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'인공광합성 태양빛이 화학에너지로 바뀌는 찰나' 첫 규명

송고시간2019-06-04 14:46

한국화학연구원 성과…초당 1조장 촬영 '펨토초 레이저' 활용

인공광합성 광촉매 연구 중인 화학연 백진욱 박사
인공광합성 광촉매 연구 중인 화학연 백진욱 박사

[한국화학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국화학연구원(화학연)은 백진욱 이산화탄소 에너지 벡터연구센터 박사팀이 인공광합성 태양 빛의 전자·정공 분리 순간을 최초로 확인했다고 4일 밝혔다.

인공광합성은 태양 빛만을 이용해 이산화탄소로부터 유용한 화합물을 만드는 방식이다.

식물 광합성에서 착안했다.

포도당만 생산하는 자연 광합성과는 달리 폼산이나 메탄올 등 여러 화합물을 선택적으로 만들 수 있다.

백진욱 박사팀은 공유결합성 유기 골격 체(COF·Covalent Organic Frameworks)에서 빛이 흡수된 후 엄청난 속도로 전하가 이동한다는 사실을 관찰했다.

전하 분리 상태를 확인한 셈인데, 학계에 이 과정을 보고한 건 이번이 처음이다.

이번 성과는 초당 1조장의 사진을 찍는 펨토초 레이저 기술 덕분에 가능했다.

펨토초 레이저 기술은 분자 전자 구조 변화를 실시간으로 측정하는 기법이다.

반응 중인 분자에 펨토초 레이저를 연속적으로 쏘면 초고속으로 연달아 사진을 찍듯 분자 변화를 실시간으로 관찰할 수 있다.

고속 연사 카메라로 빛이 광촉매에 닿는 찰나에 일어난 일을 촬영했다는 뜻이다.

COF 광촉매 상 광화학반응 과정 개념도
COF 광촉매 상 광화학반응 과정 개념도

[한국화학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

백진욱 박사는 "COF 광촉매 상에 빛이 조사되자마자 전자(-)와 정공(+)이 어떻게 생성되고 움직이는지 원리를 알게 됐다"며 "인공광합성용 광촉매 성능을 향상할 수 있는 밑바탕을 마련한 것"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부 차세대 탄소 자원화 사업 지원을 받아 수행했다.

성과를 담은 논문은 네이처 커뮤니케이션즈 4월 23일 자에 실렸다.

기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응연구단 이효철 부연구단장과 김태우·전선홍 박사가 펨토초 레이저 기술 활용 과정에서 공동 연구를 했다.

walden@yna.co.kr

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