이 연구 주제는 제올라이트, 알루미노포스페이트, 실리코알루미노포스페이트와 같은 다공성 무기소재를 정밀하게 설계하고, 이를 촉매 및 기능성 흡착·분리 소재로 활용하는 데 초점을 둔다. 연구실은 미세기공과 메조기공을 동시에 갖는 계층적 구조체, 금속이 담지된 제올라이트, 그리고 제올라이트 주형을 이용한 그래핀 유사 탄소와 같은 하이브리드 나노구조체를 개발하여 물질전달 한계와 활성점 접근성 문제를 동시에 해결하고자 한다. 이러한 접근은 기존의 단순한 벌크 촉매보다 반응 선택성, 재생성, 열적 안정성을 높이는 데 유리하다. 구체적으로는 란타넘 촉매를 이용한 3차원 미세다공성 그래핀 유사 탄소 합성, 에틸렌디아민이 도입된 Y 제올라이트 기반 이산화탄소 흡착제, 그리고 ZON 구조의 다공성 알루미노포스페이트 및 실리코알루미노포스페이트 제조와 같은 연구가 대표적이다. 이들 연구는 기공 구조 제어, 표면 기능기 도입, 금속-지지체 상호작용 최적화, 합성 조건의 미세 조절을 통해 촉매 활성과 흡착 성능을 동시에 향상시키는 방향으로 전개된다. 특히 미세기공 기반의 분자 선택성과 메조기공 기반의 확산 이점을 결합하는 설계 전략이 연구실의 핵심 특징이다. 이 연구는 탄화수소 분리, 수분 흡착, 이산화탄소 포집, 고부가 탄소소재 제조 등 다양한 산업 응용으로 확장될 수 있다. 최근 등록 특허들에서 보이듯이, 연구실은 단순한 소재 합성에 그치지 않고 실제 공정에 적용 가능한 촉매·흡착제 형태로 기술을 구체화하고 있다. 앞으로도 고효율·저에너지 분리공정, 탄소중립형 가스 처리기술, 정밀 촉매반응용 나노소재 개발을 통해 화학공정의 고도화에 기여할 가능성이 크다.

이 연구 주제는 자동차 냉간 시동 조건과 산업 배출가스 처리 환경에서 질소산화물과 휘발성유기화합물 같은 오염물질을 효과적으로 저감하기 위한 환경촉매 개발에 초점을 둔다. 연구실은 Pd/SSZ-13, Pd/ZSM-5, V2O5/TiO2와 같은 촉매계를 기반으로 저온에서도 높은 NO 흡착 및 선택적 촉매환원 성능을 확보하는 방법을 탐구한다. 특히 저온 활성, 수열 안정성, 장기 운전 안정성은 실제 배출원 제어에서 매우 중요한 요소이며, 이를 해결하는 촉매 구조 설계가 핵심 연구 내용이다. 논문과 과제를 보면, 수열 노화 처리에 따른 Pd 종의 재배치와 활성점 변화, 고온 열처리 후 형성되는 isolated Pd species의 역할, 미세다공성 TiO2 지지체가 V2O5 촉매의 구조와 반응성에 미치는 영향 등이 집중적으로 다뤄진다. 또한 미세먼지 전구체 동시 저감을 위한 가변적 Passive SCR 기술 개발 과제를 통해 실험실 수준의 촉매 성능 검증을 넘어 실제 공정 적용, 탈질-산화 복합 시스템 설계, 운전 비용 평가까지 연계된 연구를 수행하고 있다. 이는 기초 촉매화학과 공정공학이 결합된 전형적인 화학공학적 접근이라고 볼 수 있다. 이 연구의 기대효과는 대기오염 저감과 친환경 이동수단·산업공정 구현에 직접 연결된다는 점에 있다. 저온에서 작동하는 고활성 촉매는 냉간 시동 구간의 배출 규제 대응에 매우 중요하며, VOCs와 NOx를 동시에 다루는 복합 정화기술은 도장공정 등 실제 산업 현장에서 활용도가 높다. 향후에는 내구성과 저비용 금속 대체, 통합형 배출가스 처리 시스템, 탄소중립 규제 대응형 환경촉매 플랫폼으로 발전할 가능성이 크다.

이 연구 주제는 이산화탄소를 효율적으로 포집하고, 나아가 반응 가능한 자원으로 전환하기 위한 촉매 및 흡착소재 개발을 다룬다. 연구실의 주요 키워드인 나노재료, 촉매, 에너지변환은 단순히 반응속도를 높이는 수준을 넘어 온실가스 감축과 자원순환형 공정 구현이라는 큰 목표와 연결된다. CO2 포집은 습식 배가스와 같은 실제 조건에서 높은 선택성과 재생성을 보여야 하며, 전환 반응은 촉매의 구조 안정성과 금속-지지체 계면 제어가 매우 중요하다. 대표적으로 에틸렌디아민이 도입된 Y 제올라이트는 요소 생성 없이 온도 스윙 흡착 공정에서 우수한 재생성을 보여주는 CO2 흡착제로 제시되었고, 학술발표에서는 탄산염 및 질산염으로 촉진된 MgO 기반 CO2 흡수제의 흡착 용량과 속도 제어 연구가 수행되었다. 또한 최근 발표에서는 계면 형성을 강화한 Ni-Ce 기반 촉매의 CO2 수소화 응용이 나타나며, 이는 포집 이후의 전환 단계까지 연구 범위를 넓히고 있음을 보여준다. 즉, 연구실은 CO2의 포집, 저장, 활용을 하나의 연속적인 기술 체계로 보는 경향이 강하다. 이 분야는 탄소중립 달성을 위한 핵심 기술로서 산업적 파급력이 매우 크다. 발전·화학·소재 공정에서 배출되는 CO2를 저비용으로 회수하고, 이를 연료나 화학원료로 전환할 수 있다면 에너지 시스템의 지속가능성을 크게 높일 수 있다. 앞으로는 고선택성 흡착제, 저온 재생 공정, CO2 수소화용 복합 촉매, 공정 집약형 탄소자원화 기술로 연구가 확장되며 에너지·환경 융합형 화학공학 연구의 중심 축을 형성할 것으로 보인다.