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성과명분자가 탄생하는 모든 순간(35펨토 초) 포착

Mapping the emergence of molecular vibrations mediating bond formation(Nature (IF: 42.778, 2019년 기준) )

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지원사업
기초과학연구원 연구운영비 지원사업
지원 기관
과학기술정보통신부
연구 기관
기초과학연구원(IBS)
연구자
김종구, 이효철
발표일
2020-06-25
조회수
95

분자가 탄생하는 모든 순간(35펨토 초) 포착


1/1,000조 초 관측하는 특수 광원으로 화학결합의 전 과정 관찰 성공



개요

기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단 이효철 부연구단장(KAIST 화학과 교수) 연구팀은 원자가 결합하여 분자가 탄생하는 모든 과정을 실시간으로 관찰하는데 성공했다. 이번 성과는 세계 최고 권위의 학술지 Nature (IF 43.070) 온라인 판에 한국 시간으로 6월 25일에 게재되었다.


연구 내용

연구진은 기존보다 더 빠른 움직임을 볼 수 있도록 향상시킨 실험기법과 구조 변화 모델링 분석기법으로 금 삼합체(gold trimer) 분자의 형성과정을 관찰했다. 그 결과, 세 개의 금 원자를 선형으로 잇는 두 개의 화학결합이 동시에 형성되는 것이 아니라, 한 결합이 35펨토 초 만에 먼저 빠르게 형성되고, 360펨토 초 뒤 나머지 결합이 순차적으로 형성됨을 규명했다.
★ 세 개의 금 원자로 이뤄진 화합물(화학식 : [Au(CN)2-]3)로, 수용액 상에서 가까운 곳에 흩어져 있다가 빛(레이저)을 가하면 반응하여 화학결합을 시작하는 특징이 있다.
또한, 화학결합이 형성된 후 원자들이 같은 자리에 머물지 않고 원자들 간의 거리가 늘어났다가 줄어드는 진동 운동을 하고 있음도 관측했다.
연구진은 앞으로 단백질과 같은 거대분자에서 일어나는 반응뿐만 아니라 촉매분자의 반응 등 다양한 화학반응의 진행 과정을 원자 수준에서 규명해 나갈 계획이다.


기대 효과

이번 연구로 실현된 ‘펨토 초 엑스선 회절법을 이용한 반응 경로의 실시간 추적’ 방법은 여러 화학반응의 메커니즘을 명확히 규명하고, 반응 효율을 극대화시키기 위한 핵심 정보를 제공할 수 있다. 이를 통해 다양한 유‧무기 촉매 반응 효율화 등 산업 및 공업 분야에 사용되는 여러 화학반응의 효율을 극대화시킬 수 있을 것으로 기대된다. 향후 더 복잡한 유기, 무기 화합물과 거대 분자의 반응 과정을 원자 수준으로 볼 수 있는 단계까지 발전시켜 나간다면 단백질과 같은 수천 개의 원자로 이뤄진 복잡한 분자의 반응 메커니즘까지도 상세히 규명할 수 있을 것으로 기대하고 있다.


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