서브포피린 분자의 높은 준위 단일항 상태에서의 형광 측정

태양광 에너지 변환, 차세대 디스플레이 등에 기술 적용 가능

화학과 김동호 교수와 제1 저자인 성주영 학생(박사과정 2년차) 연구팀의 서브포피린(Subporphyrin) 분자의 높은 준위 단일항 상태에서의 형광에 관한 연구 결과가 세계 저명 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)’(IF 13.734) 2013년 11월호에 표지논문으로 게재됐다.

에너지를 효율적으로 흡수하여 전달하거나 저장할 수 있는 물질의 개발 및 응용은 태양광 에너지를 효율적으로 사용하려는 노력과 더불어 오랜 기간 매우 흥미로운 연구 대상이 되어왔다. 그러나 지금까지의 태양 에너지 이용은 가시광 영역으로 한정되어 다른 영역대의 에너지를 사용하지 못하는 문제점이 존재해왔다. 최근의 연구 동향은 이러한 한계를 극복하기 위해 다양한 파장대의 빛을 흡수하는 분자 시스템을 구현하거나 적외선 영역과 같이 높은 에너지를 이용할 수 있는 방법에 초점이 맞추어져 있다. 또한 높은 에너지를 흡수 하더라도 높은 준위의 단일항 상태에서 매우 빠른 속도로 낮은 준위의 단일항 상태로 에너지를 전달하기 때문에 그만큼의 에너지의 손실이 필연적으로 존재한다는 문제점이 존재해 이를 해결하기 위한 노력이 추구되어 왔다. 높은 준위의 단일항 상태의 형광을 보이는 분자는 높은 에너지를 유지한 상태로 에너지를 전달 할 가능성이 크다는 것을 의미하기 때문에 앞서 언급한 문제를 극복하여 효율을 극대화 할 수 있으며 광학 소자에 응용성이 매우 높다. 하지만 현재까지 매우 적은 수의 분자만이 예외적으로 높은 준위의 단일항 형광을 보이는 것으로 보고되어 왔다.

김동호 교수팀은 서브포피린 분자에서 높은 준위의 단일항의 형광을 최초로 확인, 특성을 밝힌 연구 결과를 세계적인 권위의 과학저널인 ‘앙게반테 케미’에 온라인판 표지 논문으로 발표했다. 이 연구가 과학계에서 주목을 받는 이유는 처음으로 서브포피린 분자의 높은 준위 단일항에서 발현되는 형광을 확인 했을 뿐만 아니라 그 특성을 이용하여 높은 준위 단일항 상태의 분광학적 특성을 분석했다는 점이다. 향후 이러한 연구 결과를 토대로 관련 후속 연구 및 응용에 큰 도움이 될 것이라 기대된다.

더욱이 현재까지 포피린 분자가 자연계에서 일어나는 집광, 에너지 전달 및 광유도 전달 과정을 모방하여 효율적인 분자 광학 소자를 구현하는 데 핵심적인 분자로 활용되어 왔지만 그 유도체인 서브포피린에 대한 연구 및 활용은 미미했다. 따라서 이번 연구는 포피린 분자의 장점을 유지하는 동시에 상대적으로 작은 크기의 파이전자 분자체가 갖는 장점인 높은 에너지 준위를 형성하는 서브포피린에 대한 근본적인 연구의 시발점으로써 앞으로의 그 활용성에 더욱 관심이 주목되고 있다.

우리대학교 연구진은 파이전자 구조체 중 생물학적 및 광전자 공학적으로 산업 이용가치가 큰 다양한 분자체들을 합성하고, 이들의 물리화학적 특성을 시분해 분광학 기법으로 심도 있게 분석한 연구로 널리 알려져 있다. 이러한 연구는 태양광 에너지 변환, 광 동역학 치료, 차세대 디스플레이 등의 다양한 기술 적용 가능성을 보여줄 것으로 기대된다.