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.