이 연구 주제는 TiO2를 중심으로 한 광촉매와 광전기화학(photoelectrochemical) 기술을 활용하여 수중 유기오염물질을 효과적으로 분해하는 데 초점을 둔다. 연구실은 특히 Ti3+ 자기 도핑, 산소 공공(oxygen vacancy) 형성, 금속 또는 비금속 표면 개질과 같은 재료 제어 전략을 통해 TiO2의 광반응성과 전하 이동 특성을 향상시키고, 난분해성 오염물 제거 효율을 높이는 방향으로 연구를 수행하고 있다. 이는 기존 광촉매의 낮은 가시광 활용도와 전하 재결합 문제를 극복하려는 환경촉매 연구의 핵심 과제와 맞닿아 있다. 구체적으로는 TiO2 나노튜브 어레이, 자기 도핑형 TiO2 전극, Janus 광전극 구조 등을 설계하여 양극과 음극에서 동시에 반응성이 발현되는 시스템을 개발한다. 이러한 접근은 단순한 광분해를 넘어 과황산염 활성화, 라디칼 생성 경로 제어, 계면 전하 전달 향상, 장시간 운전 안정성 확보까지 포괄한다. 연구실의 논문들은 비스페놀 A와 같은 대표적 유기오염물 분해를 통해 반응 속도, 분해 경로, 전극 극성 전환 운전의 내구성 등을 비교 평가하며, 실제 수처리 적용 가능성을 검증하고 있다. 이 연구의 의의는 고효율 산화처리와 에너지 활용성을 동시에 고려한 차세대 수처리 플랫폼을 제시한다는 점에 있다. 실내조명 활성 광촉매 특허나 TiO2 표면 개질 관련 축적된 연구 경험은 실사용 환경에서의 적용성을 높여준다. 앞으로는 가시광 응답성 확대, 복합 오염물 조건에서의 반응 선택성 해석, 막공정이나 전기화학 시스템과의 융합을 통해 분산형·저에너지형 수처리 기술로 발전할 가능성이 크다.

이 연구 주제는 과황산염(persulfate)을 활성화하여 황산 라디칼 및 다양한 반응성 산소종을 생성하고, 이를 통해 난분해성 수중 오염물질을 제거하는 고도산화공정에 관한 것이다. 연구실은 전통적인 금속 촉매뿐 아니라 탄소계 재료, 금속-탄소 복합체, 바이오차 등 다양한 촉매 플랫폼을 활용하여 과황산 활성화 메커니즘을 규명하고 있다. 특히 활성점이 금속상에 존재하는지 탄소상에 존재하는지, 또는 반응 조건에 따라 활성점이 어떻게 전환되는지에 대한 정밀한 해석이 연구의 중요한 특징이다. 최근 연구에서는 여러 원료에서 제조한 바이오차의 과황산 활성화 성능을 비교하고, 철 성분이나 망간 성분이 열처리 과정의 탄소 구조 형성 및 촉매 성능 향상에 어떤 역할을 하는지 분석하였다. 또한 금속-탄소 복합체에서 오존과 과황산 활성화 시 활성 중심이 전환되는 현상을 규명함으로써, 단순 성능 비교를 넘어서 반응 메커니즘 중심의 촉매 설계 원리를 제시하고 있다. 이러한 결과는 촉매의 표면 화학, 흡착 특성, 결합 친화도, 전자 이동성, 그래파이트화 정도 등이 실제 산화 처리 효율에 어떤 영향을 주는지를 체계적으로 보여준다. 이 연구의 확장성은 매우 크다. 과황산 기반 공정은 기존 염소계 또는 오존계 처리 대비 선택성과 공정 유연성이 높아 산업폐수, 미량오염물, 재이용수 처리에 유리하다. 연구실은 폐기물계 바이오매스를 업사이클링해 고성능 탄소 촉매를 제조하는 프로젝트도 수행하고 있어, 환경정화와 자원순환을 동시에 달성하는 지속가능형 기술 개발로 이어지고 있다. 향후에는 실제 복합 수질 매트릭스에서의 촉매 안정성, 비라디칼 경로 제어, 저비용 대량생산 공정 최적화가 중요한 발전 방향이 될 것이다.

이 연구 주제는 전기화학적 산화반응을 이용한 폐수처리와 더불어, 이를 뒷받침하는 기능성 환경소재 개발을 함께 다루는 융합형 연구 영역이다. 연구실은 Magnéli phase Ti4O7, Ti3+ 자기 도핑 TiO2와 같은 산소 공공이 풍부한 전극 재료를 활용하여 처리 효율, 산화 분해 경로, 장기 안정성을 비교 분석하고 있다. 이는 전극 기반 수처리 기술에서 매우 중요한 내구성, 전류 효율, 오염물 광물화 성능을 개선하기 위한 연구로 볼 수 있다. 또한 전기화학 공정 단독이 아니라 막증류와 결합한 폐수 처리 시스템, 역오팔 구조 멤브레인 필터, 실내조명 활성 광촉매, 질소 도핑 그래핀, 미생물 기반 금속황화물 합성 등 다양한 특허 포트폴리오를 통해 환경소재의 설계와 공정화까지 폭넓게 수행하고 있다. 특히 전기화학적 산화에서 발생하는 열이나 산화종을 다른 분리공정과 연계해 활용하려는 시도는 공정 집약화와 에너지 효율 향상 측면에서 의미가 크다. 이는 단순한 반응기 개발을 넘어 시스템 수준의 수처리 엔지니어링으로 연구를 확장하고 있음을 보여준다. 이러한 연구는 실제 산업폐수, 고염도 폐수, 재이용수 생산 등 다양한 응용으로 이어질 수 있다. 동시에 폐자원 기반 탄소소재나 생물학적 합성 소재를 환경촉매 및 센서 소재로 발전시키는 방향은 지속가능성과 기능성 소재 개발을 연결한다. 향후 연구는 전극 오염과 수명 저하 문제 해결, 분리막과 전극의 일체형 모듈 설계, 실증 규모 운전 데이터 확보를 통해 현장 적용성을 더욱 높이는 방향으로 진화할 것으로 기대된다.