과학기술정보통신부는 기초과학연구원(IBS) 양자 나노과학 연구단과 독일 막스플랑크 다학제 과학연구소 공동연구팀이 금속 촉매 표면에서 분자 결합 지점으로부터 수 나노미터 떨어진 원자 구조도 화학 결합의 세기에 영향을 미친다는 사실을 규명했다고 2026년 10월 30일 밝혔다. 연구진은 원자 계단 간격이 다른 백금 표면을 이용해 암모니아, 일산화탄소, 일산화질소 분자의 결합 세기를 측정한 결과, 분자가 직접 닿는 주변 외에 4~7나노미터 떨어진 구조가 결합 에너지에 최대 약 0.2 전자볼트의 차이를 만들었다는 것을 확인했다.
이는 장거리 효과가 실제 촉매 반응에 거의 기여하지 않는다는 기존 인식을 바꾸는 결과다.
연구진은 금속 내 '전자 바다'와 분자 전자의 상호작용이 넓은 영역에 영향을 미치는 것으로 분석했다. 또한 분자마다 장거리 영향이 다르게 나타나는 이유를 설명하기 위해 분자 궤도와 전자 띠 개념을 결합한 '프런티어 오비탈-밴드 모델'을 제시했으며, 이 모델은 분자마다 전자 상태 특성이 달라 금속 내부의 서로 다른 전자 상태와 상호작용해 같은 표면에서도 장거리 영향이 달라진다는 점을 설명한다.
플로리안 니츠 막스플랑크 연구소 연구원(제1저자)은 표면 화학을 올바로 이해하려면 분자를 중심으로 보는 화학과 금속의 전자적 특성을 다루는 물리학의 관점을 통합해야 한다고 말했고, 드미트리 보로딘 IBS 그룹리더(공동 교신저자)는 이번 연구가 화학 결합 이해를 넓혀 보다 정교한 계산과 효율적인 촉매 설계에 기여할 것으로 기대한다고 말했다.
김성수 과기정통부 연구개발정책실장은 학문 간 경계를 넘는 협력이 복잡한 과학 난제 해결에 중요하다며 국제공동연구 기반을 지속 강화하겠다고 밝혔다. 이번 연구는 과기정통부의 기초과학연구원 지원 사업으로 수행됐고, 사이언스 지에 2026년 10월 30일 게재됐다.
