정낙천 연구실
컴퓨터공학과 정낙천
정낙천 연구실은 화학물리학과를 기반으로 고체무기화학, 특히 금속-유기 구조체(MOFs)의 합성과 기능성 향상에 중점을 두고 있습니다. 연구실은 다양한 금속 이온과 유기 리간드를 활용하여 새로운 MOF 소재를 개발하고, 이들의 구조적·화학적 특성을 정밀하게 분석함으로써, 차세대 촉매, 센서, 에너지 변환 및 저장, 환경 정화 등 다양한 응용 분야에 적합한 혁신적 소재를 창출하고 있습니다.
특히, MOF의 활성화 및 구조 제어 기술 개발에 있어 독창적인 연구를 수행하고 있습니다. 기존의 열적 활성화 방식의 한계를 극복하기 위해, 화학적 활성화(예: 할로겐화 탄소 처리, 마이크로파 및 레이저 조사, 다단계 배위치환법 등)와 같은 저온·비파괴적 방법을 도입하여 MOF의 구조적 완전성과 기능성을 극대화하고 있습니다. 이를 통해, 촉매 반응에서의 높은 활성, 내수성 및 내화학성 향상, 이온 전도성 및 가스 분리 성능 증진 등 다양한 성과를 거두고 있습니다.
연구실은 MOF의 금속 노드 배위화학을 정밀하게 조절하여, 촉매 활성 부위의 노출 및 제어, 혼합가수 산화상태 조절, 박막 및 고분자 복합체 합성 등 실용적 응용을 위한 소재 개발에도 앞장서고 있습니다. 또한, MOF의 구조적 변환(예: 상호침투 구조의 가역적 전환, 동적 배위 결합 조절 등)을 통한 가스 분리, 이온 전도성 제어, 대기 중 수분 포집 등 미래 지향적 연구도 활발히 진행 중입니다.
이외에도, 연구실은 MOF를 기반으로 한 연료전지용 프로톤 전도성 소재, 태양전지 및 센서 소재, 환경 정화용 흡착제 등 다양한 융합 연구를 수행하고 있습니다. 실제로, 다양한 특허 출원과 국내외 학술지 논문, 산학협력 프로젝트를 통해 연구성과를 대외적으로 인정받고 있습니다.
정낙천 연구실은 고체무기화학의 이론적·실험적 기반을 바탕으로, MOF의 근본적 화학적 특성 규명과 실용적 신소재 개발을 선도하며, 미래 에너지·환경 문제 해결에 기여하는 창의적 연구를 지속적으로 추진하고 있습니다.
고체무기화학 기반 금속-유기 구조체(MOFs) 연구
정낙천 연구실은 고체무기화학을 기반으로 한 금속-유기 구조체(Metal-Organic Frameworks, MOFs)의 합성, 구조 제어, 기능성 향상에 중점을 두고 있습니다. MOFs는 금속 이온 또는 금속 클러스터와 유기 리간드가 결합하여 형성되는 다공성 결정성 물질로, 높은 표면적과 조절 가능한 구조적 특성으로 인해 다양한 응용 분야에서 각광받고 있습니다. 연구실에서는 특히 구리, 인듐, 스칸듐 등 다양한 금속을 활용한 MOF의 합성법을 개발하고, 구조적 안정성 및 기능성 향상을 위한 새로운 화학적 전략을 모색하고 있습니다.
이러한 연구의 일환으로, 연구실은 MOF 내 금속 노드의 배위화학을 정밀하게 조절하여 촉매 활성, 이온 전도성, 가스 흡착 및 분리 성능을 극대화하는 방법을 탐구합니다. 예를 들어, 용매 교환, 환원 처리, 할로겐 배위 결합 등 다양한 화학적 변환을 통해 MOF의 구조적 완전성과 내수성, 내열성, 내화학성을 향상시키고 있습니다. 또한, MOF의 박막 제조, 이온성 고분자 매트릭스 내 인-시츄 합성 등 새로운 합성 플랫폼을 개발하여 실제 응용에 적합한 소재로 발전시키고 있습니다.
이러한 연구는 MOF의 구조적 다양성과 기능적 확장성을 바탕으로, 차세대 촉매, 센서, 에너지 저장 및 변환, 환경 정화 등 다양한 분야에서 혁신적인 소재 개발로 이어지고 있습니다. 정낙천 연구실은 고체무기화학의 이론적 기반과 실험적 기술을 융합하여, MOF의 근본적 화학적 특성을 규명하고, 이를 바탕으로 실용적이고 지속가능한 신소재를 창출하는 데 앞장서고 있습니다.
MOF의 활성화 및 촉매·에너지 응용
연구실은 MOF의 활성화(Activation) 기술 개발과 이를 활용한 촉매 및 에너지 응용 연구에 집중하고 있습니다. MOF의 활성화란, 금속 노드에 결합된 용매 분자나 불순물을 효과적으로 제거하여, 촉매 반응이나 이온 전도, 가스 흡착 등에서 핵심 역할을 하는 개방 금속 사이트(Open Metal Sites, OMSs)를 노출시키는 과정입니다. 기존의 열적 활성화 방식은 구조 손상 위험이 크기 때문에, 연구실에서는 화학적 활성화(예: 할로겐화 탄소, 마이크로파, 레이저 조사 등)와 다단계 배위치환법 등 다양한 저온·비파괴적 활성화 방법을 개발해왔습니다.
이러한 활성화 기술을 바탕으로, 연구실은 MOF를 이용한 다양한 촉매 반응(예: 아지드-알킨 사이클로첨가, 슈트레커 반응, 수소화 반응 등)과 에너지 변환(예: 연료전지용 프로톤 전도성 MOF, 태양전지 소재 등) 분야에 적용하고 있습니다. 특히, 구리 기반 MOF(HKUST-1 등)의 혼합가수 산화상태 조절, 박막 제조, 고분자 도입을 통한 내수성 및 촉매 활성 증진, 대기 중 수분 포집(AWH) 등 실용적 응용 연구가 활발히 이루어지고 있습니다.
이와 더불어, MOF의 구조적 변환(예: 상호침투 구조의 가역적 전환, 동적 배위 결합 조절 등)을 통한 가스 분리 및 저장, 이온 전도성 제어 등도 중요한 연구 주제입니다. 정낙천 연구실은 MOF의 근본적 활성화 메커니즘을 규명하고, 이를 기반으로 한 고효율 촉매 및 에너지 소재 개발에 있어 국내외적으로 선도적 위치를 확보하고 있습니다.
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Proton-conducting copper-based MOFs for fuel cells
Chemical Communications, 202502
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Gas-flow activation of MOFs: unlocking efficient catalysis through dynamic bonding
Diaz-Ramirez, M. L.[Diaz-Ram, Park, S. H.[Park, Sun Ho], Rivera-Almazo, M[Rivera-Alma, Medel, E[Medel, Erika], Peralta, RA[Peralta, Ricardo, Ibarra, IA[Ibarra, Ilich A.], Vargas, R[Vargas, Rubicelia], Garza, J[Garza, Jorge], Jeong, NC[Jeong, Nak Cheon]
Chemical Science, 202502
3
Hydroquinone-treated Cu3(BTC)2: a mixed-valence Cu(i/ii) MOF catalyst for efficient cycloadditions
Park, SH[Park, Sun Ho], Lee, S.[Lee, Sunggi], Jeong, N. C.[Jeong, Nak Cheo, Kim, H. M.[Kim, Hye Mi], Diaz-Ramirez, M. L.[Diaz-Ram
Chemical Communications, 202412
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헤테로고리형 전자주개를 격자화한 금속유기구조체 촉매 개발