동아대학교(총장 이해우)는 화학과 이승훈 교수 연구팀이 화학 분야 세계 최고 권위지에 해당하는 ‘Journal of the American Chemical Society(JACS, Impact Factor 2025: 15.7)’에 논문을 게재했다고 4일 밝혔다.

이번 논문 제목은 ‘In Situ SERS Monitoring of Plasmon-Mediated Degradation of Microplastics(플라즈몬 매개 미세플라스틱 분해의 실시간 표면증강라만산란 모니터링)’로, 양준영 화학공학과 BK21 FOUR 석박사 통합과정생이 제1저자로, 화학과 강민주 학생이 참여저자로 활약했다.

이승훈 교수는 교신저자로 이름을 올렸으며, Ramesh Kumar Chitumalla(라메쉬 쿠마르 치투말라) 부산대 나노에너지공학과 박사후연구원, Emiliano Cort?s(에밀리아노 코르테스) 뮌헨대 교수, 장준경 부산대 나노에너지공학과 교수도 참여하는 등 국제 공동연구로 수행됐다.

이번 연구에서는 금 나노입자 클러스터(Au nanoparticle clusters, Au NPCs)를 이용해 수중 환경에서 폴리에틸렌(PE) 미세플라스틱을 가시광선 조건에서 분해하고, 분해 과정을 표면증강 라만산란(SERS) 기법을 통해 실시간으로 추적했다.

기존 미세플라스틱 분해 연구는 대체로 분해 전후의 크기 변화, 표면 산화 정도 또는 분해 이후 생성물 분석에 초점을 맞춰 왔다. 그러나 이러한 접근만으로는 실제 분해가 진행되는 반응 메커니즘 및 중간체를 분자 수준에서 규명하는 데 한계가 있었다.

동아대 이승훈 교수팀의 이번 연구는 ‘Au 나노입자 클러스터(Au NPCs)’를 촉매이자 SERS 플랫폼으로 동시에 활용함으로써 미세플라스틱 분해 반응을 실시간(in situ)으로 추적하고, 진행 중 발생하는 분자 수준의 화학적 변환을 직접 관찰할 수 있다는 점에서 기존 연구와 뚜렷하게 차별화된다.

특히 가시광선 조건에서 나노갭(hotspot)을 포함한 클러스터 구조가 반응을 유의미하게 촉진함을 명확히 입증, 나노 구조·광화학 반응성 간의 인과관계를 제시했다. 더 나아가 물 분해 반응 산물인 수산화 라디칼(·OH)을 핵심 반응종으로 규명하고 그에 기반한 분해 메커니즘을 제안, 미세플라스틱 분해 반응에 대한 이해를 한 단계 심화시켰다.

양준영 대학원생과 강민주 학부생은 “화학과에 편성된 학부 과정 연구학점제와 학교에서 운영하는 도전학기제 프로그램을 통해 일반적인 교과과정을 넘어 보다 심화된 연구 활동에 참여할 수 있는 기회를 얻었다”며 “앞으로도 이러한 경험을 바탕으로 의미 있는 연구를 지속해 나가고 싶다”고 말했다.

이승훈 교수는 “이번 연구는 향후 미세플라스틱 저감 기술 고도화는 물론 플라즈모닉 나노구조 설계 전략과 환경 촉매 연구 전반에 적용 가능한 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다”며 “특히 대학원생과 학부생이 함께 참여해 국제 최상위 학술지에 논문을 게재했다는 점은 학부·대학원 연계 연구 교육의 우수성과 현장 중심 연구 역량을 보여주는 의미 있는 사례라고 생각한다”고 말했다. 이번 연구는 BK21 사업, 과학기술정보통신부(한국연구재단) 우수신진연구지원사업, 기초연구실사업 지원으로 수행됐다.