이 연구실은 유기금속화학적 이해를 바탕으로 금속 및 금속화합물 나노입자의 구조를 정밀하게 설계하고, 조성·결함·계면·형상에 따른 물성 변화를 체계적으로 규명하는 연구를 수행한다. 특히 다성분 나노입자 내부의 공석, 이종상 계면, 결정상 왜곡, 준안정 구조와 같은 미세 구조 요소가 실제 기능 발현에 어떤 영향을 주는지를 밝히는 데 초점을 둔다. 이러한 접근은 단순한 입자 합성을 넘어, 나노결정의 내부 구조를 하나의 설계 변수로 다루는 구조론적 연구로 확장된다는 점에서 의의가 크다. 연구 방법론 측면에서는 용액 기반 합성, 핵생성 및 성장 제어, 중공 구조 형성, 결정면 제어, 코어-셸 및 이종접합 구조 제작 등 다양한 합성 전략이 활용된다. 학술 발표와 논문 실적에서 나타나듯이 산화물 나노로드, 나노큐브, 나노프리즘, 중공 나노구조 등 형태 제어형 나노소재 개발이 주요 축을 이룬다. 또한 나노결정의 품질을 정량적으로 평가하고, 구조 안정성과 성능 사이의 상관관계를 해석하는 연구를 통해 고기능성 소재의 재현성과 실용성을 높이고자 한다. 이러한 연구는 촉매, 센서, 광학소자, 전지 및 연료전지, 바이오영상 등 다양한 응용 분야로 연결된다. 특히 복합 조성 나노입자의 구조 안정성을 높이고 활성 표면을 극대화하는 설계 전략은 고효율 에너지 변환과 고감도 진단 소재 개발에 직접 기여할 수 있다. 앞으로도 이 연구 방향은 단일 소재의 성능 향상을 넘어, 차세대 기능성 나노소재의 설계 원리를 정립하는 기반 연구로 발전할 가능성이 크다.

이 연구실의 핵심 연구 분야 중 하나는 수전해와 연료전지 등 청정에너지 시스템에 적용되는 고성능 전기촉매의 개발이다. 대표적으로 산소환원반응(ORR), 산소발생반응(OER), 수소발생반응(HER)에 필요한 촉매를 설계하며, 귀금속 사용량을 줄이면서도 높은 활성과 내구성을 확보하는 방향으로 연구를 전개하고 있다. 중공 나노구조, 초격자 구조, 탄소 담지체 결합 기술, 다성분 합금 및 화합물 촉매 등은 이 연구실이 지속적으로 축적해 온 중요한 기술 기반이다. 최근 연구에서는 PEM 수전해와 PEM 연료전지용 핵심 소재 개발이 두드러진다. 산성 조건의 물 전기분해에서 RuO2 상의 격자 산소 산화를 억제하여 촉매 열화를 줄이는 연구, 수소발생반응을 위한 구조적으로 견고한 중공 Rh2S3 나노프리즘 촉매 개발, MXene-전이금속 화합물 이종접합을 이용한 비귀금속 기반 전기촉매 개발 등이 대표적이다. 또한 막전극접합체(MEA) 제조 기술, 고내구성 전극 설계, 고결정성 탄소 담지체, 초저백금 촉매 기술 등 실용화에 가까운 공정·부품 수준의 연구도 병행하고 있다. 이 연구는 수소경제와 친환경 모빌리티, 도심형 발전, 재생에너지 저장 시스템의 실현에 직접 연결되는 높은 파급력을 가진다. 고효율·고내구성 촉매 및 MEA 소재가 확보되면 시스템 비용 절감과 장기 운전 안정성 향상이 가능해져 상용화 장벽을 낮출 수 있다. 따라서 이 연구실의 전기촉매 연구는 기초 화학, 나노구조 제어, 전기화학 성능 평가, 산업 응용을 아우르는 융합형 에너지소재 연구로 평가할 수 있다.

이 연구실은 나노소재를 의료 진단과 치료에 접목하는 테라노스틱스 연구에서도 뚜렷한 성과를 보이고 있다. 특히 자기공명영상(MRI) 조영제, 약물전달체, 분자영상 플랫폼 등 진단과 치료를 동시에 고려하는 다기능성 나노입자 개발이 주요 주제이다. Chemical Reviews에 게재된 테라노스틱스 관련 리뷰 논문은 이러한 연구 방향이 연구실의 중요한 축임을 보여주며, 맞춤형 치료와 정밀의학의 구현을 위한 나노기술 기반 전략을 포괄적으로 다루고 있다. 관련 특허에서는 중공 금속 산화물 나노입자 기반 MRI 조영제, 신규 산화망간 나노입자 조영제, 펩타이드 분리용 기능성 나노입자 등이 확인된다. 중공 구조와 표면 기능화를 활용해 조영 성능을 높이거나 약물 전달 기능을 결합하는 방식은 진단 효율과 생체 적용성을 동시에 향상시키는 데 유리하다. 또한 암세포 주변의 산성 환경에 반응해 구조와 이온 방출 특성이 변하는 산화망간 나노입자와 같이, 질병 미세환경에 선택적으로 반응하는 스마트 나노소재 설계도 이 연구실의 강점으로 볼 수 있다. 이러한 연구는 의료영상의 민감도 향상, 표적 약물 전달, 질병 조기 진단, 치료 반응 모니터링 등 다양한 임상적 가능성을 제공한다. 기존 조영제의 한계를 극복하고, 영상과 치료를 통합하는 플랫폼 기술로 발전할 경우 정밀의료 분야에서 높은 활용 가치를 가진다. 따라서 이 연구실의 바이오 나노소재 연구는 화학적 합성 역량과 나노구조 설계 기술이 의료 응용으로 확장된 대표적인 융합 연구 영역이라 할 수 있다.