1천조분의 1초 내 짧은 순간의 '전이상태' 측정 성공
KAIST 화학과 김상규 교수팀, 분광학으로 직접 관찰
전이상태 분자구조 밝혀…향후 고효율 촉매 설계 지원
![[대전=뉴시스] 광학적 기법으로 밝혀진 메틸아민 분자가 전이상태에서 갖는 분자구조의 변화.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지](https://img1.newsis.com/2025/02/04/NISI20250204_0001762409_web.jpg?rnd=20250204134130)
[대전=뉴시스] 광학적 기법으로 밝혀진 메틸아민 분자가 전이상태에서 갖는 분자구조의 변화.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지
한국과학기술원(KAIST)은 화학과 김상규 교수팀이 화학반응의 전이상태(Transition-State) 구조를 실험적으로 밝히는 데 성공했다고 4일 밝혔다.
전이상태는 화학반응에서 반응물과 생성물 중간에 위치해 전체 반응의 속도와 에너지 분포 및 생성물의 수율을 결정짓는다.
전이상태 이론(Transition State Theory·TST)에서는 반응물과 생성물 중간에 위치한 전이상태의 분자구조 및 동역학적 특성에 의해 반응속도, 생성물의 상대적 수율, 에너지 분포 등이 결정된다고 보고 있다.
현재 전이상태는 펨토초(1천조분의 1초)보다 더 짧은 시간 동안만 존재하므로 전이상태를 직접 실험적으로 관찰하는 것은 매우 어렵다.
김 교수팀은 이번 연구에서 자유도가 매우 큰 다원자 분자인 메틸아민(CH3ND2)의 화학결합 분해반응 경로상 정의된 전이상태의 분자구조를 분광학적 방법으로 정확히 측정하고 수반되는 반응속도 변화를 분석, 전이상태 근처의 진동에너지에서 변환된 분자의 구조변화를 추적했다.
연구팀이 관측한 전이상태는 분광학적 기법을 통해 분자가 전이상태로 접근하면서 갖는 구조변화를 매우 정확하게 측정한 첫 번째 사례다.
특히 연구팀은 분광학 기법으로 측정된 정확한 전이상태 분자구조 변화에 따라 관찰된 반응속도의 급격한 변화를 통해 분자구조와 화학반응성 간 긴밀한 상관관계를 증명했다.
이번 연구 결과는 지난달 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, Vol. 16, 210)'에 대표적(Featured) 연구 성과로 발표됐다.
김상규 교수는 "복잡한 분자의 화학반응에서 전이상태에 접근하며 급격하게 변화하는 분자구조를 분광학 및 반응동역학 기법으로 밝힌 것은 처음"이라며 "전이상태 구조는 특정 화학반응을 선택적으로 빠르게 할 수 있는 고효율 촉매 설계에 가장 근원적인 정보를 제공할 것"이라고 말했다.
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