 2019)
수질오염 저감 흡착제(소성된 3성분금속 LDH-그래핀 복합체에 의한 유기염료(MO) 흡착 및 재사용성개선)MgCoAlNO3co-precipitation, calcination, composite with graphene(Kazeem et al., 2019)
수질오염 저감 환경촉매(유기 개질 및 소성된 LDH 복합체에 의한 항생제(tetracycline hydrochloride)의 광분해 촉매 성능 개선)MgAlNO3, citrateco-precipitation, solvothermal treatment, organic modification, calcination, composite with g-C3N4(Li et al., 2019)
수질오염 저감 처리법(폐수 내 LDH의 침전법을 통한 Cl의 제거, Ca:Al몰비율의 영향 규명)CaAlco-precipitation(Kim et al., 2019)
수질오염 저감 흡착제(소성된 3상의 LDH 광물복합체에 의한 유기염료(MO) 흡착 개선 및 평가)MgAlNi-BaFeNO3co-precipitation, calcination, composite with barium ferrite(Mu’azu et al., 2019)
수질오염 저감 환경촉매(LDH-WO3 광물복합체에 의한 초음파 촉매 오존화 공정 및 유기염료(AB9, AO7) 분해)CoFeCO3, (NO3)co-precipitation, hydrothermal treatment, composite with WO3(Khataee et al., 2020)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH/ g-C3N4 복합체에 의한 양/음이온성 유기염료 흡착 제거)NiCoNO3co-precipitation, calcination, composite with graphite(Kaur et al., 2021)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH의 이화학적 특성 변환 및 이에 따른 폐수 내 SO4 흡착 제거양상 규명)CaAl, MgAl, CaFeNO3co-precipitation, calcination(Park et al., 2021)
대기오염 저감 흡착제(알칼리금속질산염 포함 LDH-그래핀 산화물 복합체에 의한 CO2가스 포획, 장기 재사용능 향상)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, composite with graphene oxide and alkali metal nitrate(Yang et al., 2021)
수질오염 저감 흡착제(서로 다른 공침법(pH조건 변화)으로 합성된 LDH의 유기염료(CR) 제거 평가)ZnFeClco-precipitation(Mendil and Nasrallah, 2021)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 3성분금속 LDH에 의한 유기염료(EY, MG) 흡착 제거 및 흡착제 재사용 개선)NiCoAl, (CoAl, NiAl)NO3co-precipitation, solvothermal treatment, organic modification(Nazir et al., 2022)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH-바이오차 복합체에 의한 폐수 내 양/음이온성 복합 유기염료(CR, MB) 흡착 제거)MgAlCO3, (Cl)co-precipitation, solvothermal treatment, calcination, composite with biochar(Dat et al., 2022)
수질오염 저감 흡착제 및 처리법(LDH의 투수성반응벽체(PRB) 매질 활용 및 As, Cr 복합오염 정화 최적 운영조건 도출, 동전기법과의 시너지효과)CaAl, CaFein situ growth by sol-gel method, solvothermal treatment, composite with biochar(Xu et al., 2022)
수질오염 저감 환경촉매(3성분금속 LDH-탄소나노튜브 복합체에 의한 Cr(VI)의 광촉매 환원 제거)MgAlCO3, (NO3)in situ growth seeding method, hydrothermal treatment composite with CuPd/carbon nanotube by in-situ chemical reduction(Sun and Park, 2022)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 탄소나노튜브 복합체에 의한 유기염료 (RB5) 흡착 개선)NiZnFeNO3co-precipitation, composite with biochar and carbon nanotube(Amin et al., 2022)
토양오염/수질오염 저감 흡착제(입상 LDH에 의한 수체 내 As(V) 흡착 및 토양안정화 가능성 제시)MgFeSO4co-precipitation, bead-type LDH using starch(Kim et al., 2022)
수질오염 저감 흡착제 및 처리법(유기 개질된 LDH-나노 금입자 복합체를 이용한 sono-sorption 방법에 의한 유기염료(CR) 흡착)NiFeNO3, Clco-precipitation, solvothermal treatment, organic modification composite with Au nanoparticle by UV–vis irradiation(Najafi et al., 2022)

Fig. 4. Schematic illustration of removal mechanisms of contaminants by LDH-composites through (A) interlayer anion exchange of As(V) and (B) photocatalytic-degradation of organic pollutants (modified from Lee et al., 2019b; Yazdani et al., 2018).

3.2. 고분자촉매소재

LDH를 고분자촉매소재로서 응용한 연구논문 총 22편의 핵심내용과 LDH 구성정보, 합성법은 Table 2에 나타내었다. 환경정화소재에서는 LDH가 광촉매로서 오염물질을 분해 및 전환하는 용도로 활용되었다면, 이 고분자촉매소재 분야에서는 주로 신재생에너지 전환 및 생산의 용도(예, CO2의 알코올 전환, 물 전기분해를 통한 H2생산)로 LDH가 활용되고 있다(Fig. 5). 친환경적 특징과 비용적인 부분이 고려되는 환경정화소재가 주로 Mg, Ca, Fe, Al 등으로 구성된 LDH를 활용했다면, 고분자촉매소재들은 그보다는 비싸고 독성이 우려되지만 반면에 전자이동을 통한 촉매반응성을 크게 높여줄 수 있는 전이금속들인 Zn, Co, Ni, Cu, Mn 등을 적극적으로 함께 활용하고 있다. 또한, LDH의 잘 분산된 구조 위에 금, 은 또는 백금 입자를 코팅하거나, 소성 또는 유기물 개질을 통해 LDH 단일결정화(또는 박리) 및 균질한 구조와 공극, 넓은 비표면적을 확보하는 기술들이 도입되고 있다. 이러한 방법들은 모두 촉매의 활성도와 안정성을 높이는 방법으로서 최근 활발히 적용되고 있는 기술들이다. 신재생에너지 정책의 일환으로서 수소의 확보 및 탄소 저감에 직접적으로 기여할 수 있는 본 기술들은 매우 전도 유망하며 그 성과도 많이 보고되고 있지만 앞으로의 과제는 효율적인 소재합성 경로의 개척과 실제 가스촉매전환에의 적용 및 실증화 단계가 될 것으로 전망된다.

Table 2 Applications of LDHs as polymer catalyst materials

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체) 제조법참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 LDH 기반 광촉매에 의한 태양광에너지 변환 향상)ZnAlNO3 replaced with metal-organic complexesco-precipitation organic modification(Ryu et al., 2003)
기초연구_촉매성능 개선(WCo-LDH 복합체 다중벽 탄소나노튜브 제조 및 촉매금속 분산을 위한 W/Co 최적 구성비 규명)CoMgAlNO3 replaced with WO4co-precipitation calcination composite with acetylene and carbon nanotube by catalytic chemical vapor deposition(Lan et al., 2014)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 Mn코팅된 LDH복합체에 의한 촉매 안정성, 재사용성 및 ethylbenzen 무용매 산화 개선)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation organic modification Mn coating(Yang et al., 2015a)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH-나노금입자 복합체에 의한 전기촉매 특성 개선 및 glucose 산화 반응 향상)MgAlCO3 replaced with NO3co-precipitation solvothermal treatment, composite with Au nanoparticle by in-situ chemical reduction(Cho et al., 2016)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 LDH 에 의한 다공성구조, 열안정성, 기체전환 촉매성능 향상 및 소결 방지, 탄소증착 방지능 개선)NiCoAlCO3, (NO3)co-precipitation, calcination & reduction(Liu et al., 2016)
기초연구_고성능 촉매소재 제조법 개발(환원-소성을 통한 박리된 LDH 표면 치밀 균질한 백금 나노입자 형성조건 규명)MgAlCO3 replaced with NO3co-precipitation, hydrothermal treatmentexfoliation by formamide in-situ chemical reduction of K2PtCl6(Yu et al., 2017)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 LDH 복합체에 의한 다공성구조화 및 알코올 전환과 수소화 효율 향상)CuAlCO3, (NO3)co-precipitation, exfoliation by organicmicrowave irradiation, calcination(Prakruthi et al., 2018)
기초연구_촉매성능 개선(유기 개질된 LDH복합체에 의한 다중벽 탄소나노튜브의 균질한 분산, 안정성, 반응성폴리머(EVA) 촉매의 기계적, 열적, 전기전도도 특성 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with Ethylene-co-vinyl acetate (EVA)co-precipitation composite with carbon nanotube by simple grinding organic modification(Bhuyan et al., 2018)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH 탄소-TiO2 광물 복합체에 의한 촉매물질의 균질한 3D 분산 및 광전기화학적 물 전기분해 수소발생반응(HER) 촉매 향상)NiMnNO3 replaced with acetate, hexamethylenetetramineco-precipitation solvothermal treatment, organic modification composite with TiO2/amorphous carbon layer(Zhao and Jung, 2018)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 LDH에 의한 Pd촉매 활성도 향상 및 바이오매스(vanillin)의 탈산소 및 가수소분해 증가, 바이오연료 전환 효율 개선CoAlNO3co-precipitation solvothermal treatment, organic modification(Liao et al., 2018)
(리뷰논문) 신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH를 촉매로 활용한 CO2의 흡착과 수소화 및 메탄올 전환 기술 동향, 최첨단 촉매 소개)Cu/Zn/Ar/Zr (다양한 구성)(Fang et al., 2021)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 LDHNi 복합체에 의한 물 전기분해 산소발생반응 (OER) 촉매 향상, 열처리 효과 규명)NiCoNO3In situ growth of LDH on nickel foam in Co2+ solution hydrothermal treatment, calcination(Lee et al., 2021b)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(3D 구조 LDH-Ni 복합체에 의한 전기촉매 활성화, 물의 산화 및 산소발생반응 향상)(Te)NiCoNO3In situ growth of LDH on nickel foam in Co2+ solution hydrothermal treatment,(Lee et al., 2021a)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 다중성분 LDH에 의한 코킹방지(anti-coking), 열안정성, 다공성구조 및 메탄의 수소 전환(reforming for H2) 향상)(Sm)NiMgAlNO3co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, freeze-drying(Taherian et al., 2021)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 유기개질 및 인(P) 코팅된 3성분금속 LDH복합체를 이용한 물 전기분해 및 수소/산소발생반응 촉매 향상)CoMnNO3co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, calcination with P composite with Cu(OH)2/CF and P coating(Wang et al., 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 유기개질 황(S) 포함 LDH를 이용한 해수전기분해 및 산화, 산소발생반응 촉매, 염소 부식방지 및 안정성 향상)NiFeSO4co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, calcination with S composite with carbon cloth(Jung and Han, 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH-Cu2O 광물복합체에 의한 촉매 비표면적 개선, Cu2O 응집방지, 수소발생반응 광촉매 향상)NiCoClco-precipitation hydrothermal treatment, composite with Cu2O by electrostatic self-assembely(Fan et al., 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(환원된 Ni나노촉매 및 LDH-Al 복합체에 의한 CO2 메탄화, 촉매 구조 안정성 개선)NiAlNO3In situ growth of LDH on nickel foam in Ni2+ solution hydrothermal treatment, calcination – reduction with H2 composite with Al particles(Lee et al., 2022a)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(3성분금속 LDH-Ni 복합체를 이용한 물 전기분해 및 수소/산소발생반응 촉매 향상)NiCoAl, ZnFeAlNO3co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, calcination, composite with Ni foam(Hou et al., 2022)
(리뷰논문) 신재생에너지 촉매소재로서 LDH의 구조적 특성 및 산소환원/산소발생반응 촉매 활용성 고찰(Ye et al., 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH를 이용한 물 전기분해 및 산소발생반응(OER) 촉매 성능 향상 및 영향인자 규명)CoFeCO3, (NO3)co-precipitation(Lee and Park, 2022)

Fig. 5. Photocatalytic mechanism of gas conversion photo-catalytic system for efficient hydrogen evolution reaction (HER) using LDH (modified from Fan et al., 2022; Thomassen et al., 2022).

3.3. 배터리소재

LDH를 배터리소재로서 응용한 연구논문 총 14편의 핵심내용과 LDH 구성정보, 합성법은 Table 3에 나타내었다. 배터리는 양극과 음극의 전위차가 안정적으로 유지되면서 전자이동이 활발하게 발생되는 시스템을 선호한다. 때문에 LDH 구성 양이온은 환경촉매소재와 유사하게 Ni, Co, Zn, Mn과 같은 전이금속이 많이 활용되며, 뿐만아니라 전극의 기판으로서 사용되는 Ni이나 Al foam과의 LDH복합체화가 다양하게 연구되고 있다. 복합체 과정에서 전자의 이동을 더 활발하게 유도하고 또한 금, 은 또는 백금과 같은 촉매 입자의 분포를 더 균질하고 넓게 분산시키기 위해 탄소기반물질(예, 탄소나노튜브, 그래핀) 등이 적극적으로 함께 활용되고 있다. 많은 연구들의 목적은 LDH를 활용하여 전극 표면에 촉매입자를 더 안정하게, 더 많이, 더 고르게 부착시키는 것이며, 여기에서 LDH 물질은 다중 금속 성분을 보유한 매우 규칙적인 3D 나노구조를 가진 반응성 물질로서 전자이동 반응을 촉진시키고 전기전도성과 전기용량 증가에 기여한다. 유기물의 층간 삽입을 통해 LDH 결정을 박리시켜 전극 표면에 박리된 LDH 결정을 정전기적 인력을 통해 부착시키는 방법도 활발히 연구되고 있다. 또한, 배터리소재에서는 전극과 반응성 촉매소재와의 복합체화가 무엇보다도 중요한만큼 전통적 공침외에 이를 가능케하는 적절한 후속 공정(예, 열수처리, 소성, 마이크로파조사, 압밀, 유기개질 후 화학적 산화-환원)의 적용 또한 중요한 요소로 간주되고 있다. 최근 탄소저감을 위한 고효율 전기가전 및 전기차의 수요가 꾸준히 늘고 있는 반면, 핵심광물의 가격은 여러 이유로 인해 치솟고 있는 추세가 계속되고 있다. 따라서 배터리분야 핵심광물(예, Co, Ni, Cu, Mn)의 대체제를 통한 저비용 고성능 배터리의 제조 연구가 많은 관심을 받을 것으로 전망된다.

Table 3 Applications of LDHs as battery materials

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체) 제조법참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
전극소재 물성개선(LDH-Ni복합체에 의한 소재구조 및 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 전도성 등)(ZnCo)NiAlCO3co-precipitation composite with Ni powder by pressing(Zhen et al., 2004)
전극소재 물성개선(LDH에 층간삽입된 반응성이온에 의한 소재 구조 및 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 전도성 등)NiVO4, (SO4)co-precipitation and transformation to LDH(Park et al., 2013)
전극소재 물성개선(LDH-그래핀 복합체에 의한 소재구조 및 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 전도성 등)NiAlClco-precipitation composite with graphene(Kim and Kim, 2015)
(리뷰논문) 유망 Al-air 배터리소재로서 전기화학적 특성 개선을 위한 LDH기반 이중 기능 촉매의 역할NiFehydrothermal treatment(Mokhtar et al., 2015)
전극소재 물성개선(유기 개질된 LDH에 의한 소재 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 저항, 수명 등)NiCoCO3, propylenco-precipitation one-pot microwave irradiation composite with graphene oxide(Kim et al., 2016)
전극소재 물성개성(유기 개질된 Ag 도핑된 LDH에 의한 3D 꽃 형상의 계층적 구조, 고용량, 전기전도도, 사이클링 향상, 슈퍼커패시터 소재화)(Ag)NiCoNO3co-precipitation organic modification solvothermal treatment(Lv et al., 2016)
전극소재 물성개선(유기 개질된 LDH 나노폼의 바인더 없는 상호연결에 의한 넓은 비표면적, 낮은 저항, 전해질 분산, 고전력 및 에너지밀도 향상)NiCoClco-precipitation organic modification solvothermal treatment(Patel et al., 2017)
친환경 나노발전소재(유기 개질된 Ag함유 LDHAZO 복합체에 의한 출력전압 및 전류밀도 향상, 출력 성능 개선, 자체전력 구동 생의학적 응용 가능)ZnAlco-precipitation composite with AZO/Ag/AZO multilayers organic modification by spin-coating of poly vinyl fluoride(Nguyen et al., 2018)
전극소재 물성개선(전착법에 의한 전극표면 LDH 코팅으로 소재 구조 및 전기화학적 특성 개선, 결정성장기작, 형상적 특성, 전기화학적 특성에 미치는 음이온첨가제 효과 규명)Ni(NO3 replaced with hexamethylenetetramine)organic modification composite with Ni foam by electrodeposition(Kim et al., 2019a)
전극소재 물성개성 (유기 개질된 LDH-Ni 복합체에 의한 전기화학성 및 안정성 개선, 초박형 LDH 육각결정의 상호연결에 의한 전해질 침투, 사이클링 안정성 향상, 슈퍼커패시터 소재화)ZnCoNO3, acetateco-precipitation organic modification solvothermal treatment composite with Ni foam(Pawar et al., 2019)
전극소재 물성개선(전기화학성 및 안정성 개선(LDH복합체화에 의한 전극 표면구조 개선-전해질 분산 및 활성이온 확산 증가, 반응자리 증가)NiMnClco-precipitation hydrothermal treatment composite with graphene oxide/Ni foam(Tang et al., 2020)
(리뷰논문) 차세대 수계 이차전지용 소재 연구동향(리튬이온전지 열화기작 해결방안으로서 수계이차전지에 LDH 소재 활용의 장점)Ni/Co/Al/Ti (다양한 구성)NO3, SO4, Cl, acetate (다양한 구성)composite with mainly Ni foam(Lee and Lee, 2021)
전극소재 물성개선(다중금속 LDH-graphite 복합체에 의한 소재구조 및 전기화학적 사이클링 안정성, 전기용량, 초고속 에너지저장능 향상)NiCoAlSO4co-precipitation solvothermal treatment composite with CuZn/graphite(Polat and Atun, 2021)
기초연구_Sb/LDH 복합체에 의한 고결정성 나노입자 형성 및 이화학 특성 규명(알킬리간드 부재상태 및 금속특이성으로 전극소재로 활용 가능)ZnCr(III)composite with β-Sb by solution-phase chemical reduction(Ahn et al., 2022)


3.4. 의약의학소재

LDH를 의약의학소재로서 응용한 연구논문 총 13편의 핵심내용과 LDH 구성정보, 합성법은 Table 4에 나타내었다. LDH는 다양한 의학 분야에서 응용될 수 있지만 전통적으로 의약소재로서 대부분 의약전달체의 임무를 수행하는데 LDH 구조 층간에 음이온 교환반응을 통해 의약성분인 특정 유기분자들을 저장하고 안전하게 체내로 운반하여 적절한 환경에서 의약성분을 배출하려는 목적에서 사용된다. 따라서 환경정화소재와 더불어 LDH의 특징적인 층간 구조 특성을 잘 이용하는 사례이다. 이러한 연구는 전세계적으로 2000년대 초반부터 활발히 진행성과 전기침전(또는 전착법, electrodeposition) 등이 함께 적용되고 있다. 무엇보다도 의약성분을 LDH 층간에 효율적으로 삽입하는 것이 가장 중요한 이슈인 만큼 LDH의 층간 음이온 교환 특성에 관한 연구가 주를 이루고있다. 한편, 최근 들어 의료서비스의 질을 높이기 위해 LDH 기반 의료물질을 체내 전달하려는 의학적 목적의 시도들이 보고되고 있다. 예를 들면, CT나 MRI의 조영제를 효과적으로 투입하거나 암세포의 진단이 가능한 물질을 투입하는 것인데, 이러한 바이오이미징센서로서 LDH의 활용이 요즘 더 활발한 연구분야로서 큰 관심을 받고 있는 것으로 파악된다(Fig. 7B). 또한, DNA를 LDH기반 물질에 안정적으로 저장한 뒤 이를 적절히 스캔하여 정보를 얻는 DNA 기반 정보융합 나노하이브리드(infohybrid) 코드 시스템이 선보여지고 있는데(Fig. 7C), 이러한 기술은 빅데이터-인공지능 시대에 발맞추어 향후 떠오르는 소재 응용 분야로서 크게 주목된다.

Table 4 Applications of LDHs as pharmaceutical/medicinal materials

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 LDH에 의한 의약성분 흡수 촉진 및 항암 효과 향상)methotrexate(Jeong et al., 2004)
기초연구_LDH 층간 음이온교환 특성 규명 (층간 잔존 CO3에 의한 의약성분 전달 방해 효과 규명)MgAlNO3/CO3 with different ratiosco-precipitation(Chakraborty et al., 2012)
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 LDHAl 복합체 층간 삽입(캡슐화)에 의한 의약성분의 효과적 저장 및 전달)NiAlNO3 replaced with glucose oxidase, Lascorbic acid, dodecylsulfateco-precipitation composite with anodic alumina/aluminum substrate organic encapsulation of medicinal molecules by LDH(Zhao et al., 2013)
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH를 이용한 참당귀꽃 추출물 항산화 성분의 나노분말화 및 취급저장성 개선)MgAlCO3, (NO3), replaced with 참당귀꽃 추출물co-precipitation hydrothermal treatment calcination organic encapsulation(Kim et al., 2015)
의약전달소재 물성개선유기 개질 및 (LDH 복합체에 의한 항산화제(ferulic acid)의 캡슐화 저장 및 배출 특성 개선)ZnAlCO3 replaced with biopolymers (agarose, gelatin, etc.)co-precipitation assisted by electrodeposition organic encapsulation composite with ceramic kit and biopolymers(Gwak et al., 2016)
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 LDHSi 복합체에 의한 진통제(Ibuprofen) 및 항생제(ciprofloxacin)의 저장 및 전달 개선, 최적 활성 pH 규명)MgAlCl replaced with cetyltrimethylammonium and tetraethyl orthosilicateco-precipitation hydrothermal treatment calcination organic encapsulation composite with amino modified silica(Barnabas et al., 2017)
의약전달소재 물성개선(LDH복합체화에 의한 의약성분(alendronate)의 전달체계 개선, 골형성(osteogenic) 증식 및 분화 강화)(Piao et al., 2019)
(리뷰논문) 정보융합 나노하이브리드 소재: DNA 기반 정보융합 나노하이브리드 코드 시스템에서의 LDH 활용기술 및 전망 논의Mg/ZnFe/Al (다양한 구성)(Jin and Park, 2019)
(리뷰논문) 바이오이미징센서 소재: LDH 나노입자 기반 바이오이미징 시스템 기술 동향, 최적 나노소재 구조 및 합성법, 개발 잠재성 전망 논의MgAl 외 (다양한 조영제 Cd, Mn 도핑가능)Gd-diethylenetriamine pentaacetic acid, fluorescein-5-isothiocyanate 등surface coating by bovine serum albumin, etc.(Jin et al., 2019)
(리뷰논문) 의약전달소재 물성개선(치료용 의약성분의 효과적 전달을 위한 LDH의 활용: 합성 전략, 구조 특성과 기능성, 다양한 하이브리드 시스템 논의)MnFe 등 (다양한 구성)NO3, Cl, CO3 replaced with theraphic biomolecules(Jin et al., 2020)
바이오이미징소재 물성개선(LDH를 활용한 pH의존 암세포 검출(CT/MRI) 조영제의 나노입자 전달 시스템 개선 및 검출 성능 향상)MgGa(III)NO3 replaced with gelatin or chitosan/Gd3+/RM complexesco-precipitation organic encapsulation(Yun et al., 2021)
의약전달소재 물성개선(박리된 단층 LDH를 이용한 항암제(chlorin e6)의 효과적 전달작용 및 종양세포 제거 향상)MgAlreplaced with DL-lactic acid, L-lactateco-precipitation exfoliation organic encapsulation (chlorin e6)(Jo et al., 2022)
(리뷰논문) LDH의 구조적 특성 및 핵의학분야에서의 생체적합 치료제 또는 진단제로서의 응용 가능성 고찰(Eom et al., 2022)


3.5. 분리막소재

LDH를 분리막소재로서 응용한 연구논문 총 9편의 핵심내용과 LDH 구성정보, 합성법은 Table 5에 나타내었다. 분리막은 크게 액체분리막과 기체분리막으로 구분된다. 기체분리막은 화학적 반응보다는 입자크기와 공극을 조절하여 서로 다른 기체(예, H2, N2, O2 외 기타 메탄 등)의 투과 특성 차이에 의해 가스들을 서로 분리하는 연구들이 진행되었는데 2010년부터 2014년까지 초반에 논문이 발표된데 반해 최근에는 연구결과를 보고한 사례가 없다. 반면에 액체분리막은 2016년부터 2020년까지 관련 논문이 발표된 것으로 보아, 최근 활발하게 연구를 하는 막소재 분야는 액체분리막으로 판단된다. 하지만 두 소재 모두 표면의 거칠기와 공극, 친수성 특성등을 조절하여 기체 및 액체를 분리 정화하는 연구인 만큼 잘 분산된 LDH를 활용한 막표면 형상제어, 표면오염의 방지에 중점을 두고 있는 것으로 보인다. 이미 잘 알려진 분야인만큼 공정효율의 향상 및 새로운 물질의 분리 등에 관심을 가지고 연구가 진행될 것으로 전망된다.

Table 5 Applications of LDHs as membrane materials

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
기체분리막소재 물성개선(유기 개질된 LDH 복합체에 의한 O2, CO2 기체투과 및 기계적 특성 조절, 가스분리능 향상)CoAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation - exfoliation by intercalation of ethylene vinyl acetate(Kang and Lee, 2010)
기체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH-PTMSP 복합체에 의한 H2, N2, CO2 기체투과 및 열적 특성 조절, 가스분리능 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation, calcination – exfoliation, organic modification with poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) (PTMSP)(Jeong and Hong, 2012)
기체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH-PTMSP 복합체에 의한 O2, CO2 기체투과, 기계적 및 열적 특성 조절, 가스분리능 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation, calcination – exfoliation, organic modification with PTMSP(Hwang et al., 2013)
기체분리막소재 물성개선(CO3가 기 함침된 소성 LDH에 의한 CO2 흡수 제거 개선, 최적 온도와 LDH:Na2CO3비율 규명)MgAlreplaced with CO3calcination(Min et al., 2014)
기체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH-PTMSP 복합체 내 LDH함량에 따른 H2, N2, CH4, C3H8, n-C4-H10 기체투과 특성 규명 및 가스분리능 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation, calcination – exfoliation, organic modification with PTMSP(Jeong and Lee, 2014)
액체분리막소재 물성개선(유기 개질된 LDH에 의한 막소재 친수성, 수투과도, 표면오염방지능(antifouling ability) 향상)ZnAlNO3 (replaced with N,Ndimethylacetamide)co-precipitation, organic modification composite with poly(vinylidene fluoride) powder(Zhao et al., 2016)
액체분리막소재 물성개선(LDH 복합체에 의한 막소재 친수성, 수투과도, 표면오염방지능 향상)MgAlCO3, (Cl)co-precipitation, hydrothermal treatment composite with PVDF(Arefi-Oskoui et al., 2016)
액체분리막소재 물성개선(소성된 LDHAl2O3 복합체에 의한 막 표면의 거칠기와 자유에너지 감소, 수투과도 및 안정도 증가)CoAlNO3In situ growth by seeding method hydrothermal treatment composite with Al2O3 tube calcination(Huang et al., 2020)
액체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 LDH-복합체화에 의한 막 표면 친수성 증가(표면접촉각 감소), 수투과도 및 염제거능 향상)CuAlCO3, (NO3), (replaced with trimesoyl chloride)co-precipitation, organic modification composite with layered polyamide/polysulfone ultrafiltration substrate(Tajuddin et al., 2022)


3.6. 광학안료소재

LDH를 광학안료소재로서 응용한 연구논문 총 8편의 핵심내용과 LDH 구성정보, 합성법은 Table 6에 나타내었다. 광학안료 또한 주로 LDH 층간에 삽입된 유/무기분자의 광학적 특성에 의해 조절될 수 있으므로 양이온층은 상대적으로 구성이 단조롭다(주로 MgAl). 따라서 층간 음이온 교환을 통해 광활성화 물질을 효과적으로 삽입하는 기술이 개발되고 있다. 이때, LDH의 팔면체에 의하여 삽입된 유기분자가 보호받을 수 있으므로 빛뿐만 아니라 열적 안정성 또한 함께 개선될 수 있어 LDH 층의 시트에 의해 유기분자를 효과적으로 저장하는 기술들이 연구되고 있다. 따라서 환경정화소재 및 의약소재와 마찬가지로 음이온 교환반응에 의한 LDH의 광학적 특성변화 연구가 현재까지 꾸준히 수행되고 있는 추세이다.

Table 6 Applications of LDHs as optical/pigment materials

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
광학소재 물성개선(압력에 따른 samarium ion complex가 층간 삽입된 LDH의 형광(photo-luminescent) 특성 규명 및 조절)MgAlreplaced with samarium ion complex(Park, 2004)
광학소재 물성개선(압력과 층간음이온 배치에 따른 coumarin-3-carboxylate가 층간 삽입된 LDH의 UV흡수 및 형광특성 규명 및 조절)ZnAlNO3 replaced with coumarin-3-carboxylic anionsorganic modification (mainly intercalation)(Park and Kim, 2005)
광학소재 물성개선(LDH 복합체에 층간 삽입된 유기변성제에 의한 소재 광학적/열적 특성 규명 및 조절)ZnAlNO3 replaced with stearic and oleic acidsco-precipitation organic modification composite with SAN (atyrene-ccrylonitrile) resin(Kim, 2012)
광학소재 물성개선(순환식 동결-해동법으로 제조된 LDH에 층간 삽입된 유기변성제에 의한 소재 광학적/열적 특성 규명 및 조절)MgAlCl (replaced with poly vinyl alcohol)co-precipitation cyclic freezing and thawing organic modification(Huang et al., 2012)
기초연구_LDH 층간 음이온교환 특성 규명(DOTA ligand 삽입에 따른 구조 및 광학적 특성 변화, 광전자장치 활용가능성 제시)MgAlCO3 replaced with Gd(III) and DOTA ligandco-precipitation solvothermal treatment composite with Si-wafer organic modification(Lee and Jung, 2013)
광학소재 물성개선(소성된 Tb 함유 LDH의 상전이를 통한 녹색 형광물질 제조 및 LED용 소재개발 가능성 제시)(Tb)CaAlco-precipitation calcination(Yufeng et al., 2017)
광학소재 물성개선(유기 개질된 LDH복합체에 의한 구조적 개선(주기적 장거리 정렬) 및 Eu/β-cyclodextrin의 층간 삽입에 의한 적색 형광 향상)MgAlCO3 replaced with NO3, then Eu/β-cyclodextrinco-precipitation exfoliation by formamide organic modification composite with SiO2 glass(Zhang et al., 2017b)
안료소재 물성개선(LDH와 1,2-dihydroxyanthraquinone간 강한 결합에 의한 발색단(chromophore)의 용매저항성 및 광안정성 향상)MgAlreplaced with 1,2-dihydroxyanthraquinoneintercalation of alizarin pigment composite with ethylenenorbornene using two roll mixing mill and pressing(Marzec et al., 2019)


3.7. 항균 및 코팅소재

LDH를 항균소재와 코팅소재로서 응용한 연구논문은 각각 5편과 3편으로서 많은 연구가 진행되지는 않았지만 이들중 6편이 최근 2년 사이에 발표된 만큼 요즘 많은 관심을 받고 있는 분야이기도 하다(Table 7). LDH를 이용한 항균소재의 제조 원리는 항바이러스성 의약성분을 LDH에 층간삽입하여 항균 성능을 보유하거나 또는 LDH 표면에 유기분해 촉매 성능이 뛰어난 원소를 도핑한 뒤(예, Cu, V) 이렇게 개질된 LDH를 이용하여 유해 박테리아를 표면에 흡착 제거하는 방식이다(Fig. 8A). 코팅소재에 활용되는 LDH의 경우, 기본적인 코팅 방호벽으로서 Cl 이온의 흡착되는 것을 차단하는 것 외에도, 다공성 3차원 구조적 장점을 통해 내부식성이 강하며 자가치료능이 있는 Zn-film이나 Mg합금을 적절히 분산시켜 기판의 표면이 손상될 시 효율적으로 복원하도록 돕는 역할을 한다(Fig. 8B). 최근 코로나19와 같은 전염병 이후 접촉을 최소화하고 살균력을 갖춘 항균소재와 코팅소재의 관심이 급격히 높아지고 있는 추세이다. 따라서 이 두 분야는 향후 유망한 LDH 소재응용 분야가 될 것으로 판단된다.

Table 7 Applications of LDHs as antibacterial and coating materials

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
Antibacterial materials
항균소재(유해 박테리아/바이러스(E. coli ATCC 11105) 흡착 제거능 평가, LDH가 철산화물보다는 낮은 제거능)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation(Park et al., 2010)
항균소재(소성된 LDH를 이용한 유해 박테리아/바이러스(박테리오파지 T7) 흡착 제거 향상MgFeCO3, (NO3)co-precipitation calcination(Park et al., 2011)
(리뷰논문) LDH 화학적 개질을 통한 소재 기체차단성, 항균성, 흡착성 향상: 식품포장재 및 환경소재로서 활용성 논의)MgCaFeAl (다양한 구성)(Kim and Oh, 2016)
항균소재 물성개선(이중기능 LDH에 의한 모방 나노효소의 표면반응자리와 접촉면적 증가, 항균 촉매성능 향상)CoV(III)Clco-precipitation solvothermal treatment calcination – phase transformation(Chen et al., 2022)
항균소재 물성개선(항균제(pyrithione) 층간삽입된 LDH-Al 복합체에 의한 소재 내부식성 및 생물오염방지 (antibiofouling) 향상, 금속코팅소재 활용 가능성 제시)CoAlNO3 replaced with pyrithionein situ growth by seeding method hydrothermal treatment composite with Al-substrate organic modification(Jian et al., 2022)
Coating materials
금속코팅소재 물성개선(유기 개질된 LDH 코팅에 의한 Al기판의 내부식성 향상, 발암성 6가크롬 코팅 대체제 가능성 제시)ZnAlNO3 replaced with hexamethylenetetramineco-precipitation by Al seeding solvothermal treatment composite with AA2024-T3 (Albase) substrate organic modification with diethyldithiocarbamate(Mohamma di et al., 2021)
금속코팅소재 물성개선(LDH 코팅에 의한 금속(AZ31 Mg합금) 내부식성, 자가치료능 향상 및 최적 조건 규명)MgAlNO3co-precipitation by Mg seeding hydrothermal treatment composite with AZ31 (Mg alloy) substrate by steam coating(Hasanbeigi et al., 2021)
금속코팅소재 물성개선(유기 개질된 LDH 코팅에 의한 금속(AZ31 Mg합금) 초소수성, 장기안정성 내부식성 향상)CO3, (NO3) replaced with laurate and dodecylsulfate (surfactants)co-precipitation by Al seeding solvothermal treatment composite with AA2024-T3 (Albase) substrate organic modification with laurate and dodecylbenzene sulfonate(Huang et al., 2021)


3.8. 건축/환경, 내열 및 섬유소재

LDH를 건축/환경소재, 내열소재, 그리고 섬유소재로서 응용한 연구논문은 각각 2편, 2편, 1편으로서 가장 적은 축에 속하지만 논문이 발표된 연도에서 확인할 수 있듯이 최근에도 관심을 받고 있는 주제임을 알 수 있다(Table 8). 건축소재 같은 경우는 LDH의 층간에 Cl 이온을 흡착하여 염소이온에 의한 콘크리트의 열화 및 내부 식성을 방지하는 원리로 사용된다. LDH의 적용은 또한 균열이 발생한 콘크리트의 자가치유에 기여할 수도 있다. 한편, LDH는 수산화물로서 표면에 ―OH 반응기가 많기 때문에 열에 대한 내성이 강하다. 따라서 난연성 유기물로 개질된 LDH의 활용은 건축 및 방열소재의 난연특성을 향상시켜줄 수 있다. 섬유소재로서 LDH의 활용은 강화 수지의 제조에 LDH가 충진재로 사용되어 기계적 물성과 내손상성을 높여주는 방식이 보고된다. 세 분야 모두 LDH의 구조적 특성을 잘 활용하여 고성능 소재 제조가 가능한 만큼 앞으로도 꾸준히 해당분야에서의 연구가 진행될 전망이 있다고 판단된다.

Table 8 Applications of LDHs as building/environmental, flame retardant, and textile materials

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
Building/environmental materials
시멘트소재 물성개선(LDH를 이용한 수용액 내 Cl 이온 흡착고정화를 통한 콘크리트 열화 및 내부식성 방지, Cl에 의한 수질오염 저감에도 응용 가능)MgAl, CaAlNO3co-precipitation(Lee et al., 2016)
시멘트소재 물성개선(LDH 첨가에 따른 모르타르 내 Cl이온 침투 저항성 및 균열 시멘트의 자기치유 특성 개선)MgAlco-precipitation calcination 포틀란드시멘트:자기치유물질:LDH(시멘트 기준 배합비 90:5:5)(Yoo and Jang, 2022)
Flame retardant materials
내열소재 물성개선(난연성 유기변성제 층간 삽입된 LDH에 의한 소재 열적(난연성) 및 기계적 특성 향상)ZnAlNO3 replaced with oleateco-precipitation composite with ABS-resin compound(Kim, 2008)
내열소재 물성개선(난연성 유기변성제 층간 삽입된 LDH에 의한 소재 열적 및 기계적 특성 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with poly(methyl methacrylate)co-precipitation hydrothermal treatment exfoliation by formamide organic modification electrospinning(Ma and Wang, 2022)
Textile materials
섬유소재 물성개선(LDH복합체 충진재에 의한 glass-reinforced aluminum laminate 수지의 기계적 물성 및 내손상성 개선)blending LDH and multiwalled carbon nanotube using epoxy and hardener(Bright et al., 2022)


3.9. 화장품, 환경센서, 농업소재

LDH를 화장품, 환경센서, 그리고 농업소재로서 응용한 연구논문은 각각 4편, 3편, 그리고 1편으로서 역시 많은 편은 아니며, 논문이 발표된 시기도 대부분 2010년대 중반 근처이므로 최근에 많은 관심을 받은 주제는 아님을 알 수 있다(Table 9). 그러나 코로나19 이후의 마스크해제와 외출허용은 주춤했던 화장품의 소비를 다시 증가시킬것으로 예상된다. 특히 최근에는 노화방지 및 항산화 기능성이 부여된 영양제와 선크림등이 주목받는 만큼 이러한 기능부여에 탁월한 효과가 있는 LDH의 소재 응용은 더욱 높아질 것으로 판단된다. 더불어 다양한 독성 유무기 오염물질에 의한 환경오염이 더욱 심각해지고 있어 정화 및 피해대책 마련을 위해 이러한 환경오염물질의 정확한 검출이 요구되고 있는 실정이다. LDH가 가진 뛰어난 촉매 분산성 및 안정적 코팅 능력은 이러한 환경독소를 검출하는데 크게 기여하고 있다. 따라서 향후 LDH를 이용한 고민감도 환경센서의 개발 또한 유망한 분야로서 판단된다. 마지막으로 의약전달체에서 보여준 LDH의 의약성분의 안정적 전달 기능과 유사하게 이를 토양개량 비료로서 적용가능하다. LDH 내에 N, urea, P 등을 삽입하여 저속 장기배출함으로써 토양의 비옥성을 높여줄수 있으며, 또한 역으로 토양에 과포화된 영양염류들을 다시 층간에 저장함으로써 이들의 토양 내 조절에도 활용가능하다. 특히, LDH와 바이오차의 복합체를 활용한 친환경 토양개량 비료의 성능 개선 및 고부가가치 상품화가 가능하므로 이러한 농업소재 분야로서의 잠재성도 매우 크다고 판단된다.

Table 9 Applications of LDHs as cosmetics, environmental sensors, and agricultural materials

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
Cosmetic materials
화장품소재 물성개선(유기변성제의 LDH 층간 배위에 따른 UV흡수 특성 조절, 선크림 첨가제 활용가능)MgAlCO3 replaced with dihydroxybenzophenonco-precipitation organic modification(Li et al., 2014a)
화장품소재 물성개선(유기변성제의 LDH 층간 배위특성에 따른 UV흡수/열적 특성 조절, 선크림 첨가제 활용가능)ZnAlCO3 replaced with dihydroxybenzophenon and dodecylbenzenesulfonateco-precipitation organic modification composite with Si-substreate(Li et al., 2014b)
화장품소재 기능성 개선(레티놀(비타민A) 안정화 및 취급 저장성 개선, 리포좀 대체 효과 향상)MgAlCO3 replaced with retinoic acidco-precipitation solvothermal treatment(Park et al., 2015)
화장품소재 기능성 개선(유기 개질된 소수성 LDH를 이용한 적색안료-항산화물질(astaxanthin)의 흡착 및 열안정성 향상, 자외선차단물질(cinnamic acid)의 빛 안정성 향상)MgAl, ZnAlCO3, (NO3) (replaced with dodecylsulfate, hexamethyltetramine, cinnamate)co-precipitation solvothermal treatment organic modification(Park et al., 2018)
Environmental sensor materials
환경센서 촉매소재 물성개선(LDH 복합체를 이용한 Hydroquinone 선택적 검출 성능 개선, 촉매소재 안정성 및 재현성 증가)ZnAlNO3co-electrodeposition by cathodic reduction deposition composite with graphene(Kwon and Hong, 2013)
환경센서 촉매소재 물성개선(잘 분산된 LDH에 의한 은 전극의 환경 독소(thiourea) 검출 성능 향상)ZnV(III)Clco-precipitation, surface modification of silver electrode by well-dispersed LDH(Khan et al., 2015)
환경센서 촉매소재 물성개선(LDH와의 복합체에 의한 촉매소재 비표면적, 전기전도성, 이온분산 특성 개선 및 수중 항생제(norfloxacin) 검출 성능 향상)NiCoCO3, (NO3)co-precipitation solvothermal treatment composite with tungsten carbide on the electrode(Joseph et al., 2022)
Agricultural materials
(리뷰논문) 농업 비료소재로서 LDH의 적합성 및 활용성 논의(N, urea 저속 배출 및 토양 내 NO3 조절에 활용 가능)주로 MgAl (다양한 구성)(Noh et al., 2015)


3.10. 기초 이화학특성 연구

마지막으로 Table 10에는 지질학적 관점에서의 LDH 형성 및 상변환 기작 규명 연구 1편을 포함한 총 13편의 LDH의 기초 이화학특성 연구논문 내용이 요약되어 있다. 해당 기초 이화학특성 연구로 분류된 논문들은 그 연구 내용이 본 리뷰논문에서 소개한 특정 소재들에 대한 성능개선이나 응용으로 분류하기가 어려운 기초연구로서 LDH의 형성과 물질의 특성 변화 및 원인 규명등을 중점적으로 다루고 있다. 그럼에도 불구하고 기초 이화학특성 연구는 소재의 성능개발을 위한 필수불가결한 관계이므로 Fig. 3D에서 확인된 것처럼 상위 5개 분야 안에 들면서 꾸준히 그 연구가 계속되고 있는 특성을 보인다. 따라서 LDH에 대한 기초 이화학특성 연구는 소재 응용 연구가 계속되는 한 함께 꾸준히 진행될 것으로 사료되며, 경우에 따라서는 추후 새로운 관련분야가 개척된다면 해당 분야로 분류될 수도 있을 것이다.

3.11. 자원환경 및 지질학 분야에서의 동향

국내에서는 천연 음이온성 점토나 LDH의 합성 및 이들의 개질을 통한 환경정화소재와 고분자촉매소재로서의 응용연구가 국외저널에서 보고된 연구 트랜드와 유사하게 매우 활발하게 진행되고 있는 것으로 파악된다. 이를 통해 오염된 자연환경의 효율적 정화를 위한 지질신소재의 개발과 성능개선, 그리고 신재생에너지 생산 효율 증대를 위한 지질신소재기반 고분자촉매소재 개발 및 성능개선 연구분야가 더욱 확장되고 관련기술도 한층 발전할 것으로 전망된다. 그러나 자원재순환을 실현할 수 있는 비료 및 토양개량제와 같은 농업소재로서의 응용은 아직 미비하며, 향후 바이오차와 같은 친환경 토양개량제와 복합체를 이루어 인과 질소의 비료 및 이들의 토양 내 조절 기능과 토양 물성개량 기능을 동시에 지닌 친환경 농업소재로서의 응용 연구가 적극 시도되어야 할 것으로 판단된다. 뿐만 아니라, 지금까지 매우 미비한 것으로 확인된 지질학적 관점에서의 LDH의 형성과 이화학적 특성에 관한 기초 연구가 함께 활발히 수행된다면 향후 지질신소재의 응용성 향상에 한층 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

본 리뷰 논문에서는 지금까지 한국학술지인용색인(KCI)에 발표된 이중층수산화물(LDH) 관련 논문을 조사하여 LDH를 대상으로 한 국내의 연구동향을 분석하였다. LDH는 그 독특한 구조로 인해 생기는 균질하고 안정적인 3차원 공극구조와 넓은 비표면적, 그로 인해 발생되는 뛰어난 촉매 활성, 그리고 층간의 음이온 교환 특성에 의해 오염물질을 흡착 제거하는 환경정화소재 및 환경촉매뿐만 아니라 최근에는 층간에 중요한 성분과 정보를 저장하고, 전달하는 나노 전달체계의 핵심소재로 발전하고 있다. 또한, LDH와 같은 점토광물은 친환경적 특성으로 인해 다양한 생분야에서 응용이 가능하며, 알루미늄규산염 점토광물에 비해 합성이 간편하고 응용 소재에 맞게 특성 조절이 쉽기 때문에 소재 응용분야가 점차 확장되고 있고, 관련 연구도 전세계적으로 급격히 증가하고 있는 추세이다. 국내에서도 이와 유사하게 최근 10년동안의 LDH 관련 연구가 그 이전에 비해 크게 증가하였다. 응용된 소재 분야에서는 전통적인 환경정화소재, 고분자촉매, 배터리, 그리고 의약의학소재 외에 화장품, 환경센서, 바이오이미징, 기능성(항균, 내열) 코팅, 그리고 농업소재 등이 새롭게 출현하였다. 이러한 분야는 최근의 친환경 고효율 정책과 건강 및 빅데이터-인공지능 정보융합 트랜드와 맞추어 더욱 발전해나갈 수 있는 잠재유망한 분야로 판단된다. 또한, LDH와 기질의 단점을 서로 보완하면서 기능성을 더욱 향상시킬 수 있는 복합체에 대한 연구도 더욱 주목을 받을 것으로 예상된다.

다만 환경정화소재 분야의 경우 국내의 LDH 연구 초기부터 지금까지도 가장 활발하게 연구되고 있는 분야임에도 불구하고 이와 관련된 리뷰논문은 아직까지 국내저널에 발표된 바가 없어 국내의 LDH 활용 환경정화소재 연구의 깊이 있는 연구동향 파악이 어렵다. 따라서, 급증하고 있는 해당연구의 추세에 맞추어 과거의 연구사례를 포함하여 최근 이슈가 되고 있는 정화대상물질에 따른 고기능성 LDH 제조 및 개질법, 그리고 최신 특성 분석기술을 활용한 오염물질 제거메커니즘 규명 사례등을 중점적으로 다루는 리뷰논문의 발간이 시급히 요구된다.

또한, 소재의 성능개선에 비해 아직까지 기초 연구를 통한 다양한 LDH의 형성기작에 대한 이해, 그리고 정확한 반응자리를 규명하는 것에 대한 통찰은 상대적으로 부족한 실정이다. 소재 응용 관점에서도 LDH를 소재 목적에 맞게 디자인하고, 더 큰 규모로 공정화 하는 것 또한 현재 가장 큰 도전이자 이슈라 할 수 있다. 따라서 LDH를 다양한 경로를 통해 합성하고, 그에 따른 이화학적 특성 변화를 파악하여 형성기작을 밝혀내며, 형성에 미치는 핵심 영향인자를 도출하는 일은 향후 다양한 소재의 응용 목적에 맞는 합성법을 개발하고, 나아가 실용화 및 산업화를 위한 중요한 밑거름이 될 것이다. 이러한 기초 및 소재응용 연구 특성을 바탕으로 전망한 미래 LDH 연구기법의 특징은 LDH의 이화학적 특성을 더 정확하고 다양하게 분석할 수 있는 복합적인 특성분석기법의 발전과 이러한 실험결과에 근거한 원자-분자 규모에서의 근원적 성질에 대한 모델링적 접근의 연구가 협업하는 형태의 다학제적 융합연구가 될 것으로 사료된다.

This work was supported by grants from the National Research Foundation of Korea funded by the government (grant number 2020R1I1A1A01073846 and 2021R1A2C100601111). This work was also supported by a Korea University Grant (교내연구교원지원사업).

  1. Ahn, S.M., Kim, H.R., Park, M., Yoon, S., Yoon, A., In, S.-I. and Kim, I.Y. (2022) Facile and Scalable Synthetic Route to Highly Crystalline β-Sb Nanoparticles and Their Hybrids with Inorganic Nanosheets. Journal of the Korean Chemical Society, v.66(4), p.265-268. DOI: 10.5012/jkcs.2022.66.4.265
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Article

Review

Econ. Environ. Geol. 2023; 56(1): 23-53

Published online February 28, 2023 https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.23

Copyright © THE KOREAN SOCIETY OF ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL GEOLOGY.

Review of Domestic Research Trends on Layered Double Hydroxide (LDH) Materials: Based on Research Articles in Korean Citation Index (KCI)

Seon Yong Lee1, YoungJae Kim2, Young Jae Lee1,*

1Department of Earth and Environmental Sciences, Korea University, Seoul 02841, Republic of Korea
2Division of Earth and Environmental System Sciences, Major of Environmental Geosciences, Pukyong National University, Busan 48513, Republic of Korea

Correspondence to:*youngjlee@korea.ac.kr

Received: February 23, 2023; Revised: February 28, 2023; Accepted: February 28, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided original work is properly cited.

Abstract

In this review paper, previous studies on layered double hydroxides (LDHs) published in the Korean Citation Index (KCI) were examined to investigate a research trend for LDHs in Korea. Since the first publication in 2002, 160 papers on LDHs have been published until January 2023. Among the 31 academic fields, top 5 fields appeared in the order of chemical engineering, chemistry, materials engineering, environmental engineering, and physics. The chemical engineering shows the highest record of published paper (71 papers) while around 10 papers have been published in the other four fields. All papers were reclassified into 15 research fields based on the industrial and academic purposes of using LDHs. The top 5 in these fields are in order of environmental purification materials, polymer catalyst materials, battery materials, pharmaceutical/medicinal materials, and basic physicochemical properties. These findings suggest that researches on the applications of LDH materials in the academic fields of chemical engineering and chemistry for the improvement of their functions such as environmental purification materials, polymer catalysts, and batteries have been being most actively conducted. The application of LDHs for cosmetic and agricultural purposes and for developing environmental sensors is still at the beginning of research. Considering a market-potential and high-efficiency-eco-friendly trend, however, it will deserve our attention as emerging application fields in the future. All reclassified papers were summarized in our tables and a supplementary file, including information on applied materials, key results, characteristics and synthesis methods of LDHs used. We expect that our findings of overall trends in LDH research in Korea can help design future researches with LDHs and suggest policies for resources and energies as well as environments efficiently.

Keywords layered double hydroxides (LDHs), materials, application, research trend, Korean citation index (KCI)

이중층수산화물(layered double hydroxide, LDH) 소재의 국내 연구동향 리뷰: 한국학술지인용색인(KCI)에 발표된 논문을 대상으로

이선용1 · 김영재2 · 이영재1,*

1고려대학교 지구환경과학과
2부경대학교 지구환경시스템과학부 환경지질과학전공

Received: February 23, 2023; Revised: February 28, 2023; Accepted: February 28, 2023

요 약

본 리뷰 논문에서는 지금까지 한국학술지인용색인(KCI)에 발표된 이중층수산화물(LDH) 관련 모든 논문을 조사하여 LDH를 대상으로 한 국내의 연구동향을 분석하였다. LDH를 주제로 한 연구는 2002년 처음 KCI에 발표된 이후 2023년 1월까지 총 160편의 논문이 발표되었으며, 최근 10년 동안 급격히 증가한 특징을 보였다. 총 31개 학문분야 중 상위 5개 분야는 화학공학, 화학, 재료공학, 환경공학, 그리고 물리학 순으로 나타났으며, 이중 화학공학이 71편으로 10편 내외의 다른 분야에 비해 압도적으로 높았다. 각 논문들은 구체적인 소재 응용 연구내용에 기반하여 15개 연구분야로 재분류 되었으며, 그 결과 상위 5개 분야는 환경정화소재, 고분자촉매소재, 배터리소재, 의약의학소재, 그리고 기초 이화학특성 순으로 나타났다. 이러한 조사 결과는 환경정화소재, 고분자촉매, 그리고 배터리 등의 기능 개선을 위한 화학공학 및 화학 분야에서의 LDH 소재 응용 연구가 활발하게 진행되고 있음을 시사한다. 이해 비해 화장품, 환경센서 그리고 농업소재로서의 LDH의 응용은 아직 미비한 단계지만 시장잠재성과 고효율-친환경 트랜드를 고려할 때 향후 떠오르는 연구분야로 주목할 만 하다. 재분류 된 모든 논문들은 응용소재, 핵심연구성과, 사용된 LDH의 특징과 합성법 등의 정보를 포함하여 표와 보충자료에 요약 정리되었다. 본 리뷰 논문에서 최초 제공한 국내 LDH에 대한 전반적인 연구 동향과 관련 세부자료들을 통해 향후 LDH를 활용한 연구방향 설계와 자원∙에너지 및 환경분야에서의 효율적인 정책 제안에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다.

주요어 이중층수산화물(LDHs), 소재, 응용, 연구동향, 한국학술지인용색인(KCI)

Research Highlights

  • Since the first publication in 2002, a total of 160 papers on LDHs have been published up to January 2023.

  • The top 5 in application fields are in order of environmental purification, polymer catalysts, batteries, pharmaceutical/medicinal materials, and basic physicochemical properties.

  • Cosmetics, fertilizers, and environmental sensors will be emerging application fields in the future.

1. 서 론

이중층수산화물(layered double hydroxide, LDH)은 두 개의 수산화물 팔면체 층으로 구성된 구조를 갖으며, 팔면체 층을 구성하는 서로 다른 전하를 가진 양이온의 공동 침전 또는 그들 간의 동형 치환에 의해 발생한 영구 전하를 상쇄하기 위해 층간에 물과 함께 다양한 음이온이 존재한다(Fig. 1A)(Fang et al., 2021). 이로 인해 음이온 교환능이 뛰어나며, 또한 자연계에서 쉽게 형성될 수 있고, 토양에서 흔히 발견되기 때문에 음이온성 점토광물로도 불린다(Goh et al., 2008). 이와 대비되는 것이 대표적으로 잘 알려져 있는 몬모릴로나이트와 같은 양이온성 알루미늄규산염 점토광물로서 사면체층과 팔면체층의 조합으로 구성되어 있으며, 사면체 층에서의 동형치환에 의해 발생한 음전하를 상쇄하기 위해 층간에 양이온이 존재하고, 따라서 양이온 교환능이 뛰어나다(Fig. 1B)(Zhu et al., 2016).

Figure 1. Schematic diagram of the basic structure of LDH (modified from Fang et al., 2021; Zhu et al., 2016).

이러한 점토광물은 뛰어난 이온치환능 외에도 판상 결정의 3차원적 배치구조에 의한 넓은 비표면적과 규칙적이고 균질한 공극 특성으로 인해 촉매 활성도가 높으며, 또한 천연소재의 친환경적 특징과 나노입자의 뛰어난 생호환성으로 인해 최근들어 환경소재, 에너지저장소재, 생체의약소재 및 환경센서 등 다양한 소재 분야에서 활용될 수 있다(Jeon and Park, 2018). 하지만 실제 자연계에서는 광물의 형성 및 진화 과정에서 미량의 중금속 또는 유해한 전이금속들(예, Cd, Cu, Sb, As, Se 등)이 공침 또는 도핑되어 광물 내에 존재할 수 있어 추가적인 가공과정 없이 점토광물의 사용은 인간의 건강 및 생태계에도 나쁜 영향을 미칠 수 있다(Mascolo et al., 1999). 또한, 알루미늄규산염 점토광물들은 이중층수산화물에 비해 합성과 그 물성 조절이 매우 어렵다고 알려져 있다. 따라서 상대적으로 간단한 합성을 통해 무해하고 반응성이 뛰어난 점토광물을 쉽게 얻을 수 있으며, 사용 목적에 맞는 물성조절이 가능한 LDH의 소재 응용이 최근 더욱 주목 받고 있는 실정이다.

이렇듯 전세계적으로 활발히 진행되고 있는 LDH의 소재 응용 연구 트랜드에 맞추어 국외저널에서는 LDH 관련 연구의 동향과 전망을 제시해주는 수많은 리뷰논문이 발표되어오고 있다(예, 중금속과 유기염료 제거를 위한 환경정화소재 분야: (Guan et al., 2022; Mittal, 2021), 초

고용량 배터리 및 신재생에너지 생산 가스전환용 전기 및 광촉매 분야: (Ning et al., 2023), 의약전달체 및 생의학적 응용소재 분야: (Hu et al., 2022), 환경오염 및 독소물질 검출 센서 분야: (Baig and Sajid, 2017), 영양소의 지속적인 저속 배출을 위한 친환경 비료 및 농약등의 농업소재 분야: (Benício et al., 2015), 기능성 물질의 안정적 저장 및 전달을 위한 화장품 등의 미용소재 분야: (Pillai et al., 2020)). 이와 비교하여 국내 저널들에서는 현재까지 총 11편의 LDH 관련 리뷰논문이 발표되었으며, 분야별로는 본문의 각 Table에 굵은 글씨로 (리뷰논문)으로 표기된 바와 같이 고분자촉매소재에서 2편(Fang et al., 2021; Ye et al., 2022), 배터리소재 2편(Mokhtar et al., 2015; Lee and Lee, 2021) , 의약의학소재 4편(Jin and Park, 2019; Jin et al., 2019; 2020; Eom et al., 2022), 항균 및 코팅소재 분야에서 1편(Kim and Oh, 2016), 농업소재 분야에서 1편(Noh et al., 2015), 그리고 기초 이화학특성 분야에서 1편이 발표되었다(Jeon and Park, 2018). 하지만 국내 저널에 발표된 리뷰논문 역시 여타 국외저널의 리뷰논문과 같이 전세계의 저널에 발표된 논문들을 중심으로 세계적 연구동향을 다루고 있으며, 또한 특정 주제분야만을 다루고 있다. 따라서 이러한 국내외 리뷰 논문으로는 전세계적으로 진행되는 특정 분야의 LDH 연구동향 및 기술 수준의 파악은 용이하지만 국내의 전반적인 LDH 연구동향에 대한 정보를 제공해주기는 어렵다. 따라서 본 리뷰논문에서는 국내 LDH에 대한 전반적인 연구동향을 파악하고자 국내에서 발간된 공인된 저널을 대상으로 LDH가 관련된 모든 논문에 대한 문헌조사를 실시하였다. 이 과정에서 학위논문이나 기관 자체발행 특집기사 등은 배제하였고, 동료연구자 검토를 통해 검증된 한국학술지인용색인(Korean citation index, KCI)에 등록된 저널에 발표된 논문만을 대상으로 하였다. 또한, 저널이 속한 학회에 의해 자동적으로 분류되는 학문분야(예, 화학공학)는 LDH가 어떤 소재에 응용되었는지 정확히 파악하기가 어렵기 때문에 각 논문의 연구결과에 기반하여 앞서 언급한 리뷰논문들에서 제시된 실제 LDH가 응용된 특정 소재 분야(예, 환경정화소재)로 재분류하였다. 즉, 본문에 특정 소재의 기능개선과 같은 목적이 명시되었거나, 연구결과를 바탕으로 해당 소재로서의 응용성을 제시하였거나, 또는 구체적 명시는 없지만 이들과 유사한 연구내용을 보고한 경우 동일한 소재 응용분야로 자체 분류하였다.

본 연구를 통해 분석된 LDH에 대한 국내 전반적 연구동향과 관련 자료들은 그래프와 한글로 쉽게 표현하여 비전공자를 포함한 독자들의 이해와 관련 문헌에 대한 접근성을 높이고자 하였으며, 나아가 LDH를 이용한 연구방향 설계와 자원·에너지 및 환경분야에서의 효율적인 정책마련에 기초 정보를 제공하고자 하였다.

2. LDH 관련 연구의 분야별 분류 결과

2.1. 학문 분야별 분류

한국학술지인용색인(KCI)에 LDH 및 LDH와 동일 또는 유사하게 사용되는 용어들(예, 이중층(수)산화물, 층상이중(수)산화물, layered double (hydr)oxide, double layerd(hydr)oxide, LDO 등)을 입력하여 검색된 논문수는 모두 3천건이 넘었다. 이중 lactate dehydrogenase와 같이 다른 분야 용어의 약자로 LDH가 사용되는 경우를 제외한 결과 실제 이중층수산화물(LDH)과 관련된 연구논문은 2002년 처음 KCI에 발표된 이후 2023년 1월까지 총 160편이 발표된 것으로 확인되었다.

이 160편의 논문에 대하여 KCI에 의한 학문분야별 분류 결과(Fig. 2A), 해당 논문들이 발표된 학문분야는 총 31개이며, 상위 5개 분야는 화학공학(71편), 화학(18편), 재료공학 및 환경공학(각각 9편), 그리고 물리학(7편) 순으로 나타나 화학 관련 학문분야에서 LDH 관련 연구가 가장 활발히 진행되어 온 것으로 확인되었다. 이를 다시 약 10년 단위로 분리하여 각각 나타낸 결과, 2002년부터 2012년까지 처음 10년 동안 발표된 논문수는 총 29편인데 반해, 2013년부터 2023년 1월까지 이후 10년동안 발표된 논문수는 총 131편으로 약 4.5배 더 높았으며, 최근 10년 동안 LDH 관련 연구가 급격히 증가하였음을 보여준다(Fig. 2B and 2C). 이러한 최근 10년동안의 폭발적인 증가추세는 총 66편의 논문이 발표된 화학공학 분야에서의 활발한 연구가 가장 큰 요인으로 지목되며, 이 외에 섬유공학, 미용, 지질학, 식품과학 등 파란색으로 표기된 다양하고 새로운 학문분야의 개척 또한 기여한 것으로 판단된다(Fig. 2C).

Figure 2. Classification of the papers with LDH by academic fields of KCI. (A) 2002~2023, (B) 2002~2012, (C) 2013~2023.

2.2. 응용 소재 분야별 분류

앞서 서론에서 언급하였듯이 LDH는 그 특수한 이화학적 특성 때문에 다양한 소재 분야에서 활발히 응용되고 있으므로 LDH에 대한 정확한 연구동향을 파악하기 위해서는 응용 소재분야에 대한 구체적인 정보를 얻는 것이 중요하다. 하지만 학문분야에 의한 분류는 해당 학문분야에서 LDH에 대한 관심도는 알 수 있지만 LDH가 구체적으로 어떤 소재에 응용되었는지는 파악하기가 어렵기 때문에 본 리뷰논문에서는 발표된 각 논문들의 연구 결과에 기반하여 실제 LDH가 응용된 특정 소재 분야로 재분류를 실시하였다.

그 결과, 31개 학문분야는 총 15개의 응용 소재별 연구분야로 재분류 되었으며, 이들 중 상위 5개 분야는 환경정화소재(60편), 고분자촉매소재(22편), 배터리소재(14편), 그리고 의약의학소재 및 기초 이화학특성(각각 13편)순으로 나타났다(Fig. 3A). 조사 결과를 종합하면, 국내에서는 환경정화소재, 고분자촉매, 배터리, 의약의학소재 등의 기능 개선을 위한 화학공학 및 화학 분야에서의 LDH 소재 응용 연구가 최근 10년새 매우 활발하게 진행되고 있음을 시사한다(Fig. 3D). 한편, Fig. 3C에 나타낸 최근 10년의 그래프에 파란색으로 표기된 화장품소재, 환경센서소재, 농업소재 분야는 그 시장잠재성과 전세계적인 고효율-친환경 트랜드에 걸맞는 떠오르는 연구분야로서 세계적으로 큰 관심을 받고 있는 분야이다(Baig and Sajid, 2017; Benício et al., 2015; Pillai et al., 2020). 이러한 응용분야들 중 특히, 오염된 자연환경의 효율적 정화를 위한 지질신소재 개발 및 성능개선 연구, 신재생에너지 생산 효율 증대를 위한 고분자촉매 개발 및 성능개선 연구, 그리고 인이나 질소를 흡착 제거한 환경정화 지질신소재를 비료로 재활용하는 농업소재로서의 연구는 자원재활용 및 신에너지 생산을 실현한다는 점에서 본 자원환경지질 저널이 지향하는 방향과도 관계가 매우 깊다. 하지만 환경정화소재나 고분자촉매소재 연구에 비해 최근 떠오르는 분야인 농업소재 및 화장품과 환경센서소재 분야들에 대한 국내 LDH의 응용은 아직 미비한 단계로 확인된다. 따라서 세계적인 연구 트랜드를 고려할 때, 향후 국내 연구자들의 많은 관심이 요구된다.

Figure 3. Classification of the papers with LDH by material application fields. (A) 2002~2023, (B) 2002~2012, (C) 2013~2023, (D) Trends in Top 5 Fields.

3. 응용 소재별 국내 LDH 연구 동향

3.1. 환경정화소재

LDH를 환경정화소재로서 응용한 연구논문은 총 60편으로서 가장 많다. 해당 연구들의 핵심내용과 LDH 구성정보(양이온/층간음이온), 합성법을 요약하여 Table 1에 정리하였고, 구체적인 LDH 합성 및 후속 추가공정의 세부 조건은 엑셀 보충자료(supplementary material)에 정리하였다. 대부분의 연구는 수질오염 저감제로서 유무기 오염물질 흡착제 연구가 주를 이루며, 그외 몇몇 대기오염 저감 촉매 또는 토양안정화제로서 응용되기도 하였다. 유기성 수질오염물질은 주로 양/음이온성 염료들이며, 무기성 수질오염물질은 P, As, Cr, Pb 등이고, 대기오염물질은 주로 CO2와 일부 SO2 등이 대상이 되고 있으며, 이러한 오염물질들은 주로 표면 흡착(inner-sphere complexes), 층간 음이온 교환(outer-sphere complexes) 및 광분해를 통해 제거된다(Fig. 4). 이러한 환경정화소재의 성능을 개선하기위한 LDH의 팔면체층 양이온은 주로 Mg와 Al 조합으로 되어 있으며, 이외에 종종 Fe, Ca, Zn이 이용되고 있다. 층간의 음이온은 주로 NO3, CO3, 및 Cl과 드물게 SO4가 이용되기도 한다. 이는 생태계와 환경에 직접적으로 적용될 수 있는 소재인만큼 친환경적 특성과 안전, 그리고 원료비용이 종합적으로 고려된 것으로 보이며, 해당 LDH 구성 조합으로도 높은 반응성과 오염저감 성과를 달성할 수 있음을 알 수 있다. 기본적으로 전통적 공침(co-precipitation) 방법을 통해 LDH 또는 LDH-복합체 물질을 제조하지만, 그 이상의 고성능 물질을 확보하기 위해 수열처리(hydrothermal treatment), 소성(calcination), 유기물에 의한 개질(organic modification) 등이 추가적인 공정으로 도입되고 있다. 특히, 이러한 방법을 통해 제조될 수 있는 LDH와 유기 또는 광물질과의 복합체는 기존의 LDH와 기질 각각이 가진 단점을 보완하면서 성능을 크게 개선시킬 수 있기 때문에 최근 활발히 연구되고 있는 분야이기도 하다(Jung et al., 2021; Lee et al. 2019a; 2019b). 이러한 연구들에서는 LDH복합체화 최적 조건 및 그에 따른 이화학적 특성변화와 형성기작을 규명하는 것을 목표로 하고 있으며, 최근까지도 다양한 LDH와 기질을 대상으로 연구가 진행되고 있다. LDH기반 고성능 친환경 환경정화소재 개발 연구는 접근이 쉽고 적용이 간편해 LDH 연구개발 초기부터 꾸준히 진행되어온 만큼 앞으로도 LDH 응용 분야를 선도할 것으로 전망된다.

Table 1 . Applications of LDHs as environmental purification materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체) 제조법참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH를 이용한 ReO4 as TcO4 surrogate, CrO4 흡착 제거)MgAlCO3co-precipitation, calcination(Kang et al., 2003)
수질오염 저감 처리법(LDH의 침전 및 그에 의한 NO3 흡착/환원 제거)Fe(II, III) (green rust)injection of Fe(II)-portland cement(Kang et al., 2005)
수질오염 저감 흡착제(P 흡착 제거)MgAlCl(Jung and Min, 2005)
수질오염 저감 흡착제(하수 내 P 흡착 제거)MgAlClco-precipitation(Song et al., 2006)
토양오염 저감 및 토질 개선(토양 내 LDH 거동 및 오염제거 특성 규명, 비료 활용가능성 제시)MgAlNO3co-precipitation(Choi et al., 2007)
수질오염 저감 흡착제(P 흡착 제거 및 탈착 특성 규명)MgAlCl, CO3(Jung, 2008)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH를 이용한 As(V)흡착 제거)MgAlNO3co-precipitation, calcination(Seo et al., 2008)
수질오염 저감 흡착제(As(V) 흡착 제거)MgFeClco-precipitation, hydrothermal treatment(Choi et al., 2009)
대기오염 저감 촉매(소성된 LDH를 이용한 SO2가스 제거)MgAlNO3co-precipitation, calcination(Kim et al., 2010)
수질오염 저감 흡착제(deoxyribonucleic acid의 선택 흡착)MgAlCO3, (NO3 from the used reagents)co-precipitation, hydrothermal treatment(Kim et al., 2011)
수질오염 저감 흡착제(As(V) 흡착 가능한 시멘트 페이스트 활용가능성 제시)CaAlSO4double boiling of 3CaO·Al2O3 and gypsum(Shim et al., 2012)
수질오염 저감 흡착제(소성 및 유기 개질된 LDH복합체에 의한 비드의 화학안정성 및 P 흡착 향상)MgAlNO3co-precipitation, calcination, organic modification(Han et al., 2012)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 LDH에 의한 (L,D)-phenylalanine 선택적 chiral 흡착 향상)ZnAlNO3replaced with carboxymethyl-α-cyclodextrin, carboxymethyl-β-cyclodextrin co-precipitation, organic modification(Liu and Meng, 2013)
수질오염 저감 촉매소재 물성개선(LDH복합체화에 따른 백금 나노입자의 안정적 형성 및 4-nitrophenol의 환원 및 독성 저감)MgAlCO3 replaced with NO3co-precipitation, solvothermal treatment, composite with Pt nanoparticle by in-situ chemical reduction(Na et al., 2013)
수질오염 저감 흡착제(I, Se(IV, VI) 흡착 제거)Fe(II, III)Cl, CO3co-precipitation(Min et al., 2013)
수질오염 저감 흡착제(As(III, V) 흡착 제거)MgFeCO3, (Cl)co-precipitation(Türk and Alp, 2014)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH에 의한 Cr(VI), P에 대한 경쟁흡착 특성 규명 및 복합오염물질 제거)MgAlCO3co-precipitation, calcination(Song and Wu, 2014)
수질오염 저감 흡착제(재생-재사용을 위한 P 흡탈착특성 규명)MgAlCl(Choi and Jung, 2014)
수질오염 저감 흡착제(P의 선택적 흡착 제거능 및 재사용성 개선)MgFeClco-precipitation, calcination(Sun et al., 2014)
수질오염 저감 흡착제(LDH-탄소나노튜브 복합체에 의한 유기염료 (AR14) 흡착 제거)NiCoAlClco-precipitation, composite with carbon nanotube-COO(Khodam et al., 2015)
수질오염 저감 흡착제(유기염료 (R, CR, AR1) 흡착 제거)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, hydrothermal treatment(Shan et al., 2015)
수질오염 저감 촉매소재 물성개선(소성된 LDH의 Ti/Al비율에 따른 가시광 광촉매에 의한 유기염료 (MB) 분해 조절)MgAlTiCO3, (NO3)co-precipitation, calcination(Hosni et al., 2015)
수질오염 저감 흡착제(BrO3 흡착/환원 제거)FeAlSO4, (CO3)ultrasound-assisted co-precipitation(Yang et al., 2015b)
수질오염 저감 흡착제(층간 유기-금속착물화에 의한 Pb 흡착 제거)MgAlCO3 replaced with tartrateco-precipitation, solvothermal treatment, organic modification(Shen et al., 2016)
수질오염 저감 흡착제(LDH-Al2O3 광물복합체에 의한 F 흡착 개선)MgAlNO3co-precipitation, hydrothermal treatment, composite with Al2O3(Zhang et al., 2016)
수질오염 저감 흡착제(층간 유기-금속착물화에 의한 Nd, Sr 흡착 제거)NiAlNO3 replaced with 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acidco-precipitation, organic modification(Kameda et al., 2016)
대기오염 저감 흡착제(LDH-탄소나노튜브 복합체에 의한 CO2가스 포획 성능 향상)MgAlNO3co-precipitation vs. electrostatic exfoliation self-assembly, solvothermal treatment, composite with carbon nanotube(Wang et al., 2016a)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 복합체에 의 한 As 흡착 제거)NiMnCO3, (NO3)co-precipitation, calcination, composite with biochar(Wang et al., 2016b)
수질오염 저감 흡착제(자성의 LDH-Fe3O4 광물복합체에 의한 유기염료(CR) 흡착 및 회수 재사용 개선)MgAlCO3, (SO4)co-precipitation, composite with Fe3O4(Lu et al., 2017)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 복합체에 의한 P 흡착 제거 개선)MgAl, MgFeClco-precipitation, composite with biochar(Wan et al., 2017)
수질오염 저감 흡착제(Cd 흡착능 비교: 탄소나노튜브>활성탄>LDH, pH크게 의존, 활성탄은 소화기와 피부세포에 독성)MgAlCO3(주)신원산업에서 구입(모델명: Hi-TALTM) solvothermal treatment(Kim et al., 2017b)
수질오염 저감 흡착제(Cr 흡착능 비교: 활성탄>탄소나노튜브>LDH, 산성 조건이 흡착 유리)MgAlCO3(주)신원산업에서 구입 (모델명: Hi-TALTM)(Jung and Kim, 2017)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 LDH에 의한 유기염료(AR-GR, DO-11, BY-2) 흡착 향상, 층간 유기물 배치 영향 규명)MgAlCl replaced with hexanesulfonate/nonanesulfonate/dodecanesulfonateco-precipitation, organic modification(Zhang et al., 2017a)
수질오염 저감 흡착제(Cl 흡착능 비교: Zn-LDH >Al-LDH, 최적 LDH 합성조건 및 최적흡착 pH, 흡착제주입량 규명)CaAl, MgAlNO3co-precipitation(Kim et al., 2017a)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질 및 소성된 다중금속 LDH복합체에 의한 광촉매 성능, 유기염료(RB) 분해능, 촉매 안정성 및 재사용성 향상)ZnCr(III)NO3 replaced with salen-Cuco-precipitation, calcination, organic modification(Meng et al., 2017)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH-제올라이트 광물복합체를 이용한 목질계 타르폐수 정화 성능 개선: 페놀 및 크레졸 흡착능 향상)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, calcination, composite with zeolite(Kim, 2017)
수질오염 저감 흡착제(소성된 다중금속 LDH에 의한 유기염료(MO) 흡착 제거 개선)(Co)CuAl, (Co)CuCr(III)CO3, (NO3)co-precipitation, calcination(Berner et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 LDH-바이오차 복합체에 의한 공극과 비표면적 특성 개선, 유기염료(MB) 흡착 및 UV하 광촉매 분해 성능, 재사용안정성 향상)solvothermal treatment, organic modification, composite with BiOCl/biochar(Zhang et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(LDH-Si기판 광물복합체에 의한 유기염료(ARG) 흡착 제거 및 최적 흡착 조건 규명)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, solvothermal treatment, composite with Sisubstrate(Wang et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(LDH복합체화에 의한 유기염료(MO) 광촉매 분해 향상)NiTiNO3, Clco-precipitation, solvothermal treatment, composite with graphite(g)-C3N4 substrate & SiO2 glass(Yazdani et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(소성된 Nd도핑된 LDH에 의한 빛 흡수 증가 등으로 유기염료(AR 14) 광촉매분해 향상)(Nd)CoAlco-precipitation, hydrothermal treatment(Khodam et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 복합체에 의한 F 흡착 및 재사용성 개선)MgAlNO3in situ growth by sol-gel method, solvothermal treatment, composite with biochar(Zhang et al., 2019)
수질오염 저감 흡착제(소성된 3성분금속 LDH-그래핀 복합체에 의한 유기염료(MO) 흡착 및 재사용성개선)MgCoAlNO3co-precipitation, calcination, composite with graphene(Kazeem et al., 2019)
수질오염 저감 환경촉매(유기 개질 및 소성된 LDH 복합체에 의한 항생제(tetracycline hydrochloride)의 광분해 촉매 성능 개선)MgAlNO3, citrateco-precipitation, solvothermal treatment, organic modification, calcination, composite with g-C3N4(Li et al., 2019)
수질오염 저감 처리법(폐수 내 LDH의 침전법을 통한 Cl의 제거, Ca:Al몰비율의 영향 규명)CaAlco-precipitation(Kim et al., 2019)
수질오염 저감 흡착제(소성된 3상의 LDH 광물복합체에 의한 유기염료(MO) 흡착 개선 및 평가)MgAlNi-BaFeNO3co-precipitation, calcination, composite with barium ferrite(Mu’azu et al., 2019)
수질오염 저감 환경촉매(LDH-WO3 광물복합체에 의한 초음파 촉매 오존화 공정 및 유기염료(AB9, AO7) 분해)CoFeCO3, (NO3)co-precipitation, hydrothermal treatment, composite with WO3(Khataee et al., 2020)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH/ g-C3N4 복합체에 의한 양/음이온성 유기염료 흡착 제거)NiCoNO3co-precipitation, calcination, composite with graphite(Kaur et al., 2021)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH의 이화학적 특성 변환 및 이에 따른 폐수 내 SO4 흡착 제거양상 규명)CaAl, MgAl, CaFeNO3co-precipitation, calcination(Park et al., 2021)
대기오염 저감 흡착제(알칼리금속질산염 포함 LDH-그래핀 산화물 복합체에 의한 CO2가스 포획, 장기 재사용능 향상)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, composite with graphene oxide and alkali metal nitrate(Yang et al., 2021)
수질오염 저감 흡착제(서로 다른 공침법(pH조건 변화)으로 합성된 LDH의 유기염료(CR) 제거 평가)ZnFeClco-precipitation(Mendil and Nasrallah, 2021)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 3성분금속 LDH에 의한 유기염료(EY, MG) 흡착 제거 및 흡착제 재사용 개선)NiCoAl, (CoAl, NiAl)NO3co-precipitation, solvothermal treatment, organic modification(Nazir et al., 2022)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH-바이오차 복합체에 의한 폐수 내 양/음이온성 복합 유기염료(CR, MB) 흡착 제거)MgAlCO3, (Cl)co-precipitation, solvothermal treatment, calcination, composite with biochar(Dat et al., 2022)
수질오염 저감 흡착제 및 처리법(LDH의 투수성반응벽체(PRB) 매질 활용 및 As, Cr 복합오염 정화 최적 운영조건 도출, 동전기법과의 시너지효과)CaAl, CaFein situ growth by sol-gel method, solvothermal treatment, composite with biochar(Xu et al., 2022)
수질오염 저감 환경촉매(3성분금속 LDH-탄소나노튜브 복합체에 의한 Cr(VI)의 광촉매 환원 제거)MgAlCO3, (NO3)in situ growth seeding method, hydrothermal treatment composite with CuPd/carbon nanotube by in-situ chemical reduction(Sun and Park, 2022)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 탄소나노튜브 복합체에 의한 유기염료 (RB5) 흡착 개선)NiZnFeNO3co-precipitation, composite with biochar and carbon nanotube(Amin et al., 2022)
토양오염/수질오염 저감 흡착제(입상 LDH에 의한 수체 내 As(V) 흡착 및 토양안정화 가능성 제시)MgFeSO4co-precipitation, bead-type LDH using starch(Kim et al., 2022)
수질오염 저감 흡착제 및 처리법(유기 개질된 LDH-나노 금입자 복합체를 이용한 sono-sorption 방법에 의한 유기염료(CR) 흡착)NiFeNO3, Clco-precipitation, solvothermal treatment, organic modification composite with Au nanoparticle by UV–vis irradiation(Najafi et al., 2022)

Figure 4. Schematic illustration of removal mechanisms of contaminants by LDH-composites through (A) interlayer anion exchange of As(V) and (B) photocatalytic-degradation of organic pollutants (modified from Lee et al., 2019b; Yazdani et al., 2018).

3.2. 고분자촉매소재

LDH를 고분자촉매소재로서 응용한 연구논문 총 22편의 핵심내용과 LDH 구성정보, 합성법은 Table 2에 나타내었다. 환경정화소재에서는 LDH가 광촉매로서 오염물질을 분해 및 전환하는 용도로 활용되었다면, 이 고분자촉매소재 분야에서는 주로 신재생에너지 전환 및 생산의 용도(예, CO2의 알코올 전환, 물 전기분해를 통한 H2생산)로 LDH가 활용되고 있다(Fig. 5). 친환경적 특징과 비용적인 부분이 고려되는 환경정화소재가 주로 Mg, Ca, Fe, Al 등으로 구성된 LDH를 활용했다면, 고분자촉매소재들은 그보다는 비싸고 독성이 우려되지만 반면에 전자이동을 통한 촉매반응성을 크게 높여줄 수 있는 전이금속들인 Zn, Co, Ni, Cu, Mn 등을 적극적으로 함께 활용하고 있다. 또한, LDH의 잘 분산된 구조 위에 금, 은 또는 백금 입자를 코팅하거나, 소성 또는 유기물 개질을 통해 LDH 단일결정화(또는 박리) 및 균질한 구조와 공극, 넓은 비표면적을 확보하는 기술들이 도입되고 있다. 이러한 방법들은 모두 촉매의 활성도와 안정성을 높이는 방법으로서 최근 활발히 적용되고 있는 기술들이다. 신재생에너지 정책의 일환으로서 수소의 확보 및 탄소 저감에 직접적으로 기여할 수 있는 본 기술들은 매우 전도 유망하며 그 성과도 많이 보고되고 있지만 앞으로의 과제는 효율적인 소재합성 경로의 개척과 실제 가스촉매전환에의 적용 및 실증화 단계가 될 것으로 전망된다.

Table 2 . Applications of LDHs as polymer catalyst materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체) 제조법참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 LDH 기반 광촉매에 의한 태양광에너지 변환 향상)ZnAlNO3 replaced with metal-organic complexesco-precipitation organic modification(Ryu et al., 2003)
기초연구_촉매성능 개선(WCo-LDH 복합체 다중벽 탄소나노튜브 제조 및 촉매금속 분산을 위한 W/Co 최적 구성비 규명)CoMgAlNO3 replaced with WO4co-precipitation calcination composite with acetylene and carbon nanotube by catalytic chemical vapor deposition(Lan et al., 2014)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 Mn코팅된 LDH복합체에 의한 촉매 안정성, 재사용성 및 ethylbenzen 무용매 산화 개선)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation organic modification Mn coating(Yang et al., 2015a)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH-나노금입자 복합체에 의한 전기촉매 특성 개선 및 glucose 산화 반응 향상)MgAlCO3 replaced with NO3co-precipitation solvothermal treatment, composite with Au nanoparticle by in-situ chemical reduction(Cho et al., 2016)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 LDH 에 의한 다공성구조, 열안정성, 기체전환 촉매성능 향상 및 소결 방지, 탄소증착 방지능 개선)NiCoAlCO3, (NO3)co-precipitation, calcination & reduction(Liu et al., 2016)
기초연구_고성능 촉매소재 제조법 개발(환원-소성을 통한 박리된 LDH 표면 치밀 균질한 백금 나노입자 형성조건 규명)MgAlCO3 replaced with NO3co-precipitation, hydrothermal treatmentexfoliation by formamide in-situ chemical reduction of K2PtCl6(Yu et al., 2017)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 LDH 복합체에 의한 다공성구조화 및 알코올 전환과 수소화 효율 향상)CuAlCO3, (NO3)co-precipitation, exfoliation by organicmicrowave irradiation, calcination(Prakruthi et al., 2018)
기초연구_촉매성능 개선(유기 개질된 LDH복합체에 의한 다중벽 탄소나노튜브의 균질한 분산, 안정성, 반응성폴리머(EVA) 촉매의 기계적, 열적, 전기전도도 특성 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with Ethylene-co-vinyl acetate (EVA)co-precipitation composite with carbon nanotube by simple grinding organic modification(Bhuyan et al., 2018)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH 탄소-TiO2 광물 복합체에 의한 촉매물질의 균질한 3D 분산 및 광전기화학적 물 전기분해 수소발생반응(HER) 촉매 향상)NiMnNO3 replaced with acetate, hexamethylenetetramineco-precipitation solvothermal treatment, organic modification composite with TiO2/amorphous carbon layer(Zhao and Jung, 2018)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 LDH에 의한 Pd촉매 활성도 향상 및 바이오매스(vanillin)의 탈산소 및 가수소분해 증가, 바이오연료 전환 효율 개선CoAlNO3co-precipitation solvothermal treatment, organic modification(Liao et al., 2018)
(리뷰논문) 신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH를 촉매로 활용한 CO2의 흡착과 수소화 및 메탄올 전환 기술 동향, 최첨단 촉매 소개)Cu/Zn/Ar/Zr (다양한 구성)(Fang et al., 2021)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 LDHNi 복합체에 의한 물 전기분해 산소발생반응 (OER) 촉매 향상, 열처리 효과 규명)NiCoNO3In situ growth of LDH on nickel foam in Co2+ solution hydrothermal treatment, calcination(Lee et al., 2021b)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(3D 구조 LDH-Ni 복합체에 의한 전기촉매 활성화, 물의 산화 및 산소발생반응 향상)(Te)NiCoNO3In situ growth of LDH on nickel foam in Co2+ solution hydrothermal treatment,(Lee et al., 2021a)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 다중성분 LDH에 의한 코킹방지(anti-coking), 열안정성, 다공성구조 및 메탄의 수소 전환(reforming for H2) 향상)(Sm)NiMgAlNO3co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, freeze-drying(Taherian et al., 2021)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 유기개질 및 인(P) 코팅된 3성분금속 LDH복합체를 이용한 물 전기분해 및 수소/산소발생반응 촉매 향상)CoMnNO3co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, calcination with P composite with Cu(OH)2/CF and P coating(Wang et al., 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 유기개질 황(S) 포함 LDH를 이용한 해수전기분해 및 산화, 산소발생반응 촉매, 염소 부식방지 및 안정성 향상)NiFeSO4co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, calcination with S composite with carbon cloth(Jung and Han, 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH-Cu2O 광물복합체에 의한 촉매 비표면적 개선, Cu2O 응집방지, 수소발생반응 광촉매 향상)NiCoClco-precipitation hydrothermal treatment, composite with Cu2O by electrostatic self-assembely(Fan et al., 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(환원된 Ni나노촉매 및 LDH-Al 복합체에 의한 CO2 메탄화, 촉매 구조 안정성 개선)NiAlNO3In situ growth of LDH on nickel foam in Ni2+ solution hydrothermal treatment, calcination – reduction with H2 composite with Al particles(Lee et al., 2022a)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(3성분금속 LDH-Ni 복합체를 이용한 물 전기분해 및 수소/산소발생반응 촉매 향상)NiCoAl, ZnFeAlNO3co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, calcination, composite with Ni foam(Hou et al., 2022)
(리뷰논문) 신재생에너지 촉매소재로서 LDH의 구조적 특성 및 산소환원/산소발생반응 촉매 활용성 고찰(Ye et al., 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH를 이용한 물 전기분해 및 산소발생반응(OER) 촉매 성능 향상 및 영향인자 규명)CoFeCO3, (NO3)co-precipitation(Lee and Park, 2022)

Figure 5. Photocatalytic mechanism of gas conversion photo-catalytic system for efficient hydrogen evolution reaction (HER) using LDH (modified from Fan et al., 2022; Thomassen et al., 2022).

3.3. 배터리소재

LDH를 배터리소재로서 응용한 연구논문 총 14편의 핵심내용과 LDH 구성정보, 합성법은 Table 3에 나타내었다. 배터리는 양극과 음극의 전위차가 안정적으로 유지되면서 전자이동이 활발하게 발생되는 시스템을 선호한다. 때문에 LDH 구성 양이온은 환경촉매소재와 유사하게 Ni, Co, Zn, Mn과 같은 전이금속이 많이 활용되며, 뿐만아니라 전극의 기판으로서 사용되는 Ni이나 Al foam과의 LDH복합체화가 다양하게 연구되고 있다. 복합체 과정에서 전자의 이동을 더 활발하게 유도하고 또한 금, 은 또는 백금과 같은 촉매 입자의 분포를 더 균질하고 넓게 분산시키기 위해 탄소기반물질(예, 탄소나노튜브, 그래핀) 등이 적극적으로 함께 활용되고 있다. 많은 연구들의 목적은 LDH를 활용하여 전극 표면에 촉매입자를 더 안정하게, 더 많이, 더 고르게 부착시키는 것이며, 여기에서 LDH 물질은 다중 금속 성분을 보유한 매우 규칙적인 3D 나노구조를 가진 반응성 물질로서 전자이동 반응을 촉진시키고 전기전도성과 전기용량 증가에 기여한다. 유기물의 층간 삽입을 통해 LDH 결정을 박리시켜 전극 표면에 박리된 LDH 결정을 정전기적 인력을 통해 부착시키는 방법도 활발히 연구되고 있다. 또한, 배터리소재에서는 전극과 반응성 촉매소재와의 복합체화가 무엇보다도 중요한만큼 전통적 공침외에 이를 가능케하는 적절한 후속 공정(예, 열수처리, 소성, 마이크로파조사, 압밀, 유기개질 후 화학적 산화-환원)의 적용 또한 중요한 요소로 간주되고 있다. 최근 탄소저감을 위한 고효율 전기가전 및 전기차의 수요가 꾸준히 늘고 있는 반면, 핵심광물의 가격은 여러 이유로 인해 치솟고 있는 추세가 계속되고 있다. 따라서 배터리분야 핵심광물(예, Co, Ni, Cu, Mn)의 대체제를 통한 저비용 고성능 배터리의 제조 연구가 많은 관심을 받을 것으로 전망된다.

Table 3 . Applications of LDHs as battery materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체) 제조법참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
전극소재 물성개선(LDH-Ni복합체에 의한 소재구조 및 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 전도성 등)(ZnCo)NiAlCO3co-precipitation composite with Ni powder by pressing(Zhen et al., 2004)
전극소재 물성개선(LDH에 층간삽입된 반응성이온에 의한 소재 구조 및 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 전도성 등)NiVO4, (SO4)co-precipitation and transformation to LDH(Park et al., 2013)
전극소재 물성개선(LDH-그래핀 복합체에 의한 소재구조 및 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 전도성 등)NiAlClco-precipitation composite with graphene(Kim and Kim, 2015)
(리뷰논문) 유망 Al-air 배터리소재로서 전기화학적 특성 개선을 위한 LDH기반 이중 기능 촉매의 역할NiFehydrothermal treatment(Mokhtar et al., 2015)
전극소재 물성개선(유기 개질된 LDH에 의한 소재 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 저항, 수명 등)NiCoCO3, propylenco-precipitation one-pot microwave irradiation composite with graphene oxide(Kim et al., 2016)
전극소재 물성개성(유기 개질된 Ag 도핑된 LDH에 의한 3D 꽃 형상의 계층적 구조, 고용량, 전기전도도, 사이클링 향상, 슈퍼커패시터 소재화)(Ag)NiCoNO3co-precipitation organic modification solvothermal treatment(Lv et al., 2016)
전극소재 물성개선(유기 개질된 LDH 나노폼의 바인더 없는 상호연결에 의한 넓은 비표면적, 낮은 저항, 전해질 분산, 고전력 및 에너지밀도 향상)NiCoClco-precipitation organic modification solvothermal treatment(Patel et al., 2017)
친환경 나노발전소재(유기 개질된 Ag함유 LDHAZO 복합체에 의한 출력전압 및 전류밀도 향상, 출력 성능 개선, 자체전력 구동 생의학적 응용 가능)ZnAlco-precipitation composite with AZO/Ag/AZO multilayers organic modification by spin-coating of poly vinyl fluoride(Nguyen et al., 2018)
전극소재 물성개선(전착법에 의한 전극표면 LDH 코팅으로 소재 구조 및 전기화학적 특성 개선, 결정성장기작, 형상적 특성, 전기화학적 특성에 미치는 음이온첨가제 효과 규명)Ni(NO3 replaced with hexamethylenetetramine)organic modification composite with Ni foam by electrodeposition(Kim et al., 2019a)
전극소재 물성개성 (유기 개질된 LDH-Ni 복합체에 의한 전기화학성 및 안정성 개선, 초박형 LDH 육각결정의 상호연결에 의한 전해질 침투, 사이클링 안정성 향상, 슈퍼커패시터 소재화)ZnCoNO3, acetateco-precipitation organic modification solvothermal treatment composite with Ni foam(Pawar et al., 2019)
전극소재 물성개선(전기화학성 및 안정성 개선(LDH복합체화에 의한 전극 표면구조 개선-전해질 분산 및 활성이온 확산 증가, 반응자리 증가)NiMnClco-precipitation hydrothermal treatment composite with graphene oxide/Ni foam(Tang et al., 2020)
(리뷰논문) 차세대 수계 이차전지용 소재 연구동향(리튬이온전지 열화기작 해결방안으로서 수계이차전지에 LDH 소재 활용의 장점)Ni/Co/Al/Ti (다양한 구성)NO3, SO4, Cl, acetate (다양한 구성)composite with mainly Ni foam(Lee and Lee, 2021)
전극소재 물성개선(다중금속 LDH-graphite 복합체에 의한 소재구조 및 전기화학적 사이클링 안정성, 전기용량, 초고속 에너지저장능 향상)NiCoAlSO4co-precipitation solvothermal treatment composite with CuZn/graphite(Polat and Atun, 2021)
기초연구_Sb/LDH 복합체에 의한 고결정성 나노입자 형성 및 이화학 특성 규명(알킬리간드 부재상태 및 금속특이성으로 전극소재로 활용 가능)ZnCr(III)composite with β-Sb by solution-phase chemical reduction(Ahn et al., 2022)


3.4. 의약의학소재

LDH를 의약의학소재로서 응용한 연구논문 총 13편의 핵심내용과 LDH 구성정보, 합성법은 Table 4에 나타내었다. LDH는 다양한 의학 분야에서 응용될 수 있지만 전통적으로 의약소재로서 대부분 의약전달체의 임무를 수행하는데 LDH 구조 층간에 음이온 교환반응을 통해 의약성분인 특정 유기분자들을 저장하고 안전하게 체내로 운반하여 적절한 환경에서 의약성분을 배출하려는 목적에서 사용된다. 따라서 환경정화소재와 더불어 LDH의 특징적인 층간 구조 특성을 잘 이용하는 사례이다. 이러한 연구는 전세계적으로 2000년대 초반부터 활발히 진행성과 전기침전(또는 전착법, electrodeposition) 등이 함께 적용되고 있다. 무엇보다도 의약성분을 LDH 층간에 효율적으로 삽입하는 것이 가장 중요한 이슈인 만큼 LDH의 층간 음이온 교환 특성에 관한 연구가 주를 이루고있다. 한편, 최근 들어 의료서비스의 질을 높이기 위해 LDH 기반 의료물질을 체내 전달하려는 의학적 목적의 시도들이 보고되고 있다. 예를 들면, CT나 MRI의 조영제를 효과적으로 투입하거나 암세포의 진단이 가능한 물질을 투입하는 것인데, 이러한 바이오이미징센서로서 LDH의 활용이 요즘 더 활발한 연구분야로서 큰 관심을 받고 있는 것으로 파악된다(Fig. 7B). 또한, DNA를 LDH기반 물질에 안정적으로 저장한 뒤 이를 적절히 스캔하여 정보를 얻는 DNA 기반 정보융합 나노하이브리드(infohybrid) 코드 시스템이 선보여지고 있는데(Fig. 7C), 이러한 기술은 빅데이터-인공지능 시대에 발맞추어 향후 떠오르는 소재 응용 분야로서 크게 주목된다.

Table 4 . Applications of LDHs as pharmaceutical/medicinal materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 LDH에 의한 의약성분 흡수 촉진 및 항암 효과 향상)methotrexate(Jeong et al., 2004)
기초연구_LDH 층간 음이온교환 특성 규명 (층간 잔존 CO3에 의한 의약성분 전달 방해 효과 규명)MgAlNO3/CO3 with different ratiosco-precipitation(Chakraborty et al., 2012)
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 LDHAl 복합체 층간 삽입(캡슐화)에 의한 의약성분의 효과적 저장 및 전달)NiAlNO3 replaced with glucose oxidase, Lascorbic acid, dodecylsulfateco-precipitation composite with anodic alumina/aluminum substrate organic encapsulation of medicinal molecules by LDH(Zhao et al., 2013)
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH를 이용한 참당귀꽃 추출물 항산화 성분의 나노분말화 및 취급저장성 개선)MgAlCO3, (NO3), replaced with 참당귀꽃 추출물co-precipitation hydrothermal treatment calcination organic encapsulation(Kim et al., 2015)
의약전달소재 물성개선유기 개질 및 (LDH 복합체에 의한 항산화제(ferulic acid)의 캡슐화 저장 및 배출 특성 개선)ZnAlCO3 replaced with biopolymers (agarose, gelatin, etc.)co-precipitation assisted by electrodeposition organic encapsulation composite with ceramic kit and biopolymers(Gwak et al., 2016)
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 LDHSi 복합체에 의한 진통제(Ibuprofen) 및 항생제(ciprofloxacin)의 저장 및 전달 개선, 최적 활성 pH 규명)MgAlCl replaced with cetyltrimethylammonium and tetraethyl orthosilicateco-precipitation hydrothermal treatment calcination organic encapsulation composite with amino modified silica(Barnabas et al., 2017)
의약전달소재 물성개선(LDH복합체화에 의한 의약성분(alendronate)의 전달체계 개선, 골형성(osteogenic) 증식 및 분화 강화)(Piao et al., 2019)
(리뷰논문) 정보융합 나노하이브리드 소재: DNA 기반 정보융합 나노하이브리드 코드 시스템에서의 LDH 활용기술 및 전망 논의Mg/ZnFe/Al (다양한 구성)(Jin and Park, 2019)
(리뷰논문) 바이오이미징센서 소재: LDH 나노입자 기반 바이오이미징 시스템 기술 동향, 최적 나노소재 구조 및 합성법, 개발 잠재성 전망 논의MgAl 외 (다양한 조영제 Cd, Mn 도핑가능)Gd-diethylenetriamine pentaacetic acid, fluorescein-5-isothiocyanate 등surface coating by bovine serum albumin, etc.(Jin et al., 2019)
(리뷰논문) 의약전달소재 물성개선(치료용 의약성분의 효과적 전달을 위한 LDH의 활용: 합성 전략, 구조 특성과 기능성, 다양한 하이브리드 시스템 논의)MnFe 등 (다양한 구성)NO3, Cl, CO3 replaced with theraphic biomolecules(Jin et al., 2020)
바이오이미징소재 물성개선(LDH를 활용한 pH의존 암세포 검출(CT/MRI) 조영제의 나노입자 전달 시스템 개선 및 검출 성능 향상)MgGa(III)NO3 replaced with gelatin or chitosan/Gd3+/RM complexesco-precipitation organic encapsulation(Yun et al., 2021)
의약전달소재 물성개선(박리된 단층 LDH를 이용한 항암제(chlorin e6)의 효과적 전달작용 및 종양세포 제거 향상)MgAlreplaced with DL-lactic acid, L-lactateco-precipitation exfoliation organic encapsulation (chlorin e6)(Jo et al., 2022)
(리뷰논문) LDH의 구조적 특성 및 핵의학분야에서의 생체적합 치료제 또는 진단제로서의 응용 가능성 고찰(Eom et al., 2022)


3.5. 분리막소재

LDH를 분리막소재로서 응용한 연구논문 총 9편의 핵심내용과 LDH 구성정보, 합성법은 Table 5에 나타내었다. 분리막은 크게 액체분리막과 기체분리막으로 구분된다. 기체분리막은 화학적 반응보다는 입자크기와 공극을 조절하여 서로 다른 기체(예, H2, N2, O2 외 기타 메탄 등)의 투과 특성 차이에 의해 가스들을 서로 분리하는 연구들이 진행되었는데 2010년부터 2014년까지 초반에 논문이 발표된데 반해 최근에는 연구결과를 보고한 사례가 없다. 반면에 액체분리막은 2016년부터 2020년까지 관련 논문이 발표된 것으로 보아, 최근 활발하게 연구를 하는 막소재 분야는 액체분리막으로 판단된다. 하지만 두 소재 모두 표면의 거칠기와 공극, 친수성 특성등을 조절하여 기체 및 액체를 분리 정화하는 연구인 만큼 잘 분산된 LDH를 활용한 막표면 형상제어, 표면오염의 방지에 중점을 두고 있는 것으로 보인다. 이미 잘 알려진 분야인만큼 공정효율의 향상 및 새로운 물질의 분리 등에 관심을 가지고 연구가 진행될 것으로 전망된다.

Table 5 . Applications of LDHs as membrane materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
기체분리막소재 물성개선(유기 개질된 LDH 복합체에 의한 O2, CO2 기체투과 및 기계적 특성 조절, 가스분리능 향상)CoAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation - exfoliation by intercalation of ethylene vinyl acetate(Kang and Lee, 2010)
기체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH-PTMSP 복합체에 의한 H2, N2, CO2 기체투과 및 열적 특성 조절, 가스분리능 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation, calcination – exfoliation, organic modification with poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) (PTMSP)(Jeong and Hong, 2012)
기체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH-PTMSP 복합체에 의한 O2, CO2 기체투과, 기계적 및 열적 특성 조절, 가스분리능 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation, calcination – exfoliation, organic modification with PTMSP(Hwang et al., 2013)
기체분리막소재 물성개선(CO3가 기 함침된 소성 LDH에 의한 CO2 흡수 제거 개선, 최적 온도와 LDH:Na2CO3비율 규명)MgAlreplaced with CO3calcination(Min et al., 2014)
기체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH-PTMSP 복합체 내 LDH함량에 따른 H2, N2, CH4, C3H8, n-C4-H10 기체투과 특성 규명 및 가스분리능 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation, calcination – exfoliation, organic modification with PTMSP(Jeong and Lee, 2014)
액체분리막소재 물성개선(유기 개질된 LDH에 의한 막소재 친수성, 수투과도, 표면오염방지능(antifouling ability) 향상)ZnAlNO3 (replaced with N,Ndimethylacetamide)co-precipitation, organic modification composite with poly(vinylidene fluoride) powder(Zhao et al., 2016)
액체분리막소재 물성개선(LDH 복합체에 의한 막소재 친수성, 수투과도, 표면오염방지능 향상)MgAlCO3, (Cl)co-precipitation, hydrothermal treatment composite with PVDF(Arefi-Oskoui et al., 2016)
액체분리막소재 물성개선(소성된 LDHAl2O3 복합체에 의한 막 표면의 거칠기와 자유에너지 감소, 수투과도 및 안정도 증가)CoAlNO3In situ growth by seeding method hydrothermal treatment composite with Al2O3 tube calcination(Huang et al., 2020)
액체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 LDH-복합체화에 의한 막 표면 친수성 증가(표면접촉각 감소), 수투과도 및 염제거능 향상)CuAlCO3, (NO3), (replaced with trimesoyl chloride)co-precipitation, organic modification composite with layered polyamide/polysulfone ultrafiltration substrate(Tajuddin et al., 2022)


3.6. 광학안료소재

LDH를 광학안료소재로서 응용한 연구논문 총 8편의 핵심내용과 LDH 구성정보, 합성법은 Table 6에 나타내었다. 광학안료 또한 주로 LDH 층간에 삽입된 유/무기분자의 광학적 특성에 의해 조절될 수 있으므로 양이온층은 상대적으로 구성이 단조롭다(주로 MgAl). 따라서 층간 음이온 교환을 통해 광활성화 물질을 효과적으로 삽입하는 기술이 개발되고 있다. 이때, LDH의 팔면체에 의하여 삽입된 유기분자가 보호받을 수 있으므로 빛뿐만 아니라 열적 안정성 또한 함께 개선될 수 있어 LDH 층의 시트에 의해 유기분자를 효과적으로 저장하는 기술들이 연구되고 있다. 따라서 환경정화소재 및 의약소재와 마찬가지로 음이온 교환반응에 의한 LDH의 광학적 특성변화 연구가 현재까지 꾸준히 수행되고 있는 추세이다.

Table 6 . Applications of LDHs as optical/pigment materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
광학소재 물성개선(압력에 따른 samarium ion complex가 층간 삽입된 LDH의 형광(photo-luminescent) 특성 규명 및 조절)MgAlreplaced with samarium ion complex(Park, 2004)
광학소재 물성개선(압력과 층간음이온 배치에 따른 coumarin-3-carboxylate가 층간 삽입된 LDH의 UV흡수 및 형광특성 규명 및 조절)ZnAlNO3 replaced with coumarin-3-carboxylic anionsorganic modification (mainly intercalation)(Park and Kim, 2005)
광학소재 물성개선(LDH 복합체에 층간 삽입된 유기변성제에 의한 소재 광학적/열적 특성 규명 및 조절)ZnAlNO3 replaced with stearic and oleic acidsco-precipitation organic modification composite with SAN (atyrene-ccrylonitrile) resin(Kim, 2012)
광학소재 물성개선(순환식 동결-해동법으로 제조된 LDH에 층간 삽입된 유기변성제에 의한 소재 광학적/열적 특성 규명 및 조절)MgAlCl (replaced with poly vinyl alcohol)co-precipitation cyclic freezing and thawing organic modification(Huang et al., 2012)
기초연구_LDH 층간 음이온교환 특성 규명(DOTA ligand 삽입에 따른 구조 및 광학적 특성 변화, 광전자장치 활용가능성 제시)MgAlCO3 replaced with Gd(III) and DOTA ligandco-precipitation solvothermal treatment composite with Si-wafer organic modification(Lee and Jung, 2013)
광학소재 물성개선(소성된 Tb 함유 LDH의 상전이를 통한 녹색 형광물질 제조 및 LED용 소재개발 가능성 제시)(Tb)CaAlco-precipitation calcination(Yufeng et al., 2017)
광학소재 물성개선(유기 개질된 LDH복합체에 의한 구조적 개선(주기적 장거리 정렬) 및 Eu/β-cyclodextrin의 층간 삽입에 의한 적색 형광 향상)MgAlCO3 replaced with NO3, then Eu/β-cyclodextrinco-precipitation exfoliation by formamide organic modification composite with SiO2 glass(Zhang et al., 2017b)
안료소재 물성개선(LDH와 1,2-dihydroxyanthraquinone간 강한 결합에 의한 발색단(chromophore)의 용매저항성 및 광안정성 향상)MgAlreplaced with 1,2-dihydroxyanthraquinoneintercalation of alizarin pigment composite with ethylenenorbornene using two roll mixing mill and pressing(Marzec et al., 2019)


3.7. 항균 및 코팅소재

LDH를 항균소재와 코팅소재로서 응용한 연구논문은 각각 5편과 3편으로서 많은 연구가 진행되지는 않았지만 이들중 6편이 최근 2년 사이에 발표된 만큼 요즘 많은 관심을 받고 있는 분야이기도 하다(Table 7). LDH를 이용한 항균소재의 제조 원리는 항바이러스성 의약성분을 LDH에 층간삽입하여 항균 성능을 보유하거나 또는 LDH 표면에 유기분해 촉매 성능이 뛰어난 원소를 도핑한 뒤(예, Cu, V) 이렇게 개질된 LDH를 이용하여 유해 박테리아를 표면에 흡착 제거하는 방식이다(Fig. 8A). 코팅소재에 활용되는 LDH의 경우, 기본적인 코팅 방호벽으로서 Cl 이온의 흡착되는 것을 차단하는 것 외에도, 다공성 3차원 구조적 장점을 통해 내부식성이 강하며 자가치료능이 있는 Zn-film이나 Mg합금을 적절히 분산시켜 기판의 표면이 손상될 시 효율적으로 복원하도록 돕는 역할을 한다(Fig. 8B). 최근 코로나19와 같은 전염병 이후 접촉을 최소화하고 살균력을 갖춘 항균소재와 코팅소재의 관심이 급격히 높아지고 있는 추세이다. 따라서 이 두 분야는 향후 유망한 LDH 소재응용 분야가 될 것으로 판단된다.

Table 7 . Applications of LDHs as antibacterial and coating materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
Antibacterial materials
항균소재(유해 박테리아/바이러스(E. coli ATCC 11105) 흡착 제거능 평가, LDH가 철산화물보다는 낮은 제거능)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation(Park et al., 2010)
항균소재(소성된 LDH를 이용한 유해 박테리아/바이러스(박테리오파지 T7) 흡착 제거 향상MgFeCO3, (NO3)co-precipitation calcination(Park et al., 2011)
(리뷰논문) LDH 화학적 개질을 통한 소재 기체차단성, 항균성, 흡착성 향상: 식품포장재 및 환경소재로서 활용성 논의)MgCaFeAl (다양한 구성)(Kim and Oh, 2016)
항균소재 물성개선(이중기능 LDH에 의한 모방 나노효소의 표면반응자리와 접촉면적 증가, 항균 촉매성능 향상)CoV(III)Clco-precipitation solvothermal treatment calcination – phase transformation(Chen et al., 2022)
항균소재 물성개선(항균제(pyrithione) 층간삽입된 LDH-Al 복합체에 의한 소재 내부식성 및 생물오염방지 (antibiofouling) 향상, 금속코팅소재 활용 가능성 제시)CoAlNO3 replaced with pyrithionein situ growth by seeding method hydrothermal treatment composite with Al-substrate organic modification(Jian et al., 2022)
Coating materials
금속코팅소재 물성개선(유기 개질된 LDH 코팅에 의한 Al기판의 내부식성 향상, 발암성 6가크롬 코팅 대체제 가능성 제시)ZnAlNO3 replaced with hexamethylenetetramineco-precipitation by Al seeding solvothermal treatment composite with AA2024-T3 (Albase) substrate organic modification with diethyldithiocarbamate(Mohamma di et al., 2021)
금속코팅소재 물성개선(LDH 코팅에 의한 금속(AZ31 Mg합금) 내부식성, 자가치료능 향상 및 최적 조건 규명)MgAlNO3co-precipitation by Mg seeding hydrothermal treatment composite with AZ31 (Mg alloy) substrate by steam coating(Hasanbeigi et al., 2021)
금속코팅소재 물성개선(유기 개질된 LDH 코팅에 의한 금속(AZ31 Mg합금) 초소수성, 장기안정성 내부식성 향상)CO3, (NO3) replaced with laurate and dodecylsulfate (surfactants)co-precipitation by Al seeding solvothermal treatment composite with AA2024-T3 (Albase) substrate organic modification with laurate and dodecylbenzene sulfonate(Huang et al., 2021)


3.8. 건축/환경, 내열 및 섬유소재

LDH를 건축/환경소재, 내열소재, 그리고 섬유소재로서 응용한 연구논문은 각각 2편, 2편, 1편으로서 가장 적은 축에 속하지만 논문이 발표된 연도에서 확인할 수 있듯이 최근에도 관심을 받고 있는 주제임을 알 수 있다(Table 8). 건축소재 같은 경우는 LDH의 층간에 Cl 이온을 흡착하여 염소이온에 의한 콘크리트의 열화 및 내부 식성을 방지하는 원리로 사용된다. LDH의 적용은 또한 균열이 발생한 콘크리트의 자가치유에 기여할 수도 있다. 한편, LDH는 수산화물로서 표면에 ―OH 반응기가 많기 때문에 열에 대한 내성이 강하다. 따라서 난연성 유기물로 개질된 LDH의 활용은 건축 및 방열소재의 난연특성을 향상시켜줄 수 있다. 섬유소재로서 LDH의 활용은 강화 수지의 제조에 LDH가 충진재로 사용되어 기계적 물성과 내손상성을 높여주는 방식이 보고된다. 세 분야 모두 LDH의 구조적 특성을 잘 활용하여 고성능 소재 제조가 가능한 만큼 앞으로도 꾸준히 해당분야에서의 연구가 진행될 전망이 있다고 판단된다.

Table 8 . Applications of LDHs as building/environmental, flame retardant, and textile materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
Building/environmental materials
시멘트소재 물성개선(LDH를 이용한 수용액 내 Cl 이온 흡착고정화를 통한 콘크리트 열화 및 내부식성 방지, Cl에 의한 수질오염 저감에도 응용 가능)MgAl, CaAlNO3co-precipitation(Lee et al., 2016)
시멘트소재 물성개선(LDH 첨가에 따른 모르타르 내 Cl이온 침투 저항성 및 균열 시멘트의 자기치유 특성 개선)MgAlco-precipitation calcination 포틀란드시멘트:자기치유물질:LDH(시멘트 기준 배합비 90:5:5)(Yoo and Jang, 2022)
Flame retardant materials
내열소재 물성개선(난연성 유기변성제 층간 삽입된 LDH에 의한 소재 열적(난연성) 및 기계적 특성 향상)ZnAlNO3 replaced with oleateco-precipitation composite with ABS-resin compound(Kim, 2008)
내열소재 물성개선(난연성 유기변성제 층간 삽입된 LDH에 의한 소재 열적 및 기계적 특성 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with poly(methyl methacrylate)co-precipitation hydrothermal treatment exfoliation by formamide organic modification electrospinning(Ma and Wang, 2022)
Textile materials
섬유소재 물성개선(LDH복합체 충진재에 의한 glass-reinforced aluminum laminate 수지의 기계적 물성 및 내손상성 개선)blending LDH and multiwalled carbon nanotube using epoxy and hardener(Bright et al., 2022)


3.9. 화장품, 환경센서, 농업소재

LDH를 화장품, 환경센서, 그리고 농업소재로서 응용한 연구논문은 각각 4편, 3편, 그리고 1편으로서 역시 많은 편은 아니며, 논문이 발표된 시기도 대부분 2010년대 중반 근처이므로 최근에 많은 관심을 받은 주제는 아님을 알 수 있다(Table 9). 그러나 코로나19 이후의 마스크해제와 외출허용은 주춤했던 화장품의 소비를 다시 증가시킬것으로 예상된다. 특히 최근에는 노화방지 및 항산화 기능성이 부여된 영양제와 선크림등이 주목받는 만큼 이러한 기능부여에 탁월한 효과가 있는 LDH의 소재 응용은 더욱 높아질 것으로 판단된다. 더불어 다양한 독성 유무기 오염물질에 의한 환경오염이 더욱 심각해지고 있어 정화 및 피해대책 마련을 위해 이러한 환경오염물질의 정확한 검출이 요구되고 있는 실정이다. LDH가 가진 뛰어난 촉매 분산성 및 안정적 코팅 능력은 이러한 환경독소를 검출하는데 크게 기여하고 있다. 따라서 향후 LDH를 이용한 고민감도 환경센서의 개발 또한 유망한 분야로서 판단된다. 마지막으로 의약전달체에서 보여준 LDH의 의약성분의 안정적 전달 기능과 유사하게 이를 토양개량 비료로서 적용가능하다. LDH 내에 N, urea, P 등을 삽입하여 저속 장기배출함으로써 토양의 비옥성을 높여줄수 있으며, 또한 역으로 토양에 과포화된 영양염류들을 다시 층간에 저장함으로써 이들의 토양 내 조절에도 활용가능하다. 특히, LDH와 바이오차의 복합체를 활용한 친환경 토양개량 비료의 성능 개선 및 고부가가치 상품화가 가능하므로 이러한 농업소재 분야로서의 잠재성도 매우 크다고 판단된다.

Table 9 . Applications of LDHs as cosmetics, environmental sensors, and agricultural materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
Cosmetic materials
화장품소재 물성개선(유기변성제의 LDH 층간 배위에 따른 UV흡수 특성 조절, 선크림 첨가제 활용가능)MgAlCO3 replaced with dihydroxybenzophenonco-precipitation organic modification(Li et al., 2014a)
화장품소재 물성개선(유기변성제의 LDH 층간 배위특성에 따른 UV흡수/열적 특성 조절, 선크림 첨가제 활용가능)ZnAlCO3 replaced with dihydroxybenzophenon and dodecylbenzenesulfonateco-precipitation organic modification composite with Si-substreate(Li et al., 2014b)
화장품소재 기능성 개선(레티놀(비타민A) 안정화 및 취급 저장성 개선, 리포좀 대체 효과 향상)MgAlCO3 replaced with retinoic acidco-precipitation solvothermal treatment(Park et al., 2015)
화장품소재 기능성 개선(유기 개질된 소수성 LDH를 이용한 적색안료-항산화물질(astaxanthin)의 흡착 및 열안정성 향상, 자외선차단물질(cinnamic acid)의 빛 안정성 향상)MgAl, ZnAlCO3, (NO3) (replaced with dodecylsulfate, hexamethyltetramine, cinnamate)co-precipitation solvothermal treatment organic modification(Park et al., 2018)
Environmental sensor materials
환경센서 촉매소재 물성개선(LDH 복합체를 이용한 Hydroquinone 선택적 검출 성능 개선, 촉매소재 안정성 및 재현성 증가)ZnAlNO3co-electrodeposition by cathodic reduction deposition composite with graphene(Kwon and Hong, 2013)
환경센서 촉매소재 물성개선(잘 분산된 LDH에 의한 은 전극의 환경 독소(thiourea) 검출 성능 향상)ZnV(III)Clco-precipitation, surface modification of silver electrode by well-dispersed LDH(Khan et al., 2015)
환경센서 촉매소재 물성개선(LDH와의 복합체에 의한 촉매소재 비표면적, 전기전도성, 이온분산 특성 개선 및 수중 항생제(norfloxacin) 검출 성능 향상)NiCoCO3, (NO3)co-precipitation solvothermal treatment composite with tungsten carbide on the electrode(Joseph et al., 2022)
Agricultural materials
(리뷰논문) 농업 비료소재로서 LDH의 적합성 및 활용성 논의(N, urea 저속 배출 및 토양 내 NO3 조절에 활용 가능)주로 MgAl (다양한 구성)(Noh et al., 2015)


3.10. 기초 이화학특성 연구

마지막으로 Table 10에는 지질학적 관점에서의 LDH 형성 및 상변환 기작 규명 연구 1편을 포함한 총 13편의 LDH의 기초 이화학특성 연구논문 내용이 요약되어 있다. 해당 기초 이화학특성 연구로 분류된 논문들은 그 연구 내용이 본 리뷰논문에서 소개한 특정 소재들에 대한 성능개선이나 응용으로 분류하기가 어려운 기초연구로서 LDH의 형성과 물질의 특성 변화 및 원인 규명등을 중점적으로 다루고 있다. 그럼에도 불구하고 기초 이화학특성 연구는 소재의 성능개발을 위한 필수불가결한 관계이므로 Fig. 3D에서 확인된 것처럼 상위 5개 분야 안에 들면서 꾸준히 그 연구가 계속되고 있는 특성을 보인다. 따라서 LDH에 대한 기초 이화학특성 연구는 소재 응용 연구가 계속되는 한 함께 꾸준히 진행될 것으로 사료되며, 경우에 따라서는 추후 새로운 관련분야가 개척된다면 해당 분야로 분류될 수도 있을 것이다.

3.11. 자원환경 및 지질학 분야에서의 동향

국내에서는 천연 음이온성 점토나 LDH의 합성 및 이들의 개질을 통한 환경정화소재와 고분자촉매소재로서의 응용연구가 국외저널에서 보고된 연구 트랜드와 유사하게 매우 활발하게 진행되고 있는 것으로 파악된다. 이를 통해 오염된 자연환경의 효율적 정화를 위한 지질신소재의 개발과 성능개선, 그리고 신재생에너지 생산 효율 증대를 위한 지질신소재기반 고분자촉매소재 개발 및 성능개선 연구분야가 더욱 확장되고 관련기술도 한층 발전할 것으로 전망된다. 그러나 자원재순환을 실현할 수 있는 비료 및 토양개량제와 같은 농업소재로서의 응용은 아직 미비하며, 향후 바이오차와 같은 친환경 토양개량제와 복합체를 이루어 인과 질소의 비료 및 이들의 토양 내 조절 기능과 토양 물성개량 기능을 동시에 지닌 친환경 농업소재로서의 응용 연구가 적극 시도되어야 할 것으로 판단된다. 뿐만 아니라, 지금까지 매우 미비한 것으로 확인된 지질학적 관점에서의 LDH의 형성과 이화학적 특성에 관한 기초 연구가 함께 활발히 수행된다면 향후 지질신소재의 응용성 향상에 한층 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

4. 결 론

본 리뷰 논문에서는 지금까지 한국학술지인용색인(KCI)에 발표된 이중층수산화물(LDH) 관련 논문을 조사하여 LDH를 대상으로 한 국내의 연구동향을 분석하였다. LDH는 그 독특한 구조로 인해 생기는 균질하고 안정적인 3차원 공극구조와 넓은 비표면적, 그로 인해 발생되는 뛰어난 촉매 활성, 그리고 층간의 음이온 교환 특성에 의해 오염물질을 흡착 제거하는 환경정화소재 및 환경촉매뿐만 아니라 최근에는 층간에 중요한 성분과 정보를 저장하고, 전달하는 나노 전달체계의 핵심소재로 발전하고 있다. 또한, LDH와 같은 점토광물은 친환경적 특성으로 인해 다양한 생분야에서 응용이 가능하며, 알루미늄규산염 점토광물에 비해 합성이 간편하고 응용 소재에 맞게 특성 조절이 쉽기 때문에 소재 응용분야가 점차 확장되고 있고, 관련 연구도 전세계적으로 급격히 증가하고 있는 추세이다. 국내에서도 이와 유사하게 최근 10년동안의 LDH 관련 연구가 그 이전에 비해 크게 증가하였다. 응용된 소재 분야에서는 전통적인 환경정화소재, 고분자촉매, 배터리, 그리고 의약의학소재 외에 화장품, 환경센서, 바이오이미징, 기능성(항균, 내열) 코팅, 그리고 농업소재 등이 새롭게 출현하였다. 이러한 분야는 최근의 친환경 고효율 정책과 건강 및 빅데이터-인공지능 정보융합 트랜드와 맞추어 더욱 발전해나갈 수 있는 잠재유망한 분야로 판단된다. 또한, LDH와 기질의 단점을 서로 보완하면서 기능성을 더욱 향상시킬 수 있는 복합체에 대한 연구도 더욱 주목을 받을 것으로 예상된다.

다만 환경정화소재 분야의 경우 국내의 LDH 연구 초기부터 지금까지도 가장 활발하게 연구되고 있는 분야임에도 불구하고 이와 관련된 리뷰논문은 아직까지 국내저널에 발표된 바가 없어 국내의 LDH 활용 환경정화소재 연구의 깊이 있는 연구동향 파악이 어렵다. 따라서, 급증하고 있는 해당연구의 추세에 맞추어 과거의 연구사례를 포함하여 최근 이슈가 되고 있는 정화대상물질에 따른 고기능성 LDH 제조 및 개질법, 그리고 최신 특성 분석기술을 활용한 오염물질 제거메커니즘 규명 사례등을 중점적으로 다루는 리뷰논문의 발간이 시급히 요구된다.

또한, 소재의 성능개선에 비해 아직까지 기초 연구를 통한 다양한 LDH의 형성기작에 대한 이해, 그리고 정확한 반응자리를 규명하는 것에 대한 통찰은 상대적으로 부족한 실정이다. 소재 응용 관점에서도 LDH를 소재 목적에 맞게 디자인하고, 더 큰 규모로 공정화 하는 것 또한 현재 가장 큰 도전이자 이슈라 할 수 있다. 따라서 LDH를 다양한 경로를 통해 합성하고, 그에 따른 이화학적 특성 변화를 파악하여 형성기작을 밝혀내며, 형성에 미치는 핵심 영향인자를 도출하는 일은 향후 다양한 소재의 응용 목적에 맞는 합성법을 개발하고, 나아가 실용화 및 산업화를 위한 중요한 밑거름이 될 것이다. 이러한 기초 및 소재응용 연구 특성을 바탕으로 전망한 미래 LDH 연구기법의 특징은 LDH의 이화학적 특성을 더 정확하고 다양하게 분석할 수 있는 복합적인 특성분석기법의 발전과 이러한 실험결과에 근거한 원자-분자 규모에서의 근원적 성질에 대한 모델링적 접근의 연구가 협업하는 형태의 다학제적 융합연구가 될 것으로 사료된다.

Acknowledgements

This work was supported by grants from the National Research Foundation of Korea funded by the government (grant number 2020R1I1A1A01073846 and 2021R1A2C100601111). This work was also supported by a Korea University Grant (교내연구교원지원사업).

Fig 1.

Figure 1.Schematic diagram of the basic structure of LDH (modified from Fang et al., 2021; Zhu et al., 2016).
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 23-53https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.23

Fig 2.

Figure 2.Classification of the papers with LDH by academic fields of KCI. (A) 2002~2023, (B) 2002~2012, (C) 2013~2023.
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 23-53https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.23

Fig 3.

Figure 3.Classification of the papers with LDH by material application fields. (A) 2002~2023, (B) 2002~2012, (C) 2013~2023, (D) Trends in Top 5 Fields.
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 23-53https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.23

Fig 4.

Figure 4.Schematic illustration of removal mechanisms of contaminants by LDH-composites through (A) interlayer anion exchange of As(V) and (B) photocatalytic-degradation of organic pollutants (modified from Lee et al., 2019b; Yazdani et al., 2018).
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 23-53https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.23

Fig 5.

Figure 5.Photocatalytic mechanism of gas conversion photo-catalytic system for efficient hydrogen evolution reaction (HER) using LDH (modified from Fan et al., 2022; Thomassen et al., 2022).
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 23-53https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.23

Fig 6.

Figure 6.(A) Schematic illustration of the synthesis processes of LDH-composites, (B) their areal capacitances at different current densities and the capacitance retentions, (C) CV curves of G//NiCoAl-LDH/Cu/Zn/G composite before and after 13,500 cycles (modified from Polat and Atun, 2021).
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 23-53https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.23

Fig 7.

Figure 7.Overview of LDH related applications of (A) therapeutic and (B) bioimaging systems, (C) Schematic illustration of the infohybrid system on the basis of the DNA conjugate tracers (modified from Jin et al., 2019; 2020; Jin and Park, 2019).
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 23-53https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.23

Fig 8.

Figure 8.The designed antibacterial system based on LDH composite, (B) schematic illustration of LDH coating and its role in anticorrosion against Cl-ion (modified from Chen et al., 2022; Mohammadi et al., 2021).
Economic and Environmental Geology 2023; 56: 23-53https://doi.org/10.9719/EEG.2023.56.1.23

Table 1 . Applications of LDHs as environmental purification materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체) 제조법참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH를 이용한 ReO4 as TcO4 surrogate, CrO4 흡착 제거)MgAlCO3co-precipitation, calcination(Kang et al., 2003)
수질오염 저감 처리법(LDH의 침전 및 그에 의한 NO3 흡착/환원 제거)Fe(II, III) (green rust)injection of Fe(II)-portland cement(Kang et al., 2005)
수질오염 저감 흡착제(P 흡착 제거)MgAlCl(Jung and Min, 2005)
수질오염 저감 흡착제(하수 내 P 흡착 제거)MgAlClco-precipitation(Song et al., 2006)
토양오염 저감 및 토질 개선(토양 내 LDH 거동 및 오염제거 특성 규명, 비료 활용가능성 제시)MgAlNO3co-precipitation(Choi et al., 2007)
수질오염 저감 흡착제(P 흡착 제거 및 탈착 특성 규명)MgAlCl, CO3(Jung, 2008)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH를 이용한 As(V)흡착 제거)MgAlNO3co-precipitation, calcination(Seo et al., 2008)
수질오염 저감 흡착제(As(V) 흡착 제거)MgFeClco-precipitation, hydrothermal treatment(Choi et al., 2009)
대기오염 저감 촉매(소성된 LDH를 이용한 SO2가스 제거)MgAlNO3co-precipitation, calcination(Kim et al., 2010)
수질오염 저감 흡착제(deoxyribonucleic acid의 선택 흡착)MgAlCO3, (NO3 from the used reagents)co-precipitation, hydrothermal treatment(Kim et al., 2011)
수질오염 저감 흡착제(As(V) 흡착 가능한 시멘트 페이스트 활용가능성 제시)CaAlSO4double boiling of 3CaO·Al2O3 and gypsum(Shim et al., 2012)
수질오염 저감 흡착제(소성 및 유기 개질된 LDH복합체에 의한 비드의 화학안정성 및 P 흡착 향상)MgAlNO3co-precipitation, calcination, organic modification(Han et al., 2012)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 LDH에 의한 (L,D)-phenylalanine 선택적 chiral 흡착 향상)ZnAlNO3replaced with carboxymethyl-α-cyclodextrin, carboxymethyl-β-cyclodextrin co-precipitation, organic modification(Liu and Meng, 2013)
수질오염 저감 촉매소재 물성개선(LDH복합체화에 따른 백금 나노입자의 안정적 형성 및 4-nitrophenol의 환원 및 독성 저감)MgAlCO3 replaced with NO3co-precipitation, solvothermal treatment, composite with Pt nanoparticle by in-situ chemical reduction(Na et al., 2013)
수질오염 저감 흡착제(I, Se(IV, VI) 흡착 제거)Fe(II, III)Cl, CO3co-precipitation(Min et al., 2013)
수질오염 저감 흡착제(As(III, V) 흡착 제거)MgFeCO3, (Cl)co-precipitation(Türk and Alp, 2014)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH에 의한 Cr(VI), P에 대한 경쟁흡착 특성 규명 및 복합오염물질 제거)MgAlCO3co-precipitation, calcination(Song and Wu, 2014)
수질오염 저감 흡착제(재생-재사용을 위한 P 흡탈착특성 규명)MgAlCl(Choi and Jung, 2014)
수질오염 저감 흡착제(P의 선택적 흡착 제거능 및 재사용성 개선)MgFeClco-precipitation, calcination(Sun et al., 2014)
수질오염 저감 흡착제(LDH-탄소나노튜브 복합체에 의한 유기염료 (AR14) 흡착 제거)NiCoAlClco-precipitation, composite with carbon nanotube-COO(Khodam et al., 2015)
수질오염 저감 흡착제(유기염료 (R, CR, AR1) 흡착 제거)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, hydrothermal treatment(Shan et al., 2015)
수질오염 저감 촉매소재 물성개선(소성된 LDH의 Ti/Al비율에 따른 가시광 광촉매에 의한 유기염료 (MB) 분해 조절)MgAlTiCO3, (NO3)co-precipitation, calcination(Hosni et al., 2015)
수질오염 저감 흡착제(BrO3 흡착/환원 제거)FeAlSO4, (CO3)ultrasound-assisted co-precipitation(Yang et al., 2015b)
수질오염 저감 흡착제(층간 유기-금속착물화에 의한 Pb 흡착 제거)MgAlCO3 replaced with tartrateco-precipitation, solvothermal treatment, organic modification(Shen et al., 2016)
수질오염 저감 흡착제(LDH-Al2O3 광물복합체에 의한 F 흡착 개선)MgAlNO3co-precipitation, hydrothermal treatment, composite with Al2O3(Zhang et al., 2016)
수질오염 저감 흡착제(층간 유기-금속착물화에 의한 Nd, Sr 흡착 제거)NiAlNO3 replaced with 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acidco-precipitation, organic modification(Kameda et al., 2016)
대기오염 저감 흡착제(LDH-탄소나노튜브 복합체에 의한 CO2가스 포획 성능 향상)MgAlNO3co-precipitation vs. electrostatic exfoliation self-assembly, solvothermal treatment, composite with carbon nanotube(Wang et al., 2016a)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 복합체에 의 한 As 흡착 제거)NiMnCO3, (NO3)co-precipitation, calcination, composite with biochar(Wang et al., 2016b)
수질오염 저감 흡착제(자성의 LDH-Fe3O4 광물복합체에 의한 유기염료(CR) 흡착 및 회수 재사용 개선)MgAlCO3, (SO4)co-precipitation, composite with Fe3O4(Lu et al., 2017)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 복합체에 의한 P 흡착 제거 개선)MgAl, MgFeClco-precipitation, composite with biochar(Wan et al., 2017)
수질오염 저감 흡착제(Cd 흡착능 비교: 탄소나노튜브>활성탄>LDH, pH크게 의존, 활성탄은 소화기와 피부세포에 독성)MgAlCO3(주)신원산업에서 구입(모델명: Hi-TALTM) solvothermal treatment(Kim et al., 2017b)
수질오염 저감 흡착제(Cr 흡착능 비교: 활성탄>탄소나노튜브>LDH, 산성 조건이 흡착 유리)MgAlCO3(주)신원산업에서 구입 (모델명: Hi-TALTM)(Jung and Kim, 2017)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 LDH에 의한 유기염료(AR-GR, DO-11, BY-2) 흡착 향상, 층간 유기물 배치 영향 규명)MgAlCl replaced with hexanesulfonate/nonanesulfonate/dodecanesulfonateco-precipitation, organic modification(Zhang et al., 2017a)
수질오염 저감 흡착제(Cl 흡착능 비교: Zn-LDH >Al-LDH, 최적 LDH 합성조건 및 최적흡착 pH, 흡착제주입량 규명)CaAl, MgAlNO3co-precipitation(Kim et al., 2017a)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질 및 소성된 다중금속 LDH복합체에 의한 광촉매 성능, 유기염료(RB) 분해능, 촉매 안정성 및 재사용성 향상)ZnCr(III)NO3 replaced with salen-Cuco-precipitation, calcination, organic modification(Meng et al., 2017)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH-제올라이트 광물복합체를 이용한 목질계 타르폐수 정화 성능 개선: 페놀 및 크레졸 흡착능 향상)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, calcination, composite with zeolite(Kim, 2017)
수질오염 저감 흡착제(소성된 다중금속 LDH에 의한 유기염료(MO) 흡착 제거 개선)(Co)CuAl, (Co)CuCr(III)CO3, (NO3)co-precipitation, calcination(Berner et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 LDH-바이오차 복합체에 의한 공극과 비표면적 특성 개선, 유기염료(MB) 흡착 및 UV하 광촉매 분해 성능, 재사용안정성 향상)solvothermal treatment, organic modification, composite with BiOCl/biochar(Zhang et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(LDH-Si기판 광물복합체에 의한 유기염료(ARG) 흡착 제거 및 최적 흡착 조건 규명)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, solvothermal treatment, composite with Sisubstrate(Wang et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(LDH복합체화에 의한 유기염료(MO) 광촉매 분해 향상)NiTiNO3, Clco-precipitation, solvothermal treatment, composite with graphite(g)-C3N4 substrate & SiO2 glass(Yazdani et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(소성된 Nd도핑된 LDH에 의한 빛 흡수 증가 등으로 유기염료(AR 14) 광촉매분해 향상)(Nd)CoAlco-precipitation, hydrothermal treatment(Khodam et al., 2018)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 복합체에 의한 F 흡착 및 재사용성 개선)MgAlNO3in situ growth by sol-gel method, solvothermal treatment, composite with biochar(Zhang et al., 2019)
수질오염 저감 흡착제(소성된 3성분금속 LDH-그래핀 복합체에 의한 유기염료(MO) 흡착 및 재사용성개선)MgCoAlNO3co-precipitation, calcination, composite with graphene(Kazeem et al., 2019)
수질오염 저감 환경촉매(유기 개질 및 소성된 LDH 복합체에 의한 항생제(tetracycline hydrochloride)의 광분해 촉매 성능 개선)MgAlNO3, citrateco-precipitation, solvothermal treatment, organic modification, calcination, composite with g-C3N4(Li et al., 2019)
수질오염 저감 처리법(폐수 내 LDH의 침전법을 통한 Cl의 제거, Ca:Al몰비율의 영향 규명)CaAlco-precipitation(Kim et al., 2019)
수질오염 저감 흡착제(소성된 3상의 LDH 광물복합체에 의한 유기염료(MO) 흡착 개선 및 평가)MgAlNi-BaFeNO3co-precipitation, calcination, composite with barium ferrite(Mu’azu et al., 2019)
수질오염 저감 환경촉매(LDH-WO3 광물복합체에 의한 초음파 촉매 오존화 공정 및 유기염료(AB9, AO7) 분해)CoFeCO3, (NO3)co-precipitation, hydrothermal treatment, composite with WO3(Khataee et al., 2020)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH/ g-C3N4 복합체에 의한 양/음이온성 유기염료 흡착 제거)NiCoNO3co-precipitation, calcination, composite with graphite(Kaur et al., 2021)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH의 이화학적 특성 변환 및 이에 따른 폐수 내 SO4 흡착 제거양상 규명)CaAl, MgAl, CaFeNO3co-precipitation, calcination(Park et al., 2021)
대기오염 저감 흡착제(알칼리금속질산염 포함 LDH-그래핀 산화물 복합체에 의한 CO2가스 포획, 장기 재사용능 향상)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation, composite with graphene oxide and alkali metal nitrate(Yang et al., 2021)
수질오염 저감 흡착제(서로 다른 공침법(pH조건 변화)으로 합성된 LDH의 유기염료(CR) 제거 평가)ZnFeClco-precipitation(Mendil and Nasrallah, 2021)
수질오염 저감 흡착제(유기 개질된 3성분금속 LDH에 의한 유기염료(EY, MG) 흡착 제거 및 흡착제 재사용 개선)NiCoAl, (CoAl, NiAl)NO3co-precipitation, solvothermal treatment, organic modification(Nazir et al., 2022)
수질오염 저감 흡착제(소성된 LDH-바이오차 복합체에 의한 폐수 내 양/음이온성 복합 유기염료(CR, MB) 흡착 제거)MgAlCO3, (Cl)co-precipitation, solvothermal treatment, calcination, composite with biochar(Dat et al., 2022)
수질오염 저감 흡착제 및 처리법(LDH의 투수성반응벽체(PRB) 매질 활용 및 As, Cr 복합오염 정화 최적 운영조건 도출, 동전기법과의 시너지효과)CaAl, CaFein situ growth by sol-gel method, solvothermal treatment, composite with biochar(Xu et al., 2022)
수질오염 저감 환경촉매(3성분금속 LDH-탄소나노튜브 복합체에 의한 Cr(VI)의 광촉매 환원 제거)MgAlCO3, (NO3)in situ growth seeding method, hydrothermal treatment composite with CuPd/carbon nanotube by in-situ chemical reduction(Sun and Park, 2022)
수질오염 저감 흡착제(LDH-바이오차 탄소나노튜브 복합체에 의한 유기염료 (RB5) 흡착 개선)NiZnFeNO3co-precipitation, composite with biochar and carbon nanotube(Amin et al., 2022)
토양오염/수질오염 저감 흡착제(입상 LDH에 의한 수체 내 As(V) 흡착 및 토양안정화 가능성 제시)MgFeSO4co-precipitation, bead-type LDH using starch(Kim et al., 2022)
수질오염 저감 흡착제 및 처리법(유기 개질된 LDH-나노 금입자 복합체를 이용한 sono-sorption 방법에 의한 유기염료(CR) 흡착)NiFeNO3, Clco-precipitation, solvothermal treatment, organic modification composite with Au nanoparticle by UV–vis irradiation(Najafi et al., 2022)

Table 2 . Applications of LDHs as polymer catalyst materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체) 제조법참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 LDH 기반 광촉매에 의한 태양광에너지 변환 향상)ZnAlNO3 replaced with metal-organic complexesco-precipitation organic modification(Ryu et al., 2003)
기초연구_촉매성능 개선(WCo-LDH 복합체 다중벽 탄소나노튜브 제조 및 촉매금속 분산을 위한 W/Co 최적 구성비 규명)CoMgAlNO3 replaced with WO4co-precipitation calcination composite with acetylene and carbon nanotube by catalytic chemical vapor deposition(Lan et al., 2014)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 Mn코팅된 LDH복합체에 의한 촉매 안정성, 재사용성 및 ethylbenzen 무용매 산화 개선)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation organic modification Mn coating(Yang et al., 2015a)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH-나노금입자 복합체에 의한 전기촉매 특성 개선 및 glucose 산화 반응 향상)MgAlCO3 replaced with NO3co-precipitation solvothermal treatment, composite with Au nanoparticle by in-situ chemical reduction(Cho et al., 2016)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 LDH 에 의한 다공성구조, 열안정성, 기체전환 촉매성능 향상 및 소결 방지, 탄소증착 방지능 개선)NiCoAlCO3, (NO3)co-precipitation, calcination & reduction(Liu et al., 2016)
기초연구_고성능 촉매소재 제조법 개발(환원-소성을 통한 박리된 LDH 표면 치밀 균질한 백금 나노입자 형성조건 규명)MgAlCO3 replaced with NO3co-precipitation, hydrothermal treatmentexfoliation by formamide in-situ chemical reduction of K2PtCl6(Yu et al., 2017)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 LDH 복합체에 의한 다공성구조화 및 알코올 전환과 수소화 효율 향상)CuAlCO3, (NO3)co-precipitation, exfoliation by organicmicrowave irradiation, calcination(Prakruthi et al., 2018)
기초연구_촉매성능 개선(유기 개질된 LDH복합체에 의한 다중벽 탄소나노튜브의 균질한 분산, 안정성, 반응성폴리머(EVA) 촉매의 기계적, 열적, 전기전도도 특성 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with Ethylene-co-vinyl acetate (EVA)co-precipitation composite with carbon nanotube by simple grinding organic modification(Bhuyan et al., 2018)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH 탄소-TiO2 광물 복합체에 의한 촉매물질의 균질한 3D 분산 및 광전기화학적 물 전기분해 수소발생반응(HER) 촉매 향상)NiMnNO3 replaced with acetate, hexamethylenetetramineco-precipitation solvothermal treatment, organic modification composite with TiO2/amorphous carbon layer(Zhao and Jung, 2018)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 LDH에 의한 Pd촉매 활성도 향상 및 바이오매스(vanillin)의 탈산소 및 가수소분해 증가, 바이오연료 전환 효율 개선CoAlNO3co-precipitation solvothermal treatment, organic modification(Liao et al., 2018)
(리뷰논문) 신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH를 촉매로 활용한 CO2의 흡착과 수소화 및 메탄올 전환 기술 동향, 최첨단 촉매 소개)Cu/Zn/Ar/Zr (다양한 구성)(Fang et al., 2021)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 LDHNi 복합체에 의한 물 전기분해 산소발생반응 (OER) 촉매 향상, 열처리 효과 규명)NiCoNO3In situ growth of LDH on nickel foam in Co2+ solution hydrothermal treatment, calcination(Lee et al., 2021b)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(3D 구조 LDH-Ni 복합체에 의한 전기촉매 활성화, 물의 산화 및 산소발생반응 향상)(Te)NiCoNO3In situ growth of LDH on nickel foam in Co2+ solution hydrothermal treatment,(Lee et al., 2021a)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(유기 개질된 다중성분 LDH에 의한 코킹방지(anti-coking), 열안정성, 다공성구조 및 메탄의 수소 전환(reforming for H2) 향상)(Sm)NiMgAlNO3co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, freeze-drying(Taherian et al., 2021)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 유기개질 및 인(P) 코팅된 3성분금속 LDH복합체를 이용한 물 전기분해 및 수소/산소발생반응 촉매 향상)CoMnNO3co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, calcination with P composite with Cu(OH)2/CF and P coating(Wang et al., 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(소성된 유기개질 황(S) 포함 LDH를 이용한 해수전기분해 및 산화, 산소발생반응 촉매, 염소 부식방지 및 안정성 향상)NiFeSO4co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, calcination with S composite with carbon cloth(Jung and Han, 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH-Cu2O 광물복합체에 의한 촉매 비표면적 개선, Cu2O 응집방지, 수소발생반응 광촉매 향상)NiCoClco-precipitation hydrothermal treatment, composite with Cu2O by electrostatic self-assembely(Fan et al., 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(환원된 Ni나노촉매 및 LDH-Al 복합체에 의한 CO2 메탄화, 촉매 구조 안정성 개선)NiAlNO3In situ growth of LDH on nickel foam in Ni2+ solution hydrothermal treatment, calcination – reduction with H2 composite with Al particles(Lee et al., 2022a)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(3성분금속 LDH-Ni 복합체를 이용한 물 전기분해 및 수소/산소발생반응 촉매 향상)NiCoAl, ZnFeAlNO3co-precipitation organic modification, solvothermal treatment, calcination, composite with Ni foam(Hou et al., 2022)
(리뷰논문) 신재생에너지 촉매소재로서 LDH의 구조적 특성 및 산소환원/산소발생반응 촉매 활용성 고찰(Ye et al., 2022)
신재생에너지 촉매소재 물성개선(LDH를 이용한 물 전기분해 및 산소발생반응(OER) 촉매 성능 향상 및 영향인자 규명)CoFeCO3, (NO3)co-precipitation(Lee and Park, 2022)

Table 3 . Applications of LDHs as battery materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체) 제조법참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
전극소재 물성개선(LDH-Ni복합체에 의한 소재구조 및 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 전도성 등)(ZnCo)NiAlCO3co-precipitation composite with Ni powder by pressing(Zhen et al., 2004)
전극소재 물성개선(LDH에 층간삽입된 반응성이온에 의한 소재 구조 및 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 전도성 등)NiVO4, (SO4)co-precipitation and transformation to LDH(Park et al., 2013)
전극소재 물성개선(LDH-그래핀 복합체에 의한 소재구조 및 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 전도성 등)NiAlClco-precipitation composite with graphene(Kim and Kim, 2015)
(리뷰논문) 유망 Al-air 배터리소재로서 전기화학적 특성 개선을 위한 LDH기반 이중 기능 촉매의 역할NiFehydrothermal treatment(Mokhtar et al., 2015)
전극소재 물성개선(유기 개질된 LDH에 의한 소재 전기화학적 특성 개선: 전기용량, 저항, 수명 등)NiCoCO3, propylenco-precipitation one-pot microwave irradiation composite with graphene oxide(Kim et al., 2016)
전극소재 물성개성(유기 개질된 Ag 도핑된 LDH에 의한 3D 꽃 형상의 계층적 구조, 고용량, 전기전도도, 사이클링 향상, 슈퍼커패시터 소재화)(Ag)NiCoNO3co-precipitation organic modification solvothermal treatment(Lv et al., 2016)
전극소재 물성개선(유기 개질된 LDH 나노폼의 바인더 없는 상호연결에 의한 넓은 비표면적, 낮은 저항, 전해질 분산, 고전력 및 에너지밀도 향상)NiCoClco-precipitation organic modification solvothermal treatment(Patel et al., 2017)
친환경 나노발전소재(유기 개질된 Ag함유 LDHAZO 복합체에 의한 출력전압 및 전류밀도 향상, 출력 성능 개선, 자체전력 구동 생의학적 응용 가능)ZnAlco-precipitation composite with AZO/Ag/AZO multilayers organic modification by spin-coating of poly vinyl fluoride(Nguyen et al., 2018)
전극소재 물성개선(전착법에 의한 전극표면 LDH 코팅으로 소재 구조 및 전기화학적 특성 개선, 결정성장기작, 형상적 특성, 전기화학적 특성에 미치는 음이온첨가제 효과 규명)Ni(NO3 replaced with hexamethylenetetramine)organic modification composite with Ni foam by electrodeposition(Kim et al., 2019a)
전극소재 물성개성 (유기 개질된 LDH-Ni 복합체에 의한 전기화학성 및 안정성 개선, 초박형 LDH 육각결정의 상호연결에 의한 전해질 침투, 사이클링 안정성 향상, 슈퍼커패시터 소재화)ZnCoNO3, acetateco-precipitation organic modification solvothermal treatment composite with Ni foam(Pawar et al., 2019)
전극소재 물성개선(전기화학성 및 안정성 개선(LDH복합체화에 의한 전극 표면구조 개선-전해질 분산 및 활성이온 확산 증가, 반응자리 증가)NiMnClco-precipitation hydrothermal treatment composite with graphene oxide/Ni foam(Tang et al., 2020)
(리뷰논문) 차세대 수계 이차전지용 소재 연구동향(리튬이온전지 열화기작 해결방안으로서 수계이차전지에 LDH 소재 활용의 장점)Ni/Co/Al/Ti (다양한 구성)NO3, SO4, Cl, acetate (다양한 구성)composite with mainly Ni foam(Lee and Lee, 2021)
전극소재 물성개선(다중금속 LDH-graphite 복합체에 의한 소재구조 및 전기화학적 사이클링 안정성, 전기용량, 초고속 에너지저장능 향상)NiCoAlSO4co-precipitation solvothermal treatment composite with CuZn/graphite(Polat and Atun, 2021)
기초연구_Sb/LDH 복합체에 의한 고결정성 나노입자 형성 및 이화학 특성 규명(알킬리간드 부재상태 및 금속특이성으로 전극소재로 활용 가능)ZnCr(III)composite with β-Sb by solution-phase chemical reduction(Ahn et al., 2022)

Table 4 . Applications of LDHs as pharmaceutical/medicinal materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 LDH에 의한 의약성분 흡수 촉진 및 항암 효과 향상)methotrexate(Jeong et al., 2004)
기초연구_LDH 층간 음이온교환 특성 규명 (층간 잔존 CO3에 의한 의약성분 전달 방해 효과 규명)MgAlNO3/CO3 with different ratiosco-precipitation(Chakraborty et al., 2012)
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 LDHAl 복합체 층간 삽입(캡슐화)에 의한 의약성분의 효과적 저장 및 전달)NiAlNO3 replaced with glucose oxidase, Lascorbic acid, dodecylsulfateco-precipitation composite with anodic alumina/aluminum substrate organic encapsulation of medicinal molecules by LDH(Zhao et al., 2013)
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH를 이용한 참당귀꽃 추출물 항산화 성분의 나노분말화 및 취급저장성 개선)MgAlCO3, (NO3), replaced with 참당귀꽃 추출물co-precipitation hydrothermal treatment calcination organic encapsulation(Kim et al., 2015)
의약전달소재 물성개선유기 개질 및 (LDH 복합체에 의한 항산화제(ferulic acid)의 캡슐화 저장 및 배출 특성 개선)ZnAlCO3 replaced with biopolymers (agarose, gelatin, etc.)co-precipitation assisted by electrodeposition organic encapsulation composite with ceramic kit and biopolymers(Gwak et al., 2016)
의약전달소재 물성개선(유기 개질 및 LDHSi 복합체에 의한 진통제(Ibuprofen) 및 항생제(ciprofloxacin)의 저장 및 전달 개선, 최적 활성 pH 규명)MgAlCl replaced with cetyltrimethylammonium and tetraethyl orthosilicateco-precipitation hydrothermal treatment calcination organic encapsulation composite with amino modified silica(Barnabas et al., 2017)
의약전달소재 물성개선(LDH복합체화에 의한 의약성분(alendronate)의 전달체계 개선, 골형성(osteogenic) 증식 및 분화 강화)(Piao et al., 2019)
(리뷰논문) 정보융합 나노하이브리드 소재: DNA 기반 정보융합 나노하이브리드 코드 시스템에서의 LDH 활용기술 및 전망 논의Mg/ZnFe/Al (다양한 구성)(Jin and Park, 2019)
(리뷰논문) 바이오이미징센서 소재: LDH 나노입자 기반 바이오이미징 시스템 기술 동향, 최적 나노소재 구조 및 합성법, 개발 잠재성 전망 논의MgAl 외 (다양한 조영제 Cd, Mn 도핑가능)Gd-diethylenetriamine pentaacetic acid, fluorescein-5-isothiocyanate 등surface coating by bovine serum albumin, etc.(Jin et al., 2019)
(리뷰논문) 의약전달소재 물성개선(치료용 의약성분의 효과적 전달을 위한 LDH의 활용: 합성 전략, 구조 특성과 기능성, 다양한 하이브리드 시스템 논의)MnFe 등 (다양한 구성)NO3, Cl, CO3 replaced with theraphic biomolecules(Jin et al., 2020)
바이오이미징소재 물성개선(LDH를 활용한 pH의존 암세포 검출(CT/MRI) 조영제의 나노입자 전달 시스템 개선 및 검출 성능 향상)MgGa(III)NO3 replaced with gelatin or chitosan/Gd3+/RM complexesco-precipitation organic encapsulation(Yun et al., 2021)
의약전달소재 물성개선(박리된 단층 LDH를 이용한 항암제(chlorin e6)의 효과적 전달작용 및 종양세포 제거 향상)MgAlreplaced with DL-lactic acid, L-lactateco-precipitation exfoliation organic encapsulation (chlorin e6)(Jo et al., 2022)
(리뷰논문) LDH의 구조적 특성 및 핵의학분야에서의 생체적합 치료제 또는 진단제로서의 응용 가능성 고찰(Eom et al., 2022)

Table 5 . Applications of LDHs as membrane materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
기체분리막소재 물성개선(유기 개질된 LDH 복합체에 의한 O2, CO2 기체투과 및 기계적 특성 조절, 가스분리능 향상)CoAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation - exfoliation by intercalation of ethylene vinyl acetate(Kang and Lee, 2010)
기체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH-PTMSP 복합체에 의한 H2, N2, CO2 기체투과 및 열적 특성 조절, 가스분리능 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation, calcination – exfoliation, organic modification with poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) (PTMSP)(Jeong and Hong, 2012)
기체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH-PTMSP 복합체에 의한 O2, CO2 기체투과, 기계적 및 열적 특성 조절, 가스분리능 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation, calcination – exfoliation, organic modification with PTMSP(Hwang et al., 2013)
기체분리막소재 물성개선(CO3가 기 함침된 소성 LDH에 의한 CO2 흡수 제거 개선, 최적 온도와 LDH:Na2CO3비율 규명)MgAlreplaced with CO3calcination(Min et al., 2014)
기체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 소성된 LDH-PTMSP 복합체 내 LDH함량에 따른 H2, N2, CH4, C3H8, n-C4-H10 기체투과 특성 규명 및 가스분리능 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with dodecylsulfateco-precipitation, calcination – exfoliation, organic modification with PTMSP(Jeong and Lee, 2014)
액체분리막소재 물성개선(유기 개질된 LDH에 의한 막소재 친수성, 수투과도, 표면오염방지능(antifouling ability) 향상)ZnAlNO3 (replaced with N,Ndimethylacetamide)co-precipitation, organic modification composite with poly(vinylidene fluoride) powder(Zhao et al., 2016)
액체분리막소재 물성개선(LDH 복합체에 의한 막소재 친수성, 수투과도, 표면오염방지능 향상)MgAlCO3, (Cl)co-precipitation, hydrothermal treatment composite with PVDF(Arefi-Oskoui et al., 2016)
액체분리막소재 물성개선(소성된 LDHAl2O3 복합체에 의한 막 표면의 거칠기와 자유에너지 감소, 수투과도 및 안정도 증가)CoAlNO3In situ growth by seeding method hydrothermal treatment composite with Al2O3 tube calcination(Huang et al., 2020)
액체분리막소재 물성개선(유기 개질 및 LDH-복합체화에 의한 막 표면 친수성 증가(표면접촉각 감소), 수투과도 및 염제거능 향상)CuAlCO3, (NO3), (replaced with trimesoyl chloride)co-precipitation, organic modification composite with layered polyamide/polysulfone ultrafiltration substrate(Tajuddin et al., 2022)

Table 6 . Applications of LDHs as optical/pigment materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
광학소재 물성개선(압력에 따른 samarium ion complex가 층간 삽입된 LDH의 형광(photo-luminescent) 특성 규명 및 조절)MgAlreplaced with samarium ion complex(Park, 2004)
광학소재 물성개선(압력과 층간음이온 배치에 따른 coumarin-3-carboxylate가 층간 삽입된 LDH의 UV흡수 및 형광특성 규명 및 조절)ZnAlNO3 replaced with coumarin-3-carboxylic anionsorganic modification (mainly intercalation)(Park and Kim, 2005)
광학소재 물성개선(LDH 복합체에 층간 삽입된 유기변성제에 의한 소재 광학적/열적 특성 규명 및 조절)ZnAlNO3 replaced with stearic and oleic acidsco-precipitation organic modification composite with SAN (atyrene-ccrylonitrile) resin(Kim, 2012)
광학소재 물성개선(순환식 동결-해동법으로 제조된 LDH에 층간 삽입된 유기변성제에 의한 소재 광학적/열적 특성 규명 및 조절)MgAlCl (replaced with poly vinyl alcohol)co-precipitation cyclic freezing and thawing organic modification(Huang et al., 2012)
기초연구_LDH 층간 음이온교환 특성 규명(DOTA ligand 삽입에 따른 구조 및 광학적 특성 변화, 광전자장치 활용가능성 제시)MgAlCO3 replaced with Gd(III) and DOTA ligandco-precipitation solvothermal treatment composite with Si-wafer organic modification(Lee and Jung, 2013)
광학소재 물성개선(소성된 Tb 함유 LDH의 상전이를 통한 녹색 형광물질 제조 및 LED용 소재개발 가능성 제시)(Tb)CaAlco-precipitation calcination(Yufeng et al., 2017)
광학소재 물성개선(유기 개질된 LDH복합체에 의한 구조적 개선(주기적 장거리 정렬) 및 Eu/β-cyclodextrin의 층간 삽입에 의한 적색 형광 향상)MgAlCO3 replaced with NO3, then Eu/β-cyclodextrinco-precipitation exfoliation by formamide organic modification composite with SiO2 glass(Zhang et al., 2017b)
안료소재 물성개선(LDH와 1,2-dihydroxyanthraquinone간 강한 결합에 의한 발색단(chromophore)의 용매저항성 및 광안정성 향상)MgAlreplaced with 1,2-dihydroxyanthraquinoneintercalation of alizarin pigment composite with ethylenenorbornene using two roll mixing mill and pressing(Marzec et al., 2019)

Table 7 . Applications of LDHs as antibacterial and coating materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
Antibacterial materials
항균소재(유해 박테리아/바이러스(E. coli ATCC 11105) 흡착 제거능 평가, LDH가 철산화물보다는 낮은 제거능)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation(Park et al., 2010)
항균소재(소성된 LDH를 이용한 유해 박테리아/바이러스(박테리오파지 T7) 흡착 제거 향상MgFeCO3, (NO3)co-precipitation calcination(Park et al., 2011)
(리뷰논문) LDH 화학적 개질을 통한 소재 기체차단성, 항균성, 흡착성 향상: 식품포장재 및 환경소재로서 활용성 논의)MgCaFeAl (다양한 구성)(Kim and Oh, 2016)
항균소재 물성개선(이중기능 LDH에 의한 모방 나노효소의 표면반응자리와 접촉면적 증가, 항균 촉매성능 향상)CoV(III)Clco-precipitation solvothermal treatment calcination – phase transformation(Chen et al., 2022)
항균소재 물성개선(항균제(pyrithione) 층간삽입된 LDH-Al 복합체에 의한 소재 내부식성 및 생물오염방지 (antibiofouling) 향상, 금속코팅소재 활용 가능성 제시)CoAlNO3 replaced with pyrithionein situ growth by seeding method hydrothermal treatment composite with Al-substrate organic modification(Jian et al., 2022)
Coating materials
금속코팅소재 물성개선(유기 개질된 LDH 코팅에 의한 Al기판의 내부식성 향상, 발암성 6가크롬 코팅 대체제 가능성 제시)ZnAlNO3 replaced with hexamethylenetetramineco-precipitation by Al seeding solvothermal treatment composite with AA2024-T3 (Albase) substrate organic modification with diethyldithiocarbamate(Mohamma di et al., 2021)
금속코팅소재 물성개선(LDH 코팅에 의한 금속(AZ31 Mg합금) 내부식성, 자가치료능 향상 및 최적 조건 규명)MgAlNO3co-precipitation by Mg seeding hydrothermal treatment composite with AZ31 (Mg alloy) substrate by steam coating(Hasanbeigi et al., 2021)
금속코팅소재 물성개선(유기 개질된 LDH 코팅에 의한 금속(AZ31 Mg합금) 초소수성, 장기안정성 내부식성 향상)CO3, (NO3) replaced with laurate and dodecylsulfate (surfactants)co-precipitation by Al seeding solvothermal treatment composite with AA2024-T3 (Albase) substrate organic modification with laurate and dodecylbenzene sulfonate(Huang et al., 2021)

Table 8 . Applications of LDHs as building/environmental, flame retardant, and textile materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
Building/environmental materials
시멘트소재 물성개선(LDH를 이용한 수용액 내 Cl 이온 흡착고정화를 통한 콘크리트 열화 및 내부식성 방지, Cl에 의한 수질오염 저감에도 응용 가능)MgAl, CaAlNO3co-precipitation(Lee et al., 2016)
시멘트소재 물성개선(LDH 첨가에 따른 모르타르 내 Cl이온 침투 저항성 및 균열 시멘트의 자기치유 특성 개선)MgAlco-precipitation calcination 포틀란드시멘트:자기치유물질:LDH(시멘트 기준 배합비 90:5:5)(Yoo and Jang, 2022)
Flame retardant materials
내열소재 물성개선(난연성 유기변성제 층간 삽입된 LDH에 의한 소재 열적(난연성) 및 기계적 특성 향상)ZnAlNO3 replaced with oleateco-precipitation composite with ABS-resin compound(Kim, 2008)
내열소재 물성개선(난연성 유기변성제 층간 삽입된 LDH에 의한 소재 열적 및 기계적 특성 향상)MgAlCO3, (NO3) replaced with poly(methyl methacrylate)co-precipitation hydrothermal treatment exfoliation by formamide organic modification electrospinning(Ma and Wang, 2022)
Textile materials
섬유소재 물성개선(LDH복합체 충진재에 의한 glass-reinforced aluminum laminate 수지의 기계적 물성 및 내손상성 개선)blending LDH and multiwalled carbon nanotube using epoxy and hardener(Bright et al., 2022)

Table 9 . Applications of LDHs as cosmetics, environmental sensors, and agricultural materials.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
Cosmetic materials
화장품소재 물성개선(유기변성제의 LDH 층간 배위에 따른 UV흡수 특성 조절, 선크림 첨가제 활용가능)MgAlCO3 replaced with dihydroxybenzophenonco-precipitation organic modification(Li et al., 2014a)
화장품소재 물성개선(유기변성제의 LDH 층간 배위특성에 따른 UV흡수/열적 특성 조절, 선크림 첨가제 활용가능)ZnAlCO3 replaced with dihydroxybenzophenon and dodecylbenzenesulfonateco-precipitation organic modification composite with Si-substreate(Li et al., 2014b)
화장품소재 기능성 개선(레티놀(비타민A) 안정화 및 취급 저장성 개선, 리포좀 대체 효과 향상)MgAlCO3 replaced with retinoic acidco-precipitation solvothermal treatment(Park et al., 2015)
화장품소재 기능성 개선(유기 개질된 소수성 LDH를 이용한 적색안료-항산화물질(astaxanthin)의 흡착 및 열안정성 향상, 자외선차단물질(cinnamic acid)의 빛 안정성 향상)MgAl, ZnAlCO3, (NO3) (replaced with dodecylsulfate, hexamethyltetramine, cinnamate)co-precipitation solvothermal treatment organic modification(Park et al., 2018)
Environmental sensor materials
환경센서 촉매소재 물성개선(LDH 복합체를 이용한 Hydroquinone 선택적 검출 성능 개선, 촉매소재 안정성 및 재현성 증가)ZnAlNO3co-electrodeposition by cathodic reduction deposition composite with graphene(Kwon and Hong, 2013)
환경센서 촉매소재 물성개선(잘 분산된 LDH에 의한 은 전극의 환경 독소(thiourea) 검출 성능 향상)ZnV(III)Clco-precipitation, surface modification of silver electrode by well-dispersed LDH(Khan et al., 2015)
환경센서 촉매소재 물성개선(LDH와의 복합체에 의한 촉매소재 비표면적, 전기전도성, 이온분산 특성 개선 및 수중 항생제(norfloxacin) 검출 성능 향상)NiCoCO3, (NO3)co-precipitation solvothermal treatment composite with tungsten carbide on the electrode(Joseph et al., 2022)
Agricultural materials
(리뷰논문) 농업 비료소재로서 LDH의 적합성 및 활용성 논의(N, urea 저속 배출 및 토양 내 NO3 조절에 활용 가능)주로 MgAl (다양한 구성)(Noh et al., 2015)

Table 10 . Basic physicochemical properties of LDHs.

핵심 연구내용LDH 구성LDH(/복합체)제조법 참고문헌
팔면체 양이온층간 음이온
LDH의 수화-탈수 특성 및 그에 따른 층간 구조 변화 규명 (음이온 교환을 통한 반응성 유기분자의 캡슐화에 응용 가능)MgAlCO3conventional co-precipitation from LDH solution containing metal ions (Mg and Al)(Rhee and Kang, 2002)
LDH 구조변화 특성 규명(LDH 층간 간격 조절 핵심인자 도출로 반응성 유기분자의 삽입에 중요 정보 제공)MgAlCO3, (NO3 사용된 시약으로부터 일부 잔존하는) replaced with step-wise aliphatic α,ω-dicarboxylic acidsco-precipitation solvothermal treatment organic modification(Lee et al., 2005)
LDH-그래핀 복합체화에 따른 입자 응집방지, 구조 및 형태와 열적 특성 개선, 복합체화 기작 규명(기질 표면 반응성 촉매의 균질한 분산 및 3D 공극구조 형성에 중요 정보 제공)ZnAlNO3co-precipitation hydrothermal treatment composite with graphite oxide(Lee et al., 2011)
유기변성제(anthraquinone-2-sulfonate)의 층간 삽입에 따른 LDH의 구조, 형태 특성 규명(철 환원 방지 및 그에 따른 구조 변형 억제효과 확인)(CoNi)Fe(II, III)Cl replaced with anthraquinone-2-sulfonateco-precipitation hydrolysis of hexamethylenetetramine (HMT) and oxidation of Fe2+by anthraquinone-2-sulfonate additional heating organic modification(Lee et al., 2012)
stearate 수지에 대한 LDH 층간 이온교환능 비교(Zn-LDH > Al-LDH), 그에 따른 LDH 구조 변화 특성 규명MgAl, ZnAlNO3 replaced with stearate anionsco-precipitation(Mahboobeh et al., 2015)
LDH 층간 음이온교환 및 그에 따른 구조변화 특성 규명(층간 CO3의 Cl 치환 특성 규명)MgAlCO3, (NO3)co-precipitation(Tomohito et al., 2016)
유기용매 없이 LDH 층간 CO3와의 음이온 교환을 통한 terephthalate의 삽입 가능성 확인 및 최적조건 규명ZnAlCO3 replaced with terephthalateco-precipitation composite with Al-doped ZnO(AZO)/Si substrate(Park and Yoon, 2017)
AZO substrate의 성분 조절을 통한 기판의 Zn이온 공급효과 확인, 이를 이용한 코팅 광물상 조절(ZnAl-LDH와 ZnO) 및 최적 형성 조건과 형성기작 규명ZnAlNO3 replaced with hexamethylenetetraminein situ growth of LDH by seeding method solvothermal treatment composite with AZO substrate organic modification(Baek and Park, 2017)
합성법(용액 주입순서)과 pH조건에 따른 LDH 입자 특성 (입자크기, 분포, 형상 및 형성기작) 및 최적 LDH 형성조건 규명MgAlCO3co-precipitation by 1) adding MgAl solution into NaOH/Na2CO3 solution, 2) injection reversely, 3) same with 1) at constant pH(Tomohito and Yoshiaki, 2017)
수열합성과 박리에 의한 고종횡비 LDH 나노시트 합성 연구: LDH의 결정도, 크기, 형상(종횡비)에 미치는 첨가제(urea, hexamethylenetetramine), 온도 및 박리 효과 규명MgAlNO3 replaced with hexamethylenetetramineco-precipitation organic modification solvothermal treatment(Hwang et al., 2017)
LDH복합체화에 의한 전/자기유변학적(electro/magnetorheological) 이중 특성 개선 및 소재 다기능화 연구: 브레이크, 의료장비, 로봇공학 분야 응용 가능)NiAlNO3co-precipitation organic modification solvothermal treatment composite with Fe3O4 through electrostatic adsorption(Li et al., 2018)
(리뷰논문) 단단한 기판 위에서의 LDH의 성장 및 나노구조 제어기술에 관한 최신 연구동향 논의(Jeon and Park, 2018)
극무산소환경하 황산염 및 탄산염 그린러스트의 형성 기작 및 이화학적 특성 규명Fe(II, III) (green rust)SO4, CO3,co-precipitation(Lee et al., 2022b)

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Feb 29, 2024 Vol.57 No.1, pp. 1~91

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Economic and Environmental Geology

pISSN 1225-7281
eISSN 2288-7962
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