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. LOL캐릭터 대전에 다 모였다. 페이커 보러 왔다 발복 잡히는 곳
  2. 세종 파크골프 전문가 키운다… 제2기 아카데미 활짝
  3. 김하균 행정부시장, 2년 9개월 세종시 동행 마친다
  4. [조상호 세종시장 공약 돋보기] 시민 소통 '핵심 플랫폼', 차별화로 승부하라
  5. 가족사랑 금요장터서 농산물 구입
  1. 표준연, 양자컴퓨팅 국내기업 美 현지진출 돕는다
  2. 아산시 온양6동 온주마을, 국토부 '우리동네 살리기 프로젝트' 선정
  3. 지역 안전문화 확립 업무협약 체결
  4. 아산신협, 장학금 400만원 쾌척
  5. 아산시, 교육 지원체계 전면 개편

헤드라인 뉴스


서천 노루섬에 전 세계 노랑부리백로의 2%.저어새 5% 서식 확인...서천지속협 모니터링 결과

서천 노루섬에 전 세계 노랑부리백로의 2%.저어새 5% 서식 확인...서천지속협 모니터링 결과

충남 서천군 앞바다의 작은 무인도인 노루섬이 전 세계에서 가장 희귀한 새들의 최대 규모 번식지로 부상하며 국제적인 주목을 받고 있다. 서천군지속협 기후생태환경분과위원회가 2일 환경부 특정도서인 마서면 노루섬과 유부도 인근 검은여 일대에서 실시한 2차 조류 모니터링 결과 전 세계 노랑부리백로의 2%, 저어새의 5%가 서식하고 있는 것으로 확인됐다. 국제적 멸종위기종 보호를 위한 이번 모니터링에는 충남연구원 정옥식 박사와 서천지속협 전홍태 위원, 홍성민 사무국장이 참여했다. 조사 결과 노루섬에서 확인된 멸종위기 야생생물 Ⅰ급.천연기념물..

천안법원, 노조 지회장에 불이익 준 주류회사 관계자 벌금형
천안법원, 노조 지회장에 불이익 준 주류회사 관계자 벌금형

대전지법 천안지원 형사2단독은 노조 지회장에 불이익을 줘 노동조합및노동관계조정법위반 등 혐의로 기소된 A씨에게 벌금 500만원, B씨에게 벌금 250만원, C사에게 벌금 500만원을 선고했다. 5일 법조계에 따르면 A씨 등은 피해자가 2021년 6월부터 12월까지 노동조합 가입 및 지회 설립에 주도적으로 참여하고 사용자와 9회에 걸쳐 단체교섭을 실시했다는 이유로 2022년부터 배송담당지역을 천안시에서 서산시, 당진시 등 원거리로 변경하는 인사발령조치를 한 것으로 드러났다. 이들은 또 피해자가 2018년 5월부터 2022년 11월까지..

보은군 속리산 연꽃단지, 연분홍 연꽃 활짝 피어
보은군 속리산 연꽃단지, 연분홍 연꽃 활짝 피어

보은군 속리산 천연기념물 정이품송 인근에 조성된 ‘속리산 연꽃단지’가 만개한 연꽃으로 장관을 이루며 관광객들의 발길을 이어지고 있다. 약 1만 6000㎡ 규모의 속리산 연꽃단지에는 4000여 포기의 연꽃이 식재돼 있으며, 연분홍빛과 흰빛 연꽃이 어우러져 한여름의 정취를 물씬 자아낸다. 단지 곳곳을 가득 메운 연꽃은 푸른 자연과 조화를 이루며 아름다운 풍경을 연출해 가족 단위 나들이객은 물론 사진 애호가와 관광객들에게도 큰 인기를 얻고 있다. 연꽃단지는 데크 산책로와 잔디공원이 함께 조성돼 있어 연꽃을 감상하며 여유로운 산책을 즐길..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 가족사랑 금요장터서 농산물 구입 가족사랑 금요장터서 농산물 구입

  • 이재명 대통령, 충청권 첨단산업 발전비전 국민보고회 참석 이재명 대통령, 충청권 첨단산업 발전비전 국민보고회 참석

  • ‘개문냉방 안돼요’ ‘개문냉방 안돼요’

  • ‘함께하는 가치, 소비자의 힘’ ‘함께하는 가치, 소비자의 힘’