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. 충청권 광역철도·국도32호선 대체우회도로 건설 '고비 넘었다'
  2. 천안시 인구 71만명 돌파
  3. 충청권 시·도지사 李대통령에 핵심 현안 관철 촉구
  4. 한밭대 총장선거 3파전…‘연구·재정·산학협력’ 해법 경쟁
  5. '교육예산 확대→축소' 달라진 최교진? 지방교육교부금 개편 파장
  1. 충남대병원 구윤서·권은진 교수, 어지럼 진단부터 치료·재활 플랫폼 개발 착수
  2. '5극3특 성장엔진'에 충청권, 차세대 반도체·디스플레이, 고부가 바이오 의약·소재 등 4개 선정
  3. 충청권 학생 2만명 감소… 초등생 급감이 주도
  4. 세종기후·환경네크워크, 폭염 취약계층 지원 눈길
  5. 누리호 5호기 발사 '카운트다운'…소자·부품 우주검증 '대전샛' 곧 고흥으로

헤드라인 뉴스


대전시 지역화폐,  온통대전으로 옷 바꾸고 혜택 늘려 재개

대전시 지역화폐, 온통대전으로 옷 바꾸고 혜택 늘려 재개

대전시 지역화폐가 민선 9기 출범과 함께 '온통대전 2.0'이 옷을 갈아 입고 더 큰 혜택으로 재개된다. 앞서 대전시는 재정 부족으로 지역화폐 캐시백 지급을 중단했는데, 민선 8기 출범 이후 예산을 확보해 9월부터 연말까지 캐시백을 지급할 방침이다. 허태정 대전시장은 27일 시청 브리핑실에서 기자회견을 열고 "2024년 기준 대전지역 소상공인 폐업률이 전국 광역자치단체 중 두 번째인 10.4%에 이를 정도로 자영업자들이 어려움을 겪고 있다"면서 "지역경제에 활력을 불어넣고 시민에 소비 기회를 줄 수 있도록 온통대전 2.0을 지역 순..

기준금리 3% 시대, 50조 넘어선 충청 가계부채 적신호... 주담대 금리 8%대 넘어서나
기준금리 3% 시대, 50조 넘어선 충청 가계부채 적신호... 주담대 금리 8%대 넘어서나

기준금리가 두 달 연속 0.25%씩 인상된 3%까지 올라서면서 50조 원을 넘어선 충청권 시중은행 가계부채에 건전성 관리에 적신호가 켜졌다. 이미 주택담보대출 금리 상단이 7%대를 넘어선 상황에서 기준금리 인상까지 겹치며 8%대를 웃돌 수 있다는 전망이 나오는 나오는데, 가까스로 잡힌 연체율이 재차 상승할 수 있다는 우려도 나온다. 한국은행 금융통화위원회는 27일 기준금리를 연 2.75%에서 3%로 0.25%포인트 인상했다. 7월 0.25%포인트 인상한 데 이어 두 달 연속 금리를 올렸다. 곧바로 연달아 금리를 올린 건 이번이 처음..

정부 `국도·국지도 건설 계획` 충남 8개 사업 예타 통과… 1조 1609억 `역대 최대 규모`
정부 '국도·국지도 건설 계획' 충남 8개 사업 예타 통과… 1조 1609억 '역대 최대 규모'

충남도가 국도·국지도 건설 8개 사업에 대한 예비타당성조사(이하 예타)를 일괄 통과하면서 역대 최대 규모의 교통망 확충 예산이 반영될 예정이다. 도는 이번 예타에 통과하지 못한 4곳에 대해서도 추후 반영될 수 있도록 행정력을 집중한다는 방침이다. 홍종완 도 행정부지사는 27일 도청 프레스센터에서 기자회견을 열고 "국토부 제6차 국도·국지도 건설계획(2026~2030년) 후보 사업 중 8개 사업이 기획예산처 일괄 예타를 통과했다"고 밝혔다. 이번에 예타를 통과한 사업은 ▲당진 정미-송악(1593억 원) ▲공주 신영-문금(1389억 원..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 대입 수시 앞 실기준비 ‘구슬땀’ 대입 수시 앞 실기준비 ‘구슬땀’

  • ‘청렴문화 함께 만들어요’ ‘청렴문화 함께 만들어요’

  • ‘온통대전 2.0’ ‘온통대전 2.0’

  • 배롱나무와 유회당 배롱나무와 유회당