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연구 분야
기술 도입 효과 및 상용화 단계
경제적/시장 적용 및 기대 효과
MOF 기반 에너지 저장 기술은 높은 학술적 관심과 함께 시장 성장 잠재력이 큰 분야입니다. 고효율 전기화학 시스템 구축을 통해 에너지 전환 비용 절감, 생산성 향상 및 기업 경쟁력 강화가 기대되며, 특히 PEMFC 등 연료전지 시장에서의 적용 확대가 예상됩니다.
태양광 기반 친환경 연료 생산 기술은 탄소 배출 규제 강화 및 ESG 경영 확산에 따라 시장 수요가 급증할 것으로 예상됩니다. MOF 광촉매 기술 도입은 기업의 환경 비용 절감, 신규 시장 창출 및 지속 가능한 비즈니스 모델 구축에 기여할 것입니다.
가스 분리막 시장은 바이오가스 수요 증가 등으로 꾸준히 성장하고 있으며, MOF와 같은 고성능 다공성 소재는 이 시장에서 높은 부가가치를 창출할 수 있습니다. 기술 도입 시 에너지 비용 절감, 환경 규제 대응, 투자 회수율(ROI) 상승 및 글로벌 시장 경쟁력 확보가 기대됩니다. 특히 CO2 분리 및 정제 기술은 제약 및 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있습니다.
연구실에서 최근에 진행되고 있는 관심 연구 분야
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에너지 저장 및 변환을 위한 다공성 소재 설계와 활용
에너지 저장 및 변환 기술의 핵심 과제를 해결하기 위해 MOF(금속-유기 골격체)와 나노소재의 융합을 연구합니다. MOF는 독특한 구조적 유연성과 높은 기공도를 가지며, 이를 통해 다양한 화학 반응에서 이온과 전자의 흐름을 최적화할 수 있습니다. 본 연구는 다음과 같은 구체적인 방향성을 포함합니다: A. MOF와 나노소재의 융합 설계 MOF와 나노입자, 나노와이어, 탄소 기반 나노소재를 결합하여 다기능성을 극대화합니다. 예를 들어, MOF의 높은 기공도를 이용해 나노소재를 내장하고, 이 조합이 전기화학적 반응의 속도와 효율을 높이는 방법을 탐구합니다. - MOF의 구조와 화학적 특성을 조정하여 특정 에너지 응용에 최적화. - 나노소재와의 결합으로 표면적 증가 및 전도성 강화. B. 다층 MOF-금속 구조 설계 다중 금속층과 MOF 층을 결합하여 복잡한 촉매 반응을 유도합니다. MOF의 구조적 특성을 활용해 반응 분자의 확산을 제어하고, 다단계 촉매 반응을 가능하게 하여 촉매 성능을 극대화합니다. C. MOF 내부 나노소재 내장 MOF 기공 내 나노소재를 정밀 배치하여 반응 경로와 화학 반응의 선택성을 제어합니다. 이를 통해 기존 소재로는 구현하기 어려운 반응을 안정적으로 수행할 수 있습니다. [주요 응용 분야] 연료전지 및 메탈-에어 배터리: 고기공성과 높은 전도성을 가진 MOF-나노소재 복합체를 전극으로 활용하여 성능 및 내구성 향상. 슈퍼커패시터: 높은 표면적과 빠른 이온 이동을 제공하는 전극 설계. 전기화학적 에너지 저장 및 변환: 효율적인 이온 전도와 반응성을 제공하는 전극 및 촉매 개발. [협업 가능성] 배터리 및 에너지 기업: 에너지 저장 장치 성능 향상을 위한 소재 공급. 촉매 기업: MOF-기반 촉매의 상용화 기술 지원. 환경 기술 기업: 이산화탄소 전환을 포함한 친환경 에너지 솔루션 개발.
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광촉매 및 인공 광합성 소재 개발
태양광 에너지를 활용하여 연료를 생성하는 기술은 지속 가능하고 친환경적인 에너지 솔루션으로 각광받고 있습니다. 본 연구는 MOF의 고유한 구조와 특성을 활용하여 태양광 기반 연료 전환 기술을 발전시키는 데 초점을 맞춥니다. A. 광촉매 MOF 설계 MOF의 유기 링크와 무기 결합부를 광촉매 작용이 가능하도록 설계하여 태양광 흡수 및 반응 효율을 극대화합니다. CO₂ 환원, 물 산화와 같은 인공 광합성 반응을 위한 최적의 MOF 구조를 연구합니다. B. MOF-나노소재 융합 나노소재의 표면 플라즈몬 효과를 MOF와 결합하여 광학적 에너지 전달 효율을 강화합니다. 이를 통해 기존 광촉매보다 높은 반응성을 제공하며, 저에너지 광원을 활용하는 기술도 가능해집니다. C. CO₂ 및 물 전환 기술 개발 MOF를 활용해 태양광으로 CO₂를 연료로 전환하거나, 물을 산소와 수소로 분리하는 반응을 촉진합니다. 이러한 기술은 탄소 중립 실현과 수소 경제 구축에 기여할 수 있습니다. [주요 응용 분야] 태양광 기반 수소 생산: MOF 기반 수소 생산 촉매 탄소 전환 기술: CO₂를 화학적 연료로 전환하는 촉매 시스템 친환경 에너지 솔루션: 광촉매를 활용한 태양광 연료 생성 기술 [협업 가능성] 신재생 에너지 기업: 태양광 에너지를 활용한 수소 생산 및 탄소 전환 촉매 및 화학 기업: 친환경 촉매 시스템 개발 탄소 배출 저감 기업: CO₂ 전환 및 활용 기술 협력
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다공성 소재를 활용한 가스 저장 및 분리 기술
다공성 소재는 가스 저장 및 분리에서 필수적인 역할을 합니다. 본 연구는 MOF의 기공 크기와 화학적 친화성을 조정하여 특정 가스의 저장 및 분리 성능을 최적화하는 방법을 탐구합니다. A. MOF 기반 가스 저장 기술 CH₄, CO₂, H₂ 등 다양한 가스를 저장할 수 있는 고기공성 MOF를 설계합니다. 기공의 크기와 화학적 특성을 조정하여 가스 저장 효율을 높이고, 다양한 환경 조건에서도 안정적인 성능을 제공합니다. B. 가스 분리 기술 MOF의 친화성을 특정 가스에 맞게 최적화하여 가스 혼합물에서 원하는 성분만을 분리하는 기술을 개발합니다. 이 기술은 천연가스 정제, 수소 분리, 이산화탄소 포집(CCUS) 등에 활용될 수 있습니다. C. 다기능 복합 구조 설계 서로 다른 기공 특성을 가진 MOF를 결합하여 가스 저장과 분리를 동시에 수행할 수 있는 다기능 시스템을 설계합니다. [주요 응용 분야] 고압 수소 저장: 안정적이고 효율적인 수소 저장 시스템 개발. 탄소 포집 및 저장(CCS): 대기 중 CO₂를 포집하고 활용하는 기술. 천연가스 정제 및 저장: 가스 혼합물에서 메탄 등 고부가가치 성분 분리. [협업 가능성] 에너지 기업: 고효율 가스 저장 시스템 개발. 환경 기술 기업: 이산화탄소 포집 및 활용 기술 개발. 화학 기업: 정밀 가스 분리 및 저장 기술 상용화.