[로이슈 전여송 기자] 성균관대학교 화학과 김태연 교수 연구팀이 연세대학교 연구팀과 공동으로 분자 집합체 내부의 전하 분리와 이동을 제어하는 물리화학적 원리를 규명했다고 3일 밝혔다.

이번 연구 결과는 나노 및 화학 분야 국제학술지 Nature Communications에 지난 7월 17일 온라인 게재됐다.

연구팀은 유기 반도체 물질인 페릴렌 비스이미드(PBI) 분자 집합체를 이용해 분자 구조는 유지하면서 주변 용매의 극성만 변화시킬 수 있는 실험 플랫폼을 구축했다. 이어 초고속 레이저 분광 기술과 양자화학 계산을 활용해 전하 이동 특성을 분석했다.

연구 결과 주변 용매의 극성에 따라 전하 이동 메커니즘이 달라지는 현상을 확인했다. 연구팀에 따르면 극성이 낮은 용매에서는 양자역학적 터널링이 전하 이동을 주도한 반면, 극성이 높은 용매에서는 용매 분자의 집단적 움직임이 전하 이동에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

또한 용매 환경에 따라 엑시톤 확산 길이가 35.9나노미터(nm)에서 최대 98.8나노미터까지 변화하는 것을 확인했다. 연구팀은 이 같은 결과가 유기 반도체와 인공광합성 시스템 등에서 에너지 전달 효율을 높이는 데 활용될 수 있을 것으로 보고 있다.

김태연 성균관대학교 화학과 교수는 "이번 연구는 분자 집합체 내부에서 구조 변화 없이 주변 유전 환경이 전하 이동에 미치는 영향을 규명한 데 의미가 있다"며 "유기 태양전지와 인공광합성 시스템 등 차세대 에너지 소자 설계에 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr