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| ↑↑ 왼쪽부터 DGIST 화학물리학과 서대하 교수과 안용덕 박사과정생. |
| DGIST 화학물리학과 서대하 교수 연구팀이 나노 촉매에서 일어나는 복잡한 화학 반응 속에서 전자의 전이 및 전달을 조절하고 관찰할 수 있는 광학현미경 기술을 개발했다. 이 기술은 광촉매를 단일 입자 수준으로 정밀 연구하기 위한 새로운 실험 전략인 시스템 화학적 실험 전략을 제공할 것으로 기대된다.
금(金)과 같은 나노미터 수준의 플라즈모닉 금속은 가시광선의 영역 중 넓은 곳에서 빛의 흡수율이 높아 반도체 광촉매와 결합해 광 흡수율을 높이는 매개체 역할을 하게 된다. 빛의 흡수를 통한 반응으로 전자가 에너지를 얻어 이동하는 들뜸 현상이 발생하고, 금속의 크기 빛의 파장 등에 따라 다양한 경로를 통해 나타나게 된다.
이러한 전자의 이동이 촉매로서 어떠한 영향을 나타내는지에 대해서는 다양한 가설이 존재하는데, 연구팀에서는 기존처럼 화학반응을 관찰하는 방법보다 실험적으로 간단하고 정교한 현미경을 새로 개발해 해당 가설들에 대한 검증과 나아가 전자의 전이 방식의 모습도 밝혀낼 수 있었다.
특히 서대하 교수 연구팀은 혼성 나노입자(예를 들어 금과 산화구리를 합한 '금·산화구리')와 각기 다른 파장(색)의 레이저(예를 들어 레이저 A, B, C를 A+B, A+C…A+B+C)를 각각 새로운 형태로 조합해 서로 이들 간의 반응을 조사하는 방식으로 전자의 들뜸 현상에 대한 다양한 가설들을 실험을 통해 정교하게 수행해 하나씩 검증했다.
이를 통해 금 나노입자에서 전자 들뜸을 선택적으로 유도할 수 있었고, 그에 따른 촉매의 반응성 증가를 평가해 기여도를 정량적으로 분석할 수 있었다. 또, 이 들뜬 전자들은 반도체로 전달돼 안정성과 반응성을 동시에 증가시키는 것을 확인했다.
서대하 교수는 “이번에 보고한 관찰 기술은 높은 정밀성, 효율성, 낮은 가격으로 화학반응을 관찰한 기술”이라며, “촉매의 정교한 설계에 기여할 뿐만 아니라, 나노입자를 활용한 의약품의 정교한 평가 및 제어 기술로 적용될 수 있을 것이라 기대된다”고 밝혔다.
한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 선도연구센터, 바이오의료기술개발사업, DGIST의 그랜드첼린지연구혁신프로젝트의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 화학분야 최상위 국제 학술지 '캠(Chem, IF=22.8)'에 지난달 27일자로 온라인 게재됐다.
황보문옥 기자 |
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