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울산대, 차세대 에너지원 '핫 전자' 조절법 발견

울산대 화학과 하지원 교수./사진=울산대 울산대학교 화학과 하지원 교수팀은 플라즈모닉 금 나노입자에 강하게 흡착하는 티오페놀(thiophenol) 분자들의 전자친화도를 조절해 금 나노입자에서 발생하는 고에너지 '핫 전자(hot electron)'의 계면 전달을 조절할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 이번 연구 결과는 학문적 우수성을 인정받아 지난 11일 나노분야의 세계적 권위지인 나노 레터스(Nano Letters) 온라인판에 게재됐다. 호수에 돌을 던지면 물결 파장이 생기듯, 플라스몬인 금 나노입자에 빛에너지가 전달되면 금속 내부 자유전자가 특정한 파장의 빛을 흡수하여 금속 표면에서 집단으로 진동하게 되는데, 이를 국소 표면 플라즈몬 공명 현상(local surface plasmon resonance)이라고 한다. 이 과정에서 차세대 에너지원으로 주목받고 있는 플라스몬인 핫 전자가 발생한다. 최근에는 플라스몬인 핫 전자를 이용해 수소에너지 생성을 위한 물분해 반응 등 다양한 광촉매 및 광화학반응에 활용하는 연구들이 활발하게 이루어지고 있다. 하교수팀은 이번 연구에서 금 나노입자 표면에 강하게 흡착하는 싸이오페놀(thiophenol) 분자들의 전자친화 강도(electrophilic strength)를 다양하게 조절함으로써 플라스몬인 핫 전자들의 계면 전자 전달(interfacial electron transfer) 및 화학계면 감쇠(chemical interface damping) 현상을 조절할 수 있다는 새로운 가능성을 제시했다. 이번 연구 결과는 향후 플라스몬인 금 나노입자에서 생성되는 고에너지 핫 전자를 다양한 광촉매 반응 및 광화학반응에 보다 효율적으로 활용하는 데 기여할 것이다. <참고>용어설명:핫전자(Hot electron): 외부 에너지가 물질표면에 전달될 때, 에너지 전환과정에 의해서 1-3ev 에너지를 갖는 여기된(excited) 전자를 말한다. 티오페놀(thiophenol): 불쾌한 냄새가 나는 무색의 액체, 주로 유기 합성용

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