이 연구 주제는 고분자 블렌드, 블록 공중합체 자기조립, 상분리 현상 등을 활용하여 무기 나노다공소재와 금속유기구조체(MOF)의 구조, 형상, 기공 배향을 정밀하게 제어하는 데 초점을 둔다. 연구실은 단순히 다공성 물질을 합성하는 수준을 넘어, 입자 크기와 모양, 중공 구조, 메조기공의 방향성, 계층적 기공 네트워크까지 설계 가능한 합성 전략을 개발하고 있다. 이러한 접근은 실험실 수준의 소재 합성을 실제 응용이 가능한 구조화된 재료 플랫폼으로 확장하는 데 중요한 의미를 가진다. 특히 다성분 고분자 블렌드와 무기 전구체의 상호작용을 이용한 합성법은 메조다공성 입자, 중공 구형 입자, 금속산화물, 다공성 탄소, 그리고 MOF 초구조체를 범용적으로 제조할 수 있는 강력한 방법론이다. 연구실의 대표 논문들은 금속산화물을 1차 구조 유도체로 활용해 MOF 및 다공성 탄소의 형상을 제어하거나, 다중 스케일 상분리를 통해 메조다공성 무기 입자와 중공 구체를 제조하는 전략을 제시하였다. 이는 기공 구조와 입자 형상이 흡착, 촉매, 저장 성능에 직접적인 영향을 준다는 점에서 매우 핵심적인 기반 연구이다. 향후 이 연구는 수계 조건에서의 ordered mesoporous MOF 합성, 혼합 금속 MOF의 실온 합성, 고분자-MOF 하이브리드 플랫폼 구축 등으로 확장되고 있다. 이러한 기술은 에너지 저장, 분리막, 촉매, 흡착제, 환경정화 소재 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 특히 물성 향상과 공정성 개선을 동시에 달성할 수 있다는 점에서 산업적 파급력이 크다. 연구실은 구조-형상-기능의 상관관계를 정립함으로써 차세대 기능성 다공소재 설계의 원천기술을 구축하고 있다.

연구실의 또 다른 핵심 축은 리튬이온전지, 리튬-황전지, 포타슘 이온 저장 장치, 하이브리드 커패시터를 위한 고성능 전극소재 개발이다. 이 연구는 단순한 조성 최적화가 아니라, 기공 크기 분포, 기공 연결성, 표면 화학, 나노채널 배향, 복합체 미세구조를 정밀 제어하여 이온 및 전자의 이동을 동시에 향상시키는 방향으로 전개된다. 특히 계층적 다공 구조를 가진 무기소재와 탄소 기반 복합체를 설계해 고출력, 고안정성, 장수명 특성을 구현하는 데 집중하고 있다. 대표적으로 계층적 다공성 티타늄 나이트라이드(h-TiN)를 황 호스트로 적용한 리튬-황전지 연구는 다중 스케일 기공 구조와 TiN의 표면 특성을 결합해 폴리설파이드 셔틀 문제를 억제하고 고속 충방전 성능을 확보하였다. 또한 하드카본, 산화철/탄소 복합체, 바이오매스 유래 탄소, 메조다공성 탄소 구체 등 다양한 전극 플랫폼을 대상으로 리튬 및 포타슘 저장 메커니즘을 규명하고 있다. 최근 발표 주제들에서도 기공 길이, 초미세기공, 메조기공 배향, 전환 반응 특성 등이 전기화학 성능에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고 있음을 확인할 수 있다. 이 연구는 차세대 이차전지 및 하이브리드 에너지 저장 장치의 실용화에 직접 연결된다. 포타슘 이온 기반 저장 시스템은 자원 접근성과 경제성 측면에서 유망하며, 리튬-황전지는 높은 에너지 밀도로 주목받고 있다. 연구실은 소재 설계-구조 제어-전기화학 성능 평가를 통합적으로 수행하면서, 고속 충전, 장수명, 저비용 구현이라는 산업적 요구를 충족하는 전극소재 원천기술을 축적하고 있다.

연구실은 환경·에너지 문제 해결을 위한 흡착 기반 분리 공정과 이산화탄소 포집 소재 개발도 활발히 수행하고 있다. 특히 상용차 운행 중 배출되는 CO2를 실시간으로 포집하기 위한 흡탈착 시스템 원천기술 개발 프로젝트에 참여하며, 실제 배기가스 조건에서 작동 가능한 선택적 흡착제와 모듈화된 시스템 설계에 집중하고 있다. 이는 실험실 소재 연구를 넘어서, 운전 조건 변화와 열관리, 압축 및 에너지 회수까지 고려한 응용 지향적 연구라는 점에서 중요하다. 구체적으로는 PEI/SiO2 기반 흡착제, 제올라이트-13X의 구조선택적 이온교환, 제올라이트 및 MOF 기반 CO2 흡착제, 탄소 표면 처리 전이금속 함유 제올라이트 촉매 등 다양한 고체 소재를 설계하고 있다. 최근 학회 발표에서는 알칼리 이온 표면 개질을 통한 흡착 성능 향상, 고형상 흡착제 데이터베이스 확보, CO2 선택 흡착 및 탈착 제어 조건 도출 등이 다루어졌다. 또한 탄화수소 혼합물의 흡착 분리와 같은 정밀 분리 공정으로도 연구가 확장되고 있어, 소재의 기공 구조와 표면 화학을 활용한 분자 수준 선택성 제어가 핵심임을 보여준다. 이 분야의 궁극적 목표는 고효율·저에너지 소비형 탄소 포집 및 자원 회수 기술의 실현이다. 이동 배출원인 상용차에 적용 가능한 CO2 포집 기술은 탄소중립 사회 전환에 큰 의미를 가지며, 제올라이트·MOF·고분자 복합 흡착제는 차세대 분리소재로서 높은 잠재력을 가진다. 연구실은 소재 합성, 구조 제어, 흡탈착 성능 평가, 시스템 적용성을 연결하여 환경공학과 화학공학을 아우르는 실용형 연구를 수행하고 있다.