국내 연구진, 광 스위치 소재 작동과정 규명

- 엑스선 분광법을 이용한 기능성 소재 메커니즘 규명

 

국내 연구진이 초고속 카메라로 촬영하듯이 분자의 움직임을 관찰, 빛에 의해 이성질체로 변하는 화학반응 과정을 밝혀냈다.

27일 한국연구재단에 따르면 김태규 교수(부산대학교) 연구팀은 엑스선 분광법을 이용해 루테늄(Ru) 기반 물질의 광 변색 과정을 규명했다.

연구진은 화학반응의 과정을 밝혀내기 위해 레이저 기술과 엑스선 분광법을 결합했다. 레이저 기술은 다양한 분자 및 전자 구조를 관찰하기 위해 활용돼 왔다. 여기에 1초에 1조번 이상 촬영할 수 있는 엑스선을 결합해 분자의 움직임, 전자의 재배치 과정에 대해 보다 정확한 정보를 획득해 냈다.

이를 통해 연구진은 루테늄(Ru) 기반 화합물의 광 변색 이성질체 반응 경로를 규명했다. 이는 화합물이 빛을 흡수한 뒤 분자의 특정 구조에 변화가 일어나서 색이 바뀌는 현상이다. 특히 광 변색 화학반응이 단일 경로였던 기존 연구결과와 다르게, 두 종류의 반응 경로가 경쟁적으로 일어난다는 것을 밝혀냈다. 이 과정에서 발생하는 중요한 반응 중간체도 발견했다.

김태규 교수는 “루테늄(Ru)은 광 스위치 소자 및 태양광 전환 소재 등 기능성 소재에 자주 활용되는 원자로써, 이 원자의 흡수에너지 영역에서 엑스선 분광 측정에 성공한 것은 최초”라며 “이 연구에서 개발된 엑스선 분광법을 바탕으로 다양한 에너지 소재의 작동 과정을 규명할 수 있을 것“이라고 내다봤다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(전략공모, 기초연구실), 글로벌연구협력지원사업의 지원으로 수행됐다. 국제학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 5월 18일자 논문으로 게재되었다.