KAIST 연구진이 화학반응의 핵심 개념인 **전이상태(Transition-State)**에서 일어나는 분자구조 변화를 세계 최초로 실험적으로 관측하는 데 성공했다.
KAIST(총장 이광형)는 화학과 김상규 교수 연구팀이 분광학 기법을 활용해 광분해 화학반응 과정에서 전이상태 분자의 구조 변화를 직접 측정했다고 4일 밝혔다. 이 연구는 세계적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 대표 연구 성과로 선정되었으며, MIT 및 이스라엘 벤구리온 대학 석학들의 하이라이트 논평을 받는 등 학계에서 높은 평가를 받고 있다.
펨토초보다 짧은 순간, 반응의 ‘운명을 결정짓는’ 전이상태 포착
전이상태는 반응물이 생성물로 변환되는 찰나의 순간(펨토초보다 짧음, 10⁻¹⁵초 이하)에 존재하는 상태로, 화학반응의 속도·효율·에너지 분포를 결정하는 핵심 요소다. 하지만, 그 지속 시간이 극도로 짧아 실험적으로 관측하는 것이 매우 어려운 난제로 남아 있었다.
KAIST 연구팀은 분광학 기법을 이용해 분자가 전이상태에 접근하며 변화하는 구조를 정밀하게 측정함으로써, 전이상태의 분자구조와 반응속도의 상관관계를 최초로 증명했다. 연구팀은 메틸아민(CH₃ND₂)의 화학결합 분해 반응을 분석하여, 전이상태에서의 결합 길이 및 내부 회전각 변화까지 규명했다.
고효율 촉매 설계·신약 개발 등 다양한 응용 기대
이번 연구 성과는 화학반응을 정밀하게 제어할 수 있는 기반을 마련하며, 고효율 촉매 설계, 신약 개발 및 친환경 화학반응 제어 기술 발전에 핵심적인 기초 지식을 제공할 것으로 기대된다.
김상규 교수는 **“이번 연구는 전이상태에서 급격하게 변화하는 분자구조를 실험적으로 규명한 첫 사례로, 후속 연구를 촉진할 중요한 이정표가 될 것”**이라며 **“특히, 특정 화학반응을 선택적으로 빠르게 할 수 있는 촉매 설계에 결정적 기여를 할 것”**이라고 강조했다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업 및 KAIST 기초과학 4.0 중점연구소 지원을 받아 수행되었으며, 공동 연구자로는 김정길 박사, 강민석 박사과정, 윤준호 박사(LG화학 소속)가 참여했다.
KAIST 연구진이 밝혀낸 전이상태의 실험적 관측 기술이 향후 화학, 재료과학, 생명공학 등 다양한 분야에서 어떻게 활용될지 주목된다.
