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빛이 화학에너지로 바뀌는 찰나 최초 규명

최종수정 2019.06.04 12:00 기사입력 2019.06.04 12:00

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화학硏, 초당 1조장 촬영 펨토초 레이저 이용…네이처 커뮤니케이션즈 게재

백진욱 한국화학연구원 박사가 인공광합성 광촉매 연구를 수행하고 있다.

백진욱 한국화학연구원 박사가 인공광합성 광촉매 연구를 수행하고 있다.

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[아시아경제 김철현 기자] 국내 연구진이 태양빛이 화학에너지로 바뀌는 광화학 반응의 초기과정을 처음 밝혀냈다. 한국화학연구원은 이산화탄소 에너지벡터연구센터 백진욱 박사팀이 빛이 인공광합성의 핵심인 공유결합성 유기 골격체(COF) 광촉매상에 조사된 후 전자와 정공으로 생성 및 분리되는 찰나의 순간을 세계 최초로 포착했다고 4일 밝혔다. 이번 연구 성과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 최근 게재됐다.


인공광합성은 태양빛만을 이용해 이산화탄소로부터 유용한 화합물을 만드는 시스템이다. 식물의 광합성에서 착안했으나 포도당만 생산하는 자연광합성과 달리 포름산과 메탄올, 의약품 등 여러 화합물을 선택적으로 생산할 수 있다. 연구진은 '펨토초 레이저 기술'을 이용해 COF 광촉매에서 빛이 흡수된 후 극고속으로 전하가 이동한다는 사실을 관찰하고 전하 분리 상태를 학계에 최초로 보고했다.

펨토초 레이저 기술은 찰나에 변화하는 분자의 전자 구조 변화를 실시간으로 측정하는 기법이다. 초당 1조장의 사진을 찍는 고속 연사 카메라로 빛이 광촉매에 닿는 찰나에 일어난 일을 촬영한 셈이다. 과거 빛이 COF 광촉매에 조사된 후 형성된 전자가 전달되는 과정을 규명한 적은 있었지만, 전자가 생성되는 순간을 포착한 것은 이번이 처음이다.


백진욱 박사는 "COF 광촉매상에 빛이 조사되자마자 전자와 정공이 어떻게 생성되고 움직이는지 원리를 알게 됐다"면서 "앞으로 인공광합성용 광촉매 성능을 향상시킬 수 있는 밑바탕을 마련한 것"이라고 말했다.


김철현 기자 kch@asiae.co.kr

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