김동호 교수팀, 우수한 들뜬상태 방향성 연구로 국제 최정상급 화학학술지에 해설논문 게재

유기소재 개발 및 응용을 위한 새로운 분야 선도

[사진. 김동호 교수(왼쪽), 제1저자 김진석 학생]

이과대학 화학과 김동호 교수 연구팀이 진행해 온 들뜬상태 방향성에 대한 연구결과들이 그 우수성과 독창성을 인정받아 국제 최정상급 화학학술지인 ‘케미칼 소사이어티 리뷰즈(Chemical Society Reviews, IF 54.56)’에 관련 분야를 아우르는 해설논문 ‘Porphyrinoids, a Unique Platform for Exploring Excited-state Aromaticity’를 게재했다.

김동호 교수는 과학계에서 이론적으로만 제안돼 왔던 난제들 중 하나인 들뜬상태 방향성 뒤집힘(Reversal of Excited-state Aromaticity) 현상을 2015년 레이저 분광분석법을 통해 처음으로 관측해 실험적으로 증명했다. 방향성은 유기분자의 안정성에 영향을 주는 핵심적인 성질 중 하나로, 방향성을 띠는 분자는 안정하며 다양한 기능성을 보여줄 수 있지만 반방향성을 가지는 분자는 매우 불안정하게 된다. 따라서 분자의 방향성은 유기분자의 설계, 합성 및 응용을 위해 고려해야 할 중요한 요소 중 하나이다. 들뜬상태는 고에너지 상태로, 들뜬상태 방향성은 유기분자의 광학적, 전기적 및 촉매적 성질을 발현시키거나 조절하는 데 매우 중요한 역할을 하게 된다. 

특히, 김동호 교수 연구팀에서 진행해 온 방향성 뒤집힘 현상은 들뜬상태에서 방향성 안정화 효과와 반방향성 불안정화 효과를 반대로 나타나게 하기에, 분자의 들뜬상태에서의 반응성을 조절하는 역할을 해 광화학합성 및 고효율 광전자변환, 전자전달, 수소전달 소재 구현에 응용될 수 있다. 

실제로 김동호 교수는 들뜬상태 방향성 뒤집힘 현상이 이러한 가능성을 가진다는 것에 착안해 분광학적으로 들뜬상태 방향성을 규명하는 것에서 더 나아가 이러한 현상이 광유도 카이랄 조절, 다중전하 발생, 유기금속화합물 전하이동 및 유기스핀현상 등에 관여해 유기소재의 광학적, 전기적, 촉매적 성질 조절에 직접적으로 적용될 수 있다는 것을 밝혔다. 

그리고 이러한 연구결과로 네이처 케미스트리(Nature Chemistry, IF 23.19) 3편, 켐(Chem, IF 22.80) 2편, 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society, IF 15.42) 3편, 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition, IF 15.34) 4편, 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 14.92) 2편 등 국제 저명 학술지들에 다수의 논문을 게재하는 쾌거를 이뤘다.

‘케미컬 소사이어티 리뷰즈(Chemical Society Reviews)’는 IF 54.56(상위 1%)으로, 화학 분야를 포함해 기초과학 분야 최고 수준의 공신력과 권위를 자랑하는 저명 학술지이다. 앞서 설명한 김동호 교수의 들뜬상태 방향성에 대한 연구들의 우수성과 이 분야의 발전에 기여한 선도적인 역할들을 인정받아, 들뜬상태 방향성의 개념, 실험적 규명 방법, 다양한 응용 가능성의 관련 분야의 전반적인 내용을 다루는 해설논문을 게재하게 됐다. 본 해설논문은 앞으로 더 활발하게 진행되고 응용될 들뜬상태 방향성 연구에 선도적인 역할을 할 것으로 기대된다.

논문정보

● 논문제목: Porphyrinoids, a Unique Platform for Exploring Excited-state Aromaticity

● 논문주소: https://doi.org/10.1039/D1CS00742D