이승현 교수 연구실(Plasmonic Hybrid Nanomaterials Laboratory)은 플라즈모닉 하이브리드 나노소재의 합성과 응용을 중심으로, 나노과학, 재료화학, 에너지 및 바이오센서 분야를 융합하는 다학제적 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 금, 은 등 귀금속 나노입자와 탄소, 금속 산화물 등 다양한 소재를 결합한 하이브리드 나노구조체를 설계·합성하고, 이들의 독특한 광학적·전기화학적 특성을 활용하여 차세대 센서 및 에너지 변환 시스템을 개발하고 있습니다.
대표적인 연구 분야로는 표면증강라만산란(SERS), 국부표면플라즈몬공명(LSPR) 기반의 초고감도 광센서 개발, 유전영동 및 마이크로플루이딕 플랫폼을 활용한 나노입자 정렬 및 대면적 센서 기판 제작, 그리고 환경 오염물질 및 바이오마커의 실시간 검출 기술이 있습니다. 또한, 금속-유기 골격체(MOF) 유래 촉매, 붕소 도핑, 코어-셸 구조 등 첨단 합성 전략을 적용하여, 수전해 기반 그린 수소 생산, 바이오매스 전환, 오염물질 분해 등 지속가능한 에너지 및 환경 분야의 핵심 기술을 연구하고 있습니다.
본 연구실은 실험적 연구와 더불어 DFT(밀도범함수이론) 계산, 인공지능(AI) 기반 데이터 분석, 자동화 실험실 구축 등 첨단 융합기술을 적극 도입하고 있습니다. 이를 통해 나노소재의 구조-성능 상관관계를 심층적으로 규명하고, 소재 개발의 효율성과 신뢰성을 높이고 있습니다. 다양한 특허 및 산학협력, 정부과제 수행을 통해 실용화 및 산업적 파급력도 확대하고 있습니다.
연구실의 주요 성과는 세계적 학술지 논문, 특허, 산학협력 프로젝트, 국내외 학회 발표 등으로 이어지고 있으며, 다수의 수상 경력과 함께 국내외 연구 네트워크를 구축하고 있습니다. 학생들은 나노소재 합성, 분석화학, 에너지 촉매, 바이오센서 등 다양한 분야에서 실무 경험을 쌓으며, 차세대 융합과학 인재로 성장하고 있습니다.
향후 본 연구실은 플라즈모닉 하이브리드 나노소재의 새로운 합성법 개발, AI 및 자동화 실험실과의 융합, 친환경 에너지·환경·바이오 융합 응용 확대 등 미래 지향적 연구를 지속적으로 추진할 계획입니다. 이를 통해 첨단 나노소재 기반의 혁신적 기술 창출과 사회적 가치 실현에 앞장서고자 합니다.
플라즈모닉 하이브리드 나노구조체는 금속 나노입자와 다양한 소재(탄소, 금속 산화물 등)를 결합하여 독특한 광학적 특성을 구현하는 첨단 나노소재입니다. 본 연구실에서는 금, 은 등 귀금속 나노입자를 기반으로 한 하이브리드 구조체를 설계하고, 이들의 표면 플라즈몬 공명(SERS, LSPR) 특성을 극대화하는 합성 및 조립 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 구조체는 전자기장 증폭 효과를 통해 라만 신호를 극대화하여 분자 수준의 초고감도 검출이 가능하게 합니다.
특히, 플라즈모닉 금속 나노입자를 정밀하게 배열하거나, 다방면 성장(메조스타) 및 코어-셸 구조 등 다양한 형태로 제작하여, 광센서의 감도와 신뢰성을 크게 향상시키고 있습니다. 유전영동(DEP) 기반 배열, AAO(양극 산화 알루미늄) 템플릿, 마이크로플루이딕 칩 등 다양한 플랫폼을 활용하여 대면적, 고균일성의 SERS 활성 기판을 구현하고, 실제 환경 및 바이오 분석에 적용하고 있습니다.
이러한 연구는 환경 오염물질, 중금속 이온(예: Hg2+), 바이오마커 등 다양한 타깃 물질의 실시간, 현장 검출에 활용될 수 있으며, 차세대 분자 진단, 환경 모니터링, 의료 진단 등 다양한 분야로 응용이 확장되고 있습니다. 미래에는 인공지능(AI) 및 자동화 실험실과 연계하여, 고감도·고신뢰성 센서 플랫폼의 상용화 및 융합기술 개발로 이어질 전망입니다.
탄소-무기 금속 산화물 하이브리드 나노구조체 및 에너지 촉매 응용
탄소 기반 소재(탄소나노튜브, 그래핀 등)와 무기 금속 산화물(예: TiO2, CoO, V2O5 등)을 결합한 하이브리드 나노구조체는 에너지 변환 및 저장, 환경 정화 등 다양한 응용 분야에서 주목받고 있습니다. 본 연구실은 다공성 코어-셸 구조, 3차원 이종접합체, 메조포러스 구조 등 다양한 하이브리드 나노소재를 합성하고, 이들의 전기화학적·광촉매적 성능을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다.
특히, 수전해를 통한 그린 수소 생산, 바이오매스 전환을 통한 고부가가치 화학물질 생산, 오염물질 분해 등 지속가능한 에너지 및 환경 분야에 중점을 두고 있습니다. 금속-유기 골격체(MOF) 유래 촉매, 붕소 도핑, 표면 결함 제어 등 첨단 합성 전략을 도입하여, 산소 발생 반응(OER), 수소 발생 반응(HER) 등에서 우수한 촉매 활성을 구현하고 있습니다. 또한, DFT 계산 및 AI 기반 데이터 분석을 통해 촉매의 구조-성능 상관관계를 심층적으로 규명하고 있습니다.
이러한 연구는 차세대 친환경 에너지 생산, 고효율 촉매 개발, 산업 폐수 정화 등 실질적인 사회 문제 해결에 기여하고 있습니다. 앞으로는 자동화 실험실, 인공지능 기반 소재 설계 등과 융합하여, 촉매 소재의 고속 개발 및 상용화, 미래 모빌리티·반도체 패키징 등 다양한 산업 분야로의 확장도 기대됩니다.
High Photothermal Conversion of Dumbbell-shaped Heterostructured Au/end-CeO2 for Sensitive Detection of Interleukin-6 (IL-6) in Dual Mode Lateral Flow Immunoassay
