다아라 매거진 _ 2018.07

기술뉴스

[Technical News]광 스위치 소재 작동과정, 국내 기술로 규명 성공

엑스선 분광법 이용해 매커니즘 확인

[Technical News]광 스위치 소재 작동과정, 국내 기술로 규명 성공 - 다아라매거진 기술뉴스
광 변색 이성질체 현상의 반응 메커니즘


과학자들은 주로 극초단 레이저 기술을 이용해 짧은 시간에 일어나는 화학 반응의 분자의 움직임, 전자 구조의 변화 등을 연구해 왔지만 레이저 측정법의 한계로 레이저 기술만으로는 분자의 움직임 및 전자 구조 변화에 대한 자세한 정보를 얻을 수 없다. 짧은 시간에 변화하는 전자 구조 변화 측정을 위해서는 레이저 기술과 엑스선 분광 기술을 결합한 시간분해 엑스선 분광법을 이용해야 한다.

국내 연구진이 초고속 카메라로 촬영하듯이 분자의 움직임을 관찰해 빛에 의해 이성질체로 변하는 화학반응 과정을 밝혀냈다. 김태규 교수(부산대학교) 연구팀은 엑스선 분광법을 이용해 루테늄(Ru) 기반 물질의 광 변색 과정을 규명했다고 한국연구재단은 밝혔다.

연구팀은 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 획득해냈다.

이를 통해 연구팀은 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. 또한 이 과정에서 발생하는 중요한 반응 중간체를 발견해 학계에 보고했다.

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”라고 설명했다. “이 연구에서 개발된 엑스선 분광법을 바탕으로 다양한 에너지 소재의 작동 과정을 규명할 수 있을 것이다“라고 연구의 의의를 덧붙였다.

김 교수는 덧붙여 “이 연구 성과는 기존에 측정이 어려웠던 텐더 엑스선 영역에서 처음으로 시간분해 엑스선 분광법을 확립한 것”이라며 “본 연구 방법은 다양한 광전환 에너지 소재의 반응 메커니즘을 규명하는데 활용될 수 있어서 메커니즘 기반의 분자 소재 설계에 중요한 단초를 제공할 수 있다”고 말했다.

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