본 연구실은 펄스 레이저 분광학을 기반으로 한 첨단 나노소재의 합성과 분석에 중점을 두고 있습니다. 펄스 레이저 어블레이션 및 분광학 기술을 활용하여 다양한 금속, 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 질화물, 그리고 탄소 기반 나노소재를 용매 내에서 직접 합성하는 혁신적인 방법론을 개발해왔습니다. 이러한 합성법은 고순도, 무용매, 친환경적이며, 외부 환원제나 계면활성제 없이도 나노소재의 크기, 형태, 결정상, 표면 결함 등을 정밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있습니다. 이러한 나노소재들은 에너지 변환 및 저장, 환경 정화, 촉매 반응 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 예를 들어, 수소 생산을 위한 전기화학적 수소 발생 반응(HER), 산소 발생 반응(OER), 메탄올 및 요소 산화 반응, 바이오매스 유래 화합물의 전기화학적 전환 등에서 우수한 촉매 성능을 보이고 있습니다. 또한, 실시간 분광학적 분석을 통해 촉매 표면에서의 반응 메커니즘과 활성 중심의 변화를 규명함으로써, 촉매의 구조-성능 상관관계를 심층적으로 이해하고 있습니다. 연구실은 나노소재의 합성뿐만 아니라, 분광학적 분석(적외선, 라만, X-선 등)과 이론 계산(DFT 등)을 결합하여, 나노소재의 전자 구조, 표면 결함, 촉매 활성점의 역할을 규명하고 있습니다. 이러한 융합적 연구는 차세대 에너지 및 환경 소재 개발에 있어 세계적으로 경쟁력 있는 연구 성과를 창출하고 있습니다.

연구실은 수소 에너지, 이차전지, 슈퍼커패시터, 연료전지 등 차세대 에너지 변환 및 저장 장치에 적용 가능한 고성능 촉매 및 전극 소재 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 전기화학적 수전해(물분해)를 통한 청정 수소 생산, 바이오매스 및 폐기물 기반 화합물의 고부가가치 화학물질 전환, 질산/아질산/질소산화물의 암모니아 전환 등 다양한 전기화학 반응에서 높은 효율과 내구성을 갖는 촉매를 설계하고 있습니다. 이 과정에서 다중 금속 합금, 고엔트로피 합금, 금속-탄소 복합체, 금속-유기 골격체(MOF) 유래 촉매, MXene, 이차원 소재 등 다양한 구조와 조성을 갖는 나노소재를 개발하고, 이들의 전기화학적 특성 및 반응 메커니즘을 심층적으로 분석합니다. 또한, 실시간(in situ/operando) 분광학과 이론 계산을 통해 촉매 표면에서의 활성종 생성, 전하 이동, 반응 경로 등을 규명하여, 소재의 구조적/전자적 최적화 방안을 제시하고 있습니다. 아울러, 환경 정화 분야에서는 난분해성 유기오염물질, 중금속, 질소/인 화합물 등 다양한 오염원의 제거 및 자원화 기술을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 펄스 레이저 기반 촉매를 활용한 유기염소계 화합물의 탈염소화, 중금속 이온의 선택적 검출 및 제거, 폐수 내 질산/아질산의 암모니아 전환 등 실질적인 환경문제 해결에 기여하고 있습니다.