국내 연구진, 화학반응 교차점 반응 메커니즘 규명

  • 경제/과학
  • 기업/CEO

국내 연구진, 화학반응 교차점 반응 메커니즘 규명

  • 승인 2017-12-03 10:27
  • 신문게재 2017-12-04 12면
  • 방원기 기자방원기 기자
22
반응교차점에서 시작된 반응 그래프, 단열반응경로(빨간색)와 비단열반응경로(파란색)로 나눠진다.
반응교차점 메커니즘 개념도
반응교차점 메커니즘 개념도
우경철 박사과정, 김상규 교수, 강도형 박사과정
왼쪽부터 우경철 박사과정, 김상규 교수, 강도형 박사과정
국내 연구진이 분자의 결합이 화학 반응에 대한 인식을 바꿔 줄 반응 메커니즘을 규명했다.

3일 KAIST에 따르면 화학과 김상규 교수 연구팀이 분자의 결합이 떨어지는 화학반응의 교차점에서 발생하는 두 가지 반응 경로를 실시간으로 관찰해 정확한 속도를 측정하는 데 성공했다.

빛을 받아 일어나는 화학반응은 전자적으로 들뜬 상태에서의 상호작용을 통해 발생한다. 일반적으로 전자상태 간의 상호작용은 한 개의 경로를 갖는 것이 보통이다. 하지만 양자상태에 따라 반응속도가 변하는 현상이 종종 발견되기도 한다.

이렇게 두 개 이상의 서로 다른 성격을 지닌 위치에너지곡면들이 교차하는 지점을 원뿔형 교차점(conical intersection)이라고 부른다. 이 구간은 화학반응에 대한 양자역학적 기술을 가능케 하는 '본-오펜하이머 가정(Born Oppenheimer approximation)'이 성립하지 않는 영역으로 알려져 있다.

김 교수는 2010년 분광학적 방법을 통해 이 원뿔형 교차점의 존재를 발견했고 이는 곧 에너지곡면 교차점의 양자상태 반응의 시작점임을 증명했다. 여기서 출발한 반응은 매우 다른 반응속도를 가진 서로 다른 두 경로로 분리돼 진행된다는 것도 밝혔다.

그러나 일반적인 분광법을 통해서 교차점의 시작점은 알 수 있었지만 각 곡면이 갖는 속도를 측정하는 것은 불가능했다.

연구팀은 기존의 분광법이 아닌 피코초(1조분의 1초) 시간분해능 분광법을 이용했다. 기존 기술은 나노초를(10억분의 1초) 기반으로 한 실험을 이용한하기 때문에 에너지 부분에서는 정확하게 측정할 수 있지만 나노초로는 반응의 속도를 측정할 수 없다. 화학반응이 나노초 이내에서 이뤄지기 때문이다.

연구팀의 피코초 시간분해능 분광법은 에너지와 시간 모두 정확하게 측정할 수 있기 때문에 원하는 결과를 얻을 수 있었다.

연구팀은 본-오펜하이머 가정이 성립하는 단열 반응(adiabatic reaction)과 본-오펜하이머 가정이 성립하지 않는 비단열 반응(non-adiabatic reaction) 각각 두 개의 경로가 활성화되고 반응 속도 뿐 아니라 생성물의 에너지 분포 등이 큰 차이를 보임을 확인했다.

자유도의 수가 많은 복잡한 분자 반응에서 양자상태에 근거한 반응교차점에서의 비 단열성을 정량적으로 관찰하고 설명한 경우는 처음이다. 이를 통해 향후 있을 이론적, 실험적 연구의 촉진에 기여할 것으로 기대된다.

김 교수는 "기초과학 연구는 인류가 자연을 이해하고 지혜롭게 이용하는데 필수적이며 기초과학의 발전 없이 새로운 기술적 진보를 기대하기는 힘들다"며 "이번 연구를 통해 기초과학의 연구에 열정을 다할 수 있는 젊은 학문적 기대주들이 많이 성장할 수 있길 바란다"고 말했다.

한편, 김 교수는 지난 2010년 실험을 통해 두 반응의 위치에너지의 곡면이 만나는 화학반응의 핵심인 '원뿔형 교차점'의 존재와 분자구조를 규명한 바 있다. 이번 연구를 통해 화학반응의 교차점에서 발생하는 두 반응의 속도를 정확하게 측정함으로써 관련 연구의 이론적, 실험적 발전에 기여할 것으로 기대된다.

우경철, 강도형 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 '미국화학회지(JACS)' 11월 7일자 온라인 판에 게재됐다.
방원기 기자 bang@

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 천안종축장이전개발추진위, 민선 9기 출범 맞아 국가산단 성공 완수 '결의'
  2. [독자권익위원 칼럼] 클래리티 법안과 스테이블 코인
  3. 대전 경찰직협, 강제 순환인사 반대 "전국 움직임 더 커질 것"
  4. 세종시 5-2생활권 첫 분양… 글미마을 676세대 공급
  5. 아산시, 풍기역지구 체비지 본격 매각 돌입
  1. 대전 ‘국가 반도체종합연구소’ 유치 승부수…차세대 반도체 선도 거점 노린다
  2. 경기도 교육청 교육장 선발제, 운영 신뢰성 도마
  3. 충남도 공무원 사칭 피해, 산하기관까지 번져… 주의 요구
  4. 중국 광둥성·구이저우성, 문화·관광 협력 기반 확대
  5. 충남개발공사, 혹서기 현장안점 점검 실시

헤드라인 뉴스


대전 ‘국가 반도체종합연구소’ 신설 건의… 반도체 선도 거점 노린다

대전 ‘국가 반도체종합연구소’ 신설 건의… 반도체 선도 거점 노린다

대전시가 30일 차세대 반도체 글로벌 시장을 선도하는 메카로 부상하겠다는 비전을 제시하면서 정부에 '국가 반도체종합연구소' 지역 내 신설을 촉구했다. 과학수도 대전의 최적인 반도체 R&D 역량을 내세워 이재명 정부 반도체 산업 연구개발 거점으로 우뚝 서겠다는 것이다. 대전시의 이 같은 구상은 얼마 전 정부의 '반도체 굴기' 대형 국책사업인 3대 메가 프로젝트에서 배제돼 미래산업 경쟁에서 뒤처지는 것 아니냐는 우려를 불식하고 주도권을 쥐기 위한 승부수로 풀이된다. 중도일보 취재 결과, 이날 오후 대전 유성구 나노종합기술원에서 열린 한..

주말에도 35도 안팎 `찜통더위`… 다음 주 충청권 더 뜨거워진다
주말에도 35도 안팎 '찜통더위'… 다음 주 충청권 더 뜨거워진다

대전·세종·충남에 내려진 폭염특보가 주말에도 이어지면서 낮에는 35도 안팎의 찜통더위가, 밤에는 열대야가 나타나는 곳이 많겠다. 당분간 뚜렷한 비 소식 없이 맑은 날씨가 이어지는 데다 다음 주에는 동쪽에서 뜨겁게 달아오른 바람까지 불면서 충청권의 더위가 한층 심해질 전망이다. 30일 대전지방기상청에 따르면 이날 오전 11시 기준 대전과 세종, 충남 전 지역에 폭염특보가 발효 중이다. 충남 부여·청양·태안과 세종 남부에는 폭염경보가, 대전과 세종 북부를 비롯한 충남 나머지 지역에는 폭염주의보가 내려졌다. 대전과 충남 일부 지역에는 밤..

2026년도 시공능력평가, 대전 1위 계룡건설… 장원토건 전국 순위 큰폭 상승
2026년도 시공능력평가, 대전 1위 계룡건설… 장원토건 전국 순위 큰폭 상승

충청권 향토 건설사인 계룡건설산업(주)이 올해 시공능력평가에서 대전지역 1위를 차지했다. 2위는 (주)금성백조주택, 3위는 파인건설(주)이 이름을 올렸다. 유성구에 본사를 둔 장원토건(주)은 전국 순위가 큰 폭으로 상승하며 지역 건설사 중 가장 눈에 띄는 성장세를 보였다.국토교통부와 대한건설협회는 전국 종합건설업체를 대상으로 공사실적, 재무상태, 기술능력, 신인도 등을 종합평가한 '2026 시공능력평가'를 발표했다.대전에선 계룡건설산업이 시평액 3조 1064억원으로 1위를 차지했다. 계룡건설은 전년보다 1312억 원 증가, 처음으로..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 과태료 부과 무시한 채 불법광고물 부착 과태료 부과 무시한 채 불법광고물 부착

  • 한성숙 총리, ‘충청권을 반도체 성장축으로’ 한성숙 총리, ‘충청권을 반도체 성장축으로’

  • 민선9기 재정혁신 발표하는 허태정 대전시장 민선9기 재정혁신 발표하는 허태정 대전시장

  • ‘더위 조심하세요’ ‘더위 조심하세요’