연구 소개

1)보조효소 F430 의 모델합성 및 촉매연구
- 보조효소 F430의 모델합성 및 MethylCoM Reductase계의 Methane 생성 메카니즘 연구

2)금속착물의 DNA 결합 신기능성 항암제 개발
- 항암제 BLM/TLM 금속착물의 금속이온을 매개로한 DNA균열을 이해를 위한 신기능성 Mtallo-BLM /TLM 모델착물을 합성연구

3)단백질의 분리·정제 및 NMR을 이용한 구조 연구

4)생체고분자 금속이온의 착물형성 및 독성 연구

5)친수성 담체재료의 기능성 구조 및 구성 연구

6)다차원 펄스-NMR 데이타 프로세서, 생체고분자 구조결정 팩키지 개발
- 다핵-다차원 펄스 NMR data를 원격처리 할 수 있는 HyNMR, 생체고분자 액상구조 결정을 위한 모델링팩키지 개발

연구 관련 사진

지지체 합성 및 재사용 가능한 촉매 개발

온도감응성 고분자인 Poly-NIPAM 및 silica gel을 지지체로 하여 물속에서 반응성이 우수하며 재사용이 가능한 heterogeneous catalyst를 개발한다.

유기금속을 이용한 다양한 유기반응 연구

본 연구실에서 개발한 촉매를 이용하여 다양한 coupling 반응에 응용한다. 주로 사용하는 전이금속으로는 Pd, Cu, Au이며, Suzuki coupling, A-3 coupling 그리고 C-H activation 등 다양한 유기금속을 이용한 유기반응 연구를 진행한다.

의약원료, 소재 합성 및 경제적인 합성법 개발

방광염 치료제, 고지혈증 치료제 등 여러 가지 의약품의 중간체를 합성하고, 보다 경제적인 합성법을 개발한다. 또한 의약품뿐만 아니라 다양한 유기소재의 합성 및 경제적 합성법도 함께 개발한다.

분자고체 연구실에서는 새로운 금속-유기 골격체 (MOF)를 합성하고, 삼차원 결정구조를 규명하며, 기체 흡착 성질 및 주인-손님 화학적 거동을 연구하고 있다.

MOF는 잘 알려진 다공성 결정물질 제올라이트와 비교할 때 합성이 용이하고, 높은 결정성을 가지며, 크기와 화학적 성질이 다양해 재료과학 전 분야에서 가장 집중적으로 연구되고 있는 물질 중 하나이다.

무기화학 및 유기화학 지식을 적절히 활용하면 금속이온과 유기분자가 규칙적으로 무한히 연결되어 나노미터 크기의 기공을 갖도록 유도할 수 있는데, 이러한 골격구조를 위상기하학적으로 분석하고, 기체 저장 물질 등으로서의 응용가능성을 평가하는 것이 주된 연구내용이다.

특히 본 연구실에서는 기존에 보고된 적 없는 새로운 골격구조의 MOF를 설계 및 합성하는 것을 가장 중요한 목표로 삼기 때문에 구성원들의 창의적이고 논리적인 사고방식을 중요시한다.

학부생들의 연구 참여를 언제나 환영하며, 석박사과정생들은 다양한 전이금속 화합물의 단결정을 합성하고 엑스선 결정구조 분석, 분광법, 열분석, 기체흡착, 엑스선 회절 등을 이용해 고체 재료의 특성을 규명하여 학계 최고 권위의 학술지에 연구논문을 발표할 수 있는 기회를 갖게 된다.

화학센서연구실은 새로운 기능성 나노/다공성 소재를 활용하여 고성능 화학 센서를 구현하는 것을 연구실의 목표로 한다.

이를 달성하기 위하여 다공성 금속-유기 골격체(MOF), 편상구조 천연 나노점토, 유기 염료 분자체, 금속산화물 나노소재 등을 용액 공정, 전기 방사, 기상 및 전기화학 합성법을 이용하여 센서 제작에 적용하고, 제작된 센서의 성능을 평가하는 실험들을 수행한다.

현재 종이 기반의 미세유체 소자(paper-based microfluidic device)을 이용하여 실시간 환경 모니터링이 가능한 화학센서 개발 및 다공성 종이 위에서의 유체 제어 연구를 수행하고 있다.

또한, 천연 점토를 나노 시트로 박리한 이후에 이를 자기조립 과정을 통하여 재조한 2차원 시트 소재를 이용하여 외부 환경 감지(sensor) 및 작동(actuator)이 동시에 가능한 지능형 소자에 대한 기초 연구도 수행 중이다.

첫 번째 연구 주제는 점차 강화되어 가고 있는 배출허용 규제기준을 만족시키는 처리기술을 확보하는 연구로, 유해물질을 흡착 처리하는 공정기술로 구성되어 있다. 이 연구에서는 흡착제를 이용한 수질유해물질 처리기술을 확보하여, ㎍/L 단위의 청정지역기준을 만족하는 기술 확보를 목표로 하고 있다.

두 번째 연구 주제는 물부족 문제를 해결하기 위한 대체수자원 확보와 관련된 연구로, 산업폐수를 재이용하는 고도처리기술로 구성되어 있다. 특정 미생물 고정화 담체를 이용한 생물학적 처리기술과 나노재료로 각광받고 있는 광촉매를 이용하여, 첨단 전자산업인 LCD와 반도체 산업에 사용되는 초순수를 생산할 수 있는 공업용수 확보를 목표로 하고 있다.

세 번째 연구 주제는 화학물질에서 유발되는 생태독성과 관련된 연구로, 조류 성장, 광합성 형광 및 지연형광 측정기술로 구성되어 있다. 유해물질의 생물학적 및 환경적 유해성을 측정하는 신기술을 개발하여, 조류를 이용한 자동연속 감시장치 확보를 목표로 하고 있다.

나노에너지재료 연구실은 고체무기소재와 나노구조의 탄소 합성을 위한 새로운 합성방법론 개발과 에너지 전환 및 저장 시스템을 위한 전극 소재 개발을 기치로 연구 활동을 수행하고 있다. 기존 소재의 한계를 극복할 수 있는 신개념의 무기소재를 디자인하고, 이를 리튬이온 2차전지, 슈퍼커패시터, 태양전지, 연료전지, 물 전기분해 시스템의 전극소재로 적용하여 새로운 혁신 기술을 창출하는 것을 연구의 주목표로 한다.

다수의 국제저명학술지 발표와 국내외 특허 출원을 통해 학문적 탐구 열의를 고취하고, 핵심 원천기술 확보에 매진하고 있으며, 현재 삼성전자미래기술육성센터, 한국연구재단, 중견 산업체로부터 연구 지원을 받아 10여명의 연구원들이 연구에 주력하고 있다. 연구실 졸업생들은 화학 및 전자소재 관련 대기업 (삼성, 현대, 두산, 금호 등), 다국적기업 (BASF 등), 중견기업 (동진세미켐, 동우화인켐 등)으로 진출하여 연구실에서 꿈꿔온 이상을 실현하기 위해 부단히 정진하고 있다.

본 연구실에서는 생체 분자들과 상호작용을 할 수 있는 헤테로고리 화합물의 유기 합성 방법(synthetic methodologies) 개발하고 이를 기반으로 하는 화합물 라이브러리를 구축하여 의약학 및 화학생물학에 적용되는 화학적 탐침자(chemical probes) 개발 연구를 수행하고 있다.

표적 지향적 합성(Target-oriented synthesis) 연구

산화적 C-H 활성화를 이용한 친전자성 첨가반응(Electrophilic addition) 또는 Mannich 반응 연구

Aza-bicyclic 화합물 라이브러리 구축과 aza-bicycle 중심 골격의 천연물 전합성

뇌질환 관련 치료제 및 분자 영상 조영제 개발

세로토닌 수용체 항진체 또는 길항제 개발과 뇌질환에서의 약물의 유효성 검증

퇴행성 뇌질환 관련 응집 단백질과 상호 작용하는 저분자 화합물 개발

생체 분자 검출을 위한 화학적 탐침자 개발

바이오콘쥬게이션을 위한 생직교 반응(bioorthogonal reactions) 연구

항생제 기반 다제 내성균 진단 형광 프로브 개발

전자 및 에너지 연성소재 연구실은 전자/에너지 소자로의 응용을 위한 고분자, 유-무기 복합소재, 나노카본 등의 소재를 연구하고 있습니다. 또한, 다양한 인쇄공정(printing process)을 활용해서 효율적인 전자/에너지 소자를 구현하는 연구를 수행하고 있습니다. 저희 연구실의 목표는 소재의 합성/공정 연구부터 다양한 용액공정(solution process) 및 인쇄공정 연구, 소자 구현 연구 등의 전 공정을 이해하고, 효율적으로 재미있는 연구를 수행하는 것입니다.

에너지 저장 및 전환 신소재 연구실은 분자수준의 화학반응을 통하여 지구온난화 및 에너지 이슈 등에 기여할 수 있는 새로운 에너지 저장 및 전환 물질의 합성 개발 및 응용에 대한 연구에 중점을 두고 있다. 이를 위하여 다양한 화학적인 기본지식 (나노화학, 재료화학, 무기화학, 고체화학, 표면화학 등)을 이용하여 유-무기 나노복합체, 기능성 나노에너지복합체, 계층적인 다공성 나노구조체 등을 합성하고 차세대 리튬이온 전지 (Lithium-ion Battery)의 전극 물질, 연료전지의 비백금계 ORR (Oxygen Reduction Reaction) 촉매 물질, 고성능 슈퍼케페시터 (Supercapacitor) 및 리튬이온 케페시터 (Lithium-ion Capacitor), 지구온난화의 주범인 이산화탄소 저감 물질, 고성능 수소 및 메탄 저장 물질, 고감도 센서 등의 응용분야를 중점적으로 연구하고 있다.

경쟁력 있는 연구주제를 바탕으로 국내 유수의 대학, 국책연구소 (KIST), 대기업 연구소 (LG 화학)와의 공동연구를 통하여 선도적인 연구를 진행하고 있으며, 이를 통하여 다수의 우수한 국제저널에 논문을 발표하고 있어 대학원생들의 학위 취득 후 관련 연구소 및 학계에 폭넓은 취업 기회를 만들어 나가고 있다.

초분극핵자기공명 연구실에서는 (1) 자기공명영상 및 분광학적 신호를 증폭시킬 수 있는 초분극 기술을 기반으로 다양한 나노입자를 활용한 암 조기 진단법 개발 (2) 천연 고분자 기반의 생분해성 마이크로캡슐 및 약물 전달체 개발 (3) 효율적인 유∙무기물 제거 및 분해를 위한 다공성 자성 탄소 나노입자 개발에 대한 연구들을 수행하고 있다.

현재 MD Anderson Cancer Center, Texas A&M University, 한국표준과학연구원 등 국내∙외 우수 연구기관들과 글로벌 공동연구를 진행하고 있으며, 경쟁력 있는 선도연구들을 통해 국제 우수논문 발표하고 우수한 연구인력들을 배출하고 있다.

플라즈모닉 나노복합재료 연구실에서는 (1) 비등방성 플라즈모닉 나노입자의 성장 메커니즘 연구 및 이를 통한 광학기반 바이오 및 화학센서 개발, (2) 탄소 및 질화붕소 나노재료와 금속산화물 나노입자의 복합체 연구를 통한 촉매, 환경 및 에너지 분야 응용 연구, (3) 탄소-금속복합소재와 고분자의 복합화를 통한 전자파 및 방사능 차폐재료 연구를 중점적으로 하고 있습니다.

현재 KIST(한국과학기술연구원), NNFC(나노종합기술원) 및 The State University of New York(ESF) 등 국내∙외 우수 연구기관들과 공동연구를 진행하고 있으며, 창의적이고 선도적인 연구를 통해 우수 국제논문 발표하고, 국가산업의 미래 핵심 연구인력들을 배출하고 있습니다.

에너지소재 계산과학 연구실 (ALCHEM Lab)에서는 양자화학과 인공지능을 포함한 다양한 컴퓨터 시뮬레이션 방법을 활용하여 화학 및 재료 분야의 최첨단 연구를 진행하고 있습니다. 우리는 특히 그린 수소 생산과 연료 전지용 전기화학 촉매, 차세대 배터리 기술, 최신 반도체 분야에서 혁신적인 에너지 재료의 개발 및 설계에 중점을 두고 있으며, 이를 통해 에너지 활용 방식의 혁신적 변화를 추구하고 있습니다.

현재 한국과학기술연구원, 한국에너지기술연구원, 한국화학연구원, 한국재료연구원 등의 정부 출연 연구기관뿐만 아니라 KAIST, 고려대, 연세대, 성균관대, 경북대, 부산대 등 국내 주요 연구기관들과 공동 연구를 진행 중입니다. 또한, Georgia Institute of Technology, Uppsala University 등 해외 기관과의 활발한 공동 연구를 통해 창의적이고 혁신적인 연구 결과를 국제적으로 인정받는 학술지에 지속적으로 발표하고 있습니다.