포스텍 화학과 김경환 교수 연구팀이 KAIST 화학과 황승준 교수 연구팀과 함께 10년 넘게 밝혀지지 않았던 니켈(Ni)과 이리듐(Ir) 광촉매의 협력 원리를 규명했다. 연구팀은 포항 4세대 방사광 가속기의 X선 자유전자레이저를 활용해 빛을 받은 직후 촉매에서 일어나는 변화를 초고속으로 관찰했으며, 연구 결과는 화학 분야 국제학술지 *Journal of the American Chemical Society(JACS)*에 게재됐다.

 니켈 촉매는 저렴하고 풍부한 금속이라는 장점에도 불구하고 반응 과정에서 특정 단계에서 반응이 멈추는 한계가 있었다. 이를 보완하기 위해 빛을 흡수하는 이리듐 광촉매를 함께 사용하는 방법이 개발됐지만, 두 촉매가 전자를 주고받는지 에너지를 전달하는지에 대해서는 오랫동안 논쟁이 이어졌다. 연구팀은 초고속 X선을 이용해 니켈과 이리듐의 변화를 각각 추적한 결과, 이리듐 광촉매가 빛을 흡수한 뒤 니켈에 에너지를 전달해 기존에는 관찰되지 않았던 새로운 들뜬 상태를 형성한다는 사실을 확인했다. 특히 이 상태는 니켈에 직접 빛을 조사해서는 만들 수 없는 것으로 나타나, 이리듐이 단순히 빛을 대신 흡수하는 역할을 넘어 니켈만으로는 접근할 수 없는 새로운 반응 경로를 열어주는 것으로 밝혀졌다.

 이번 연구는 니켈·이리듐 촉매의 협력 과정에서 실제로 어떤 중간 상태가 형성되는지를 직접 관찰함으로써 오랜 학계의 논쟁을 해소했다는 데 의미가 있다. 김경환 교수 연구팀은 이번 결과를 바탕으로 촉매 반응이 일어나는 순간의 전자·에너지 변화를 정밀하게 이해하고, 값비싼 금속에 의존하지 않는 보다 경제적인 촉매 시스템을 설계하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

[발췌: 경북도민일보]