Pollen grains have represented promising biotemplates to fabricate 3D hierarchical structures due to their extremely resistant outer walls (exine) and uniform morphology in a given plant species. Here, we report a simple and green approach for the synthesis of metal oxides by using functionalized sporopollenin exine capsules (SECs) derived from Lycopodium clavatum as a novel template. After extracting the SECs, we generated carboxylates on the SECs through a facile NaOH treatment, to induce electrostatic interactions between the metal ions in the precursor solution and surface of the SECs. The prepared pollen-templated metal oxides (ZnO, CeO$_2$, and Fe$_2$O$_3$) successfully maintained the hierarchical shape of the pollen (Lycopodium) consisting of numerous nanoparticles and exhibited a larger surface area than that of commercial metal oxides. Results of the methylene blue degradation test under visible light showed that our pollen-templated metal oxides outperformed the commercial metal oxides in terms of the photocatalytic performance.
꽃가루 알갱이는 매우 저항력이 강한 외벽 (exine)을 가지고 있고, 같은 식물 종에서는 형태와 크기가 균일하기 때문에 3D 계층 구조의 재료를 합성하는 템플릿(주형)으로서 각광받고 있다. 우리는 Lycopodium clavatum이라는 식물 종에서 추출해 낸 Sporopollenin exine capsule (SEC)을 새로운 주형으로 사용하여 금속 산화물을 간단하고 환경 친화적인 방법으로 합성하였다. SEC를 추출한 후, 우리는 NaOH 처리를 통해 SEC 표면에 강한 음전하를 가진 Carboxylate 그룹을 생성하였고, 전구체 용액 속의 금속 이온이 SEC 표면과 정전기적 상호 작용으로 결합하도록 유도하였다. 그 후에 금속 이온이 결합된 SEC를 고온에서 하소시켜 SEC는 제거하고 금속산화물을 합성하였다. 이렇게 합성된 꽃가루 주형 기반의 금속 산화물 (ZnO, CeO$_2$, Fe$_2$O$_3$)은 수많은 나노 입자로 구성되어 있으면서도 전체적으로 꽃가루 (Lycopodium)의 계층적 형태을 성공적으로 유지했으며, 상업용 금속 산화물보다 더 큰 표면적을 나타내었다. 가시 광선 하에서 메틸렌 블루 분해 테스트 결과, 꽃가루 주형 기반의 금속 산화물이 광촉매 성능 측면에서 상업용 금속 산화물보다 우수한 것으로 나타났다.
