본 연구 주제는 질소 분자를 보다 효율적으로 활성화하여 암모니아를 합성할 수 있는 차세대 촉매 소재를 설계하는 데 초점을 둔다. 특히 전이금속과 지지체의 상호작용, 그리고 지지체 표면에 형성되는 공공(vacancy)이나 음이온 결함이 반응 경로를 어떻게 바꾸는지를 규명함으로써 기존 촉매의 한계를 넘어서는 고활성·저비용 촉매 개발을 지향한다. 암모니아는 비료 산업뿐 아니라 수소 저장 및 운반 매체로도 주목받고 있어, 이 연구는 에너지·화학 산업 전반에 파급력이 크다. 연구실의 관련 성과에서는 Ni, Co, Fe 등의 전이금속이 질화물·이미드계 지지체와 결합할 때 질소의 활성화와 수소화 단계가 어떻게 조절되는지를 실험과 이론 양쪽에서 분석하고 있다. 특히 공공이 형성된 표면은 전자 전달을 촉진하고, 질소 분자의 결합을 약화시키는 활성 부위를 제공하여 낮은 비용의 비귀금속 촉매에서도 우수한 성능을 구현할 수 있게 한다. 이는 루테늄 기반 고가 촉매에 대한 대안으로서 산업적 의미가 크며, 반응 속도와 선택성을 동시에 향상시키는 새로운 촉매 설계 원리를 제시한다. 이 연구는 단순히 암모니아 합성 효율을 높이는 데 그치지 않고, 결함 유래 활성전자와 표면 반응 메커니즘에 대한 근본 이해를 넓힌다는 점에서도 중요하다. 향후에는 암모니아 외에도 수소화 반응, 질소고정, 전기화학 촉매 등 다양한 화학 반응으로 확장될 수 있으며, 계산과학과 실험적 합성을 결합한 정밀 촉매 설계를 통해 지속가능한 에너지 전환 기술의 핵심 기반을 제공할 것으로 기대된다.

연구실의 핵심 축 중 하나는 에너지띠와 전자구조를 바탕으로 재료의 기능을 이해하고, 음이온 결함이나 혼합 음이온 구조를 이용해 새로운 물성을 발현시키는 것이다. 재료 내부의 전자 상태는 촉매 활성, 전기전도성, 광응답성, 안정성 등 다양한 성능을 결정하므로, 전자구조를 정밀하게 제어하는 것은 차세대 기능성 재료 개발의 출발점이 된다. 이 연구는 재료과학과 고체화학, 표면과학을 연결하는 융합적 성격을 가진다. 구체적으로는 음이온 클러스터 결함으로 인해 생성되는 활성전자의 특성을 분석하고, 이를 촉매 및 전기·광학 소재에 응용하는 방향이 중요한 연구 내용으로 보인다. 또한 금속 수소화물 및 혼합 음이온 화합물과 같은 독특한 결정 구조를 합성하고, 그 안에서 나타나는 금속-금속 결합, 전하 이동, 전도 특성 등을 규명하는 연구도 포함된다. 이러한 접근은 기존 산화물 중심의 재료 연구를 넘어, 수소·질소·비소 등 다양한 음이온이 결합된 신물질 계열에서 새로운 전자적 현상을 탐색하는 데 강점을 가진다. 이와 같은 연구는 촉매 반응의 활성점 설계뿐 아니라 전자소자, 광학소자, 에너지 변환 소재의 성능 향상에도 직접적으로 연결된다. 결함은 일반적으로 불완전성으로 여겨졌지만, 본 연구에서는 이를 기능의 원천으로 활용하여 재료 설계의 자유도를 높인다. 앞으로는 계산 기반 전자구조 예측과 정밀 합성, 분광학적 분석을 결합하여 결함-전자-반응성의 상관관계를 체계화함으로써, 고성능 신소재 개발의 플랫폼 기술로 발전할 가능성이 크다.

연구실은 촉매 분야를 넘어 태양전지, 나노전극, 발열소자 등 에너지 및 광전자 응용이 가능한 재료 연구로도 확장된 모습을 보인다. 특히 소재의 구조 안정성과 전하 이동 특성을 동시에 개선하여 실제 소자 수준의 성능과 내구성을 높이는 방향이 두드러진다. 이는 기초 재료과학을 바탕으로 실용적 응용까지 연결하는 연구 전략으로 해석할 수 있다. 관련 연구에서는 페로브스카이트 조성 제어를 통해 저온 또는 무열처리 조건에서도 안정적으로 결정화되는 태양전지 소재를 구현하고, 장기 보관 안정성과 고효율을 동시에 확보하고자 한다. 또한 은 나노와이어 전극의 경우 표면 리간드 교환을 통해 전기전도성과 열적 안정성을 향상시키고, 줄가열 성능을 높이는 접근이 확인된다. 이러한 연구는 유연 전자소자, 투명전극, 차세대 광전변환 소자 등 다양한 응용 분야와 밀접하게 연결된다. 이 주제의 강점은 소재 합성, 계면 제어, 전도 메커니즘 분석, 소자 성능 검증이 유기적으로 결합되어 있다는 점이다. 궁극적으로는 고효율·고안정성 에너지 소재를 개발하여 상용화 가능성을 높이고, 환경 변화에도 견디는 내구성 높은 소자를 구현하는 데 기여할 수 있다. 앞으로 촉매 및 전자구조 연구에서 축적한 지식을 에너지 소자 재료에 접목하면, 기능성 재료 전반을 아우르는 폭넓은 연구 플랫폼으로 발전할 것으로 기대된다.