Chang Hyuck Choi (CK) research group
화학과 최창혁
최창혁 연구실은 전기화학 및 전기촉매 분야에서 세계적인 연구를 선도하고 있습니다. 본 연구실은 기본적인 전기화학 원리 탐구부터 실제 산업 응용까지 폭넓은 연구를 수행하며, 연료전지, 수전해, 이산화탄소 전환, 질소계 전환 등 다양한 전기화학적 에너지 변환 시스템의 핵심 기술을 개발하고 있습니다.
연구실의 주요 목표는 전기촉매의 활성, 선택성, 내구성 등 근본적인 특성을 심도 있게 이해하고, 이를 바탕으로 고성능 촉매 및 전극 소재를 설계하는 것입니다. 이를 위해 단일 원자 촉매, 금속-질소-탄소(M-N-C) 기반 촉매, 나노구조화된 전극 등 첨단 소재를 개발하며, 전기이중층(Electric Double Layer) 구조와 계면 현상이 전기화학 반응에 미치는 영향도 체계적으로 분석합니다.
또한, 오페란도(Operando) 분광분석, 실시간 질량분석, 전기화학적 표면 분석 등 다양한 첨단 분석기술을 활용하여, 반응 중 실시간으로 촉매 표면과 계면에서 일어나는 변화를 정밀하게 관찰합니다. 이를 통해 반응 메커니즘을 분자 및 원자 수준에서 규명하고, 촉매 설계 및 반응 조건 최적화에 반영합니다.
이산화탄소 및 질소계 전기화학적 전환 반응 연구도 활발히 진행 중이며, 고부가가치 화합물 생산, 온실가스 저감, 자원순환 등 사회적 요구에 부응하는 혁신적인 기술 개발에 앞장서고 있습니다. 실제 산업적 응용을 고려한 전해조 설계, 전극 내구성 평가, 장기 운전 안정성 확보 등 실용화 연구도 병행하여, 실험실에서 개발된 기술이 산업 현장에 적용될 수 있도록 노력하고 있습니다.
최창혁 연구실은 이러한 연구를 통해 미래 에너지 위기 해결과 친환경적이고 지속가능한 사회로의 전환에 기여하고자 하며, 전기화학 및 에너지 소재 분야에서 새로운 패러다임을 제시하는 것을 목표로 하고 있습니다.
Fuel Cells
CO2 Reduction
Single-Atom Catalysts
전기화학적 에너지 변환을 위한 전기촉매 및 소재 개발
우리 연구실은 전기화학적 에너지 변환 시스템의 핵심인 전기촉매 및 소재 개발에 중점을 두고 있습니다. 전기화학적 에너지 변환은 연료전지, 수전해, 이산화탄소 전환 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 하며, 효율적이고 안정적인 전기촉매의 개발이 필수적입니다. 이를 위해 전극, 전해질, 반응 계면에서 일어나는 복잡한 전기화학 반응의 근본적인 메커니즘을 심도 있게 연구하고 있습니다.
특히, 단일 원자 촉매, 금속-질소-탄소(M-N-C) 기반 촉매, 나노구조화된 전극 소재 등 다양한 첨단 소재를 설계하고 합성합니다. 이러한 소재들은 높은 활성, 선택성, 내구성을 동시에 달성할 수 있도록 정밀하게 제어되며, 실제 연료전지, 전해조, 이산화탄소 전환 장치 등 다양한 응용 시스템에 적용됩니다. 또한, 전기이중층(Electric Double Layer, EDL) 구조와 계면 현상이 전기촉매 반응에 미치는 영향도 체계적으로 분석하고 있습니다.
이러한 연구를 통해, 에너지 저장 및 변환 효율을 극대화하고, 미래 에너지 위기 해결에 기여할 수 있는 혁신적인 전기화학 시스템을 구현하고자 합니다. 궁극적으로는 실험실에서 개발된 소재와 기술이 산업 현장에 적용되어, 친환경적이고 지속가능한 에너지 사회로의 전환을 앞당기는 데 이바지하는 것이 목표입니다.
고도 분석기술을 활용한 전기화학 반응 메커니즘 규명
본 연구실은 첨단 분석기술을 활용하여 전기화학 반응의 복잡한 메커니즘을 규명하는 데 주력하고 있습니다. 전기화학 반응은 다양한 중간체와 계면 현상이 얽혀 있어, 반응 경로와 활성점의 정확한 이해가 어렵습니다. 이에 따라, 오페란도(Operando) 분광분석, 실시간 질량분석, 전기화학적 표면 분석 등 다양한 고도 분석기법을 개발 및 적용하여, 반응 중 실시간으로 촉매 표면과 계면에서 일어나는 변화를 정밀하게 관찰합니다.
특히, 단일 원자 촉매나 나노구조 촉매의 활성점 구조, 전기이중층 내 이온 분포, 반응 중 생성되는 중간체 및 부산물의 거동 등을 분자 및 원자 수준에서 규명합니다. 이를 통해 촉매의 활성, 선택성, 안정성에 영향을 미치는 근본적인 인자를 도출하고, 촉매 설계 및 반응 조건 최적화에 반영합니다. 또한, 전기화학적 분석과 이론 계산을 병행하여 실험 결과의 해석력을 높이고, 새로운 반응 경로 및 촉매 활성화 전략을 제시합니다.
이러한 연구는 전기화학적 에너지 변환 시스템의 효율과 내구성을 획기적으로 향상시키는 데 기여하며, 나아가 차세대 연료전지, 수전해, 이산화탄소 전환 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 기술 발전을 이끌고 있습니다.
이산화탄소 및 질소계 전기화학적 전환 반응 연구
우리 연구실은 이산화탄소(CO2) 및 질소(N2) 기반의 전기화학적 전환 반응을 통한 고부가가치 화합물 생산에 대한 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 이산화탄소 전환 반응은 탄소중립 사회 실현을 위한 핵심 기술로, CO2를 전기화학적으로 환원하여 일산화탄소, 에틸렌, 프로판, 메탄올 등 다양한 화합물로 전환하는 방법을 개발합니다. 이를 위해 고활성, 고선택성, 고내구성의 전기촉매 및 전극 소재를 설계하고, 반응 조건을 정밀하게 제어합니다.
질소계 반응에서는 암모니아(NH3) 산화, 질산(NO3-) 및 질산염(NO2-) 환원, 하이드록실아민(Hydroxylamine) 선택적 생산 등 다양한 반응을 연구합니다. 특히, 단일 원자 촉매 및 금속-질소-탄소 기반 촉매를 활용하여, 높은 효율과 선택성을 달성하고, 반응 메커니즘을 심층적으로 분석합니다. 또한, 실제 산업적 응용을 고려하여, 전해조 설계, 전극 내구성 평가, 장기 운전 안정성 확보 등 실용화 연구도 병행합니다.
이러한 연구를 통해, 온실가스 저감 및 자원순환, 친환경 화학공정 구현 등 사회적 요구에 부응하는 혁신적인 전기화학적 전환 기술을 개발하고, 지속가능한 미래 에너지 및 화학 산업의 기반을 마련하고자 합니다.
1
Unexpected presence of alkali metal cation impurities, stabilizing Cu+ in oxide-derived Cu for CO2 electrolysis
H. Kim,†, S Lee,†, J. Son,†, H. Choi, J. Cho, B. Gault, W.-H. Lee, B. Klein, C. Jeon, J. Moon, D. H. Won, D.-H. Nam, G. Kang, H. Shin,*, S.-H. Kim,*, C. H. Choi*
,
2
Space charge, modulating the catalytic activity of single-atom metal catalysts
H. Choi,†, S.-J. Shin,†, G. Bae,†, J. Cho, M. H. Han, M. T. Sougrati, F. Jaouen, K.-S. Lee, H.-S. Oh, H. Kim,*, C. H. Choi*
Journal of the American Chemical Society, 2025
3
Cation effect on the electrochemical platinum dissolution
H. Kim,†, M. M. Kim,†, J. Cho,†, S. Lee, D. H. Kim, S.-J. Shin, T. Utsunomiya, W. A. Goddard III, Y. Katayama,*, H. Kim,*, C. H. Choi*
Journal of the American Chemical Society, 2025
1
IN-SITU/OPERANDO 분석을 통한 초임계 인공광합성 거동 연구
2
반응 맞춤형 전극 표면 제어를 통한 고효율 전해셀 개발
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고농도 C2+ 액체 산물 생산용 *H/*CO 중간체 제어 나노촉매 및 전