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. 가짜뉴스 3.0 시대 -민생과 시장 경제 보호 위한 대응전략
  2. [교정, 사회를 다시 잇다] 수용자 돌볼 의사 모집공고만 3번째…"치료와 재활이 곧 교정·교화인데"
  3. 충남대병원 공공부문, 공공보건의료 네트워크 활성화 세미나 개최
  4. 한국수자원공사, 2026 홍수기 맞춰 '댐 시설' 사전 점검
  5. 대전 공공재활병원 피해 부모들 “허위치료 전수조사해 책임 물어야"
  1. ‘인상 vs 동결’ 내일 4차 석유 최고가격제 향방 촉각
  2. "취지 빠진 정책, 출발선은 같아야"…서울대 '3개'만 만들기 논란 지속
  3. 장기 정지 원전설비 부식 정도 정확히 측정한다… 원자력연 실증 완료
  4. 대전 급식 파행 재현되나… 차질 우려에 교육감 후보 중재 나서기도
  5. 지방선거 전 행정수도법 통과 불발에 세종 정치권 '유감'

헤드라인 뉴스


정부 양자클러스터 공모 본격… 대전, 연구집적 경쟁력 통할까

정부 양자클러스터 공모 본격… 대전, 연구집적 경쟁력 통할까

대전시가 정부의 국가 양자클러스터 공모에 뛰어들 채비를 마치면서, 국내 최대 연구개발 집적지가 실제 산업 거점으로 이어질 수 있을지 시험대에 오르고 있다. 정부가 국가 전략기술로 꼽히는 양자산업 육성에 본격 시동을 걸자 대전도 KAIST와 정부출연연구기관을 중심으로 구축한 연구 인프라를 앞세워 유치전에 가세했다. 23일 과학기술정보통신부에 따르면 정부는 내달 18일까지 국가 양자클러스터 지정 공모 신청을 받는다. 양자컴퓨팅·양자통신·양자센싱 등을 중심으로 지역 거점을 조성하는 사업이다. 정부는 기술 변화 속도와 산업 불확실성을 고려..

"지선 전 통과 불발" 세종 행정수도특별법, 앞으로 향방은
"지선 전 통과 불발" 세종 행정수도특별법, 앞으로 향방은

6월 지방선거 전 통과가 사실상 불발된 세종 행정수도특별법(이하 행정수도법)의 향방에 이목이 집중되고 있다. 앞서 '조속한 처리'를 내세웠던 여·야 지도부의 약속이 큰 실망감으로 돌아온 만큼, 앞으로의 처리 절차에 지역사회 여론이 더욱 집중되고 있는 모양새다. 23일 국회에 따르면 전날 국토교통위원회 법안심사소위원회는 행정수도 완성을 골자로 발의된 특별법 5건(황운하·강준현·김종민·김태년·엄태영·복기왕 등 대표 발의, 발의순)의 첫 논의를 시작했지만 심사를 보류한 뒤 공청회를 열기로 했다. 위헌 소지와 국민적 공감대 등을 두고 보완..

대전 `도마1동 행정복지센터`, 신생 핫플레이 상권으로 `주목`
대전 '도마1동 행정복지센터', 신생 핫플레이 상권으로 '주목'

대전지역 곳곳에서 신생 상권이 새롭게 형성되고 있다. 평소 주목받지 못했던 지역에 아파트가 들어서면서 슈퍼마켓을 비롯해 채소·과일, 정육점 등이 잇따라 문을 열고 있어서다. 기존 상권과 달리 신규 창업 점포가 눈에 띄게 눈에 띄게 확장되자 창업을 고민하는 이들에게 또 하나의 블루오션으로 주목받는다. 22일 소상공인 365 빅데이터가 추려낸 대전 신생 핫플레이스는 대전 서구 도마동에 위치한 '도마1동 행정복지센터' 인근이다. 신생 핫플레이스란, 상권이 형성된 지 얼마 되지 않은 장소로 최근 들어 급부상하는 곳을 뜻한다. 8만 8800..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 꽃밭에서 펼치는 투표참여 캠페인 꽃밭에서 펼치는 투표참여 캠페인

  • ‘장애·비장애 경계 허물고’ ‘장애·비장애 경계 허물고’

  • ‘에너지 절약 동참해주세요’ ‘에너지 절약 동참해주세요’

  • 자연 속 힐링 요가 자연 속 힐링 요가