본 연구실은 대면적 단결정 2차원 물질의 성장에 중점을 두고 있습니다. 2차원 물질은 원자 한 층 두께의 얇은 구조를 가지며, 그 중에서도 단결정 형태로 성장시키는 것은 소재의 본질적인 특성을 극대화할 수 있는 핵심 기술입니다. 단결정 2차원 물질은 결정립계가 없거나 최소화되어 전기적, 광학적, 기계적 특성이 뛰어나 다양한 첨단 소자에 응용될 수 있습니다. 연구실에서는 화학기상증착법(CVD) 등 다양한 합성 방법을 활용하여, 그래핀, 육방정질 붕소나이트라이드(hBN), 전이금속 칼코게나이드(TMDs) 등 다양한 2차원 물질의 대면적 단결정 박막을 성장시키는 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 금속 기판의 표면 구조 제어, 성장 조건 최적화, 전구체 공급 방식 개선 등을 통해 균일하고 결함이 적은 단결정 박막 합성에 성공하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 반도체, 투명 전극, 센서, 양자 소자 등 다양한 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 열어주고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 대면적 단결정 2차원 물질의 성장 메커니즘을 심층적으로 규명하고, 이를 기반으로 한 새로운 소재 및 소자 개발에 앞장설 계획입니다.

본 연구실은 수소 발생 반응(Hydrogen Evolution Reaction, HER)을 위한 고효율 원자층 촉매 개발에 주력하고 있습니다. 수소는 청정 에너지의 핵심 자원으로 각광받고 있으며, 이를 효율적으로 생산하기 위한 전기화학적 촉매의 개발이 필수적입니다. 특히, 전이금속 칼코게나이드(TMDs) 기반의 2차원 촉매는 높은 촉매 활성, 저렴한 가격, 우수한 안정성 등으로 차세대 HER 촉매로 주목받고 있습니다. 연구실에서는 TMDs의 기저면 활성화, 이종원소 도핑, 합금화, 계면공학 등 다양한 전략을 통해 촉매의 활성점을 극대화하고, 넓은 pH 범위에서 우수한 전기화학적 성능을 구현하고 있습니다. 또한, 원자 수준의 두께 제어와 결함 공학을 통해 촉매의 구조적·화학적 특성을 정밀하게 조절함으로써, 기존 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 비귀금속계 고효율 촉매를 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 수전해 기반 수소 생산의 상용화 및 에너지 전환 효율 극대화에 기여할 뿐만 아니라, 친환경 에너지 사회 실현을 위한 핵심 원천기술로 자리매김하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 HER 촉매의 근본 원리 규명과 혁신적 소재 개발을 지속적으로 추진할 예정입니다.

본 연구실은 2차원 반데르발스 이종접합 구조의 설계와 이를 활용한 다양한 소자 응용 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 2차원 물질들은 층간 반데르발스 힘에 의해 적층이 가능하며, 이종 물질 간의 조합을 통해 새로운 전자적·광학적 특성을 구현할 수 있습니다. 이러한 이종접합 구조는 트랜지스터, 광검출기, 메모리, 뉴로모픽 소자 등 차세대 전자·광전자 소자 개발에 필수적인 플랫폼입니다. 연구실에서는 육방정질 붕소나이트라이드(hBN), 그래핀, TMDs 등 다양한 2차원 물질을 조합하여 초청정 계면을 갖는 이종접합 구조를 성장시키고, 그 특성을 정밀하게 분석합니다. 또한, 대면적 단결정 성장 기술을 바탕으로 소자 집적화 및 상용화 가능성을 높이고 있습니다. 최근에는 엣지 AI 컴퓨팅, 고효율 FET, 광전자 소자 등 첨단 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 이러한 연구는 기존 실리콘 기반 소자의 한계를 극복하고, 초고속·저전력·고집적 차세대 소자 개발에 중요한 역할을 하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 2차원 이종접합 구조의 물리적 원리 규명과 혁신적 소자 응용을 선도할 계획입니다.