초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 ‘분자구조와 화학반응성 상관관계’를 양자역학적 수준에서 구현하고자 한다. 분자구조와 화학반응성의 상관관계는 오랫동안 연구되어온 중요한 주제임에도 불구하고 이에 대한 미시적인 이해는 아직도 초기단계에 머무르고 있다는 점에서 본 과제는 매우 도전적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 Stark deflector와 고분해능 레이저를 함께 사용하여 특정 분자구조를 가지는 구조이성질체를 엄밀하게 분리, 선택함은 물론이고 특정 진동 회전상태를 통해 분자가 담겨있는 다차원 전자상태들의 모양을 바꾸어, 구조와 화학반응

□ 연구개요
본 연구에서는 ‘분자구조와 화학반응성 상관관계’를 양자역학적 수준에서 구현하고자 한다. 분자구조와 화학반응성의 상관관계는 오랫동안 연구되어온 중요한 주제임에도 불구하고 이에 대한 미시적인 이해는 아직도 초기단계에 머무르고 있다는 점에서 본 과제는 매우 도전적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 Stark deflector와 고분해능 레이저를 함께 사용하여 특정 분자구조를 가지는 구조이성질체를 엄밀하게 분리, 선택함은 물론이고 특정 진동 회전상태를 통해 분자가 담겨있는 다차원 전자상태들의 모양을 바꾸어, 구조와 화학반응성의 미시적 상관관계를 규명하고자 한다. 또한 분자구조 및 반응성에 대한 공간 및 시간상 제어 및 측정을 동시에 추구하고 대상 시스템을 기체상 작은 분자에서 응집상 복잡한 분자를 아우르는 광범위한 영역으로 확대하여 기존 방법으로 보기 힘들었던 복잡한 다원자 분자 시스템의 구조-반응성 상관관계를 규명하고 이를 이용한 반응제어를 추구하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
분자구조와 화학반응성 상관관계 규명은 매우 중요함과 동시에, 상당히 광범위한 연구주제들을 포함하고 있으므로 체계적 연구방법론의 디자인이 중요하다. 본 연구에서는 실험적 방법론을 구체화하고 실험셋업의 단계적 구축을 추구함과 동시에 대상 시스템을 작은 분자에서 복잡한 분자, 기체상에서 응집상으로 범위를 확장해 나갔으며 다각적인 깊은 연구를 위해 실험방법에 따라 분리하여 연구를 진행하였다.
(1) 분자시스템에 존재하는 구조이성질체를 공간적 및 분광학적으로 분리할 수 있었으며 상호보완적인 성질을 바탕으로 분광학 및 동역학 연구를 수행했다. 더 나아가 시간 분해능과 에너지 선택성을 모두 가지는 나노초/피코초 레이저를 적극적으로 활용하여 구조 선택적 실시간 반응 동역학에 대해 체계적으로 연구하였다.
(2) 진동모드 선택적인 반응 동역학 연구를 통해 들뜬 상태 분자 핵의 분포를 임의로 제어하여 화학반응을 결정짓는 반응 경로상의 특이점을 집중적으로 연구하였으며, 특히 conical intersection의 구조와 특성을 파악함으로써 미세한 분자구조의 차이가 일으키는 반응성의 차이를 양자역학적 레벨에서 설명할 수 있었다.
(3) 다양한 분자 음이온 동역학을 연구하기 위하여 전자분무이온화-광전자영상분광 장비를 개발하였으며 분자 음이온의 비원자가 결합 상태에서의 진동모드 선택적 동역학을 관찰하였다. 분자의 결합 구조에 따른 이성질체에서의 극명한 동역학적 차이를 관찰하여 분자구조와 화학반응성 및 반응경로의 상관관계를 밝혀내었으며 레이저 펄스를 이용한 다원자분자의 능동적/수동적 반응 제어에 대한 가능성을 제시하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 과제에서 산출된 연구결과는 분자구조와 화학반응성의 상관관계를 미시적인 측면에서 기술한다는 점에서 매우 근본적이며 원천적인 지식을 제공한다. 새로운 개념에 기반한 구조-반응성 연계 및 반응제어 시도는 화학반응의 구조 동역학적 이해에 커다란 기여를 할 것으로 기대된다. 아울러 본 연구에서 창출되는 구조의 선택적 분리방법은 그 자체 의미와 더불어 구조 선택적 분광학 및 동역학 분야 관련연구를 활성화시킬 것으로 기대되며, 응집상에서 일어나는 생체 혹은 유기금속 반응에 대한 현상학적으로만 머물러 있던 설명에 정량적이고 구체적인 해석을 가져다줄 것이다. 본 연구과제의 목표가 의미하듯이 분자구조-화학반응성의 연관관계는 그 미시적인 기술에서, 특히 실험적인 측면에서 매우 초보적인 단계에 머무르고 있으며 이론과의 상호협력을 통해 아직은 매우 제한적인 이해가 점진적으로 이루어지고 있다. 본 연구결과를 통해 구조-반응성의 이해에 매우 큰 진일보가 이루어질 것으로 기대되며, 많은 이론적 실험적 후속연구가 이어질 가능성이 높다. 구조-반응성의 획기적인 진보가 이루어지면 화학반응을 이해하는 시각이 더욱 깊고 다각화될 것이며 아울러 반응의 효율과 선택성을 높이는데도 일조할 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• A. 구조이성질체의 공간상/분광학적 분리 및 동역학 연구 ... 4
• B. 분자구조에 따른 비원자가 구속 상태에서의 자동탈전자화 동역학 연구 ... 4
• C. 진동모드에 따른 라디칼 음이온의 화학반응 경로 규명 및 제어 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 31
• 끝페이지 ... 46