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신소재공학부 정보소재공학전공 유연태
나노소재합성 및 응용 연구실은 금속, 금속산화물, 하이브리드 구조 등 다양한 나노소재의 합성과 이의 응용에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 코어-쉘 구조 나노입자, 중공구조 나노입자, 양자점 등 첨단 나노구조체의 합성 기술을 개발하고, 이들을 기반으로 한 고기능성 소재 및 소자 응용 연구를 선도하고 있습니다. 합성 과정에서는 수열합성, 마이크로파 보조 합성, 전기영동 석출법 등 다양한 화학적·물리적 방법을 활용하여, 입자의 크기, 조성, 표면 특성 등을 정밀하게 제어합니다.
연구실의 주요 응용 분야는 반도체식 가스 센서, 연료전지용 촉매, 염료감응형 태양전지(DSSC), 광전기화학적 물분해(PEC) 시스템 등입니다. 특히, Pd, Au, Pt 등 귀금속과 금속산화물의 조합을 통한 코어-쉘 나노입자 기반의 고감도·고선택성 가스 센서 개발에 강점을 가지고 있습니다. 또한, 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)용 저백금 촉매 전극, 다중 촉매층 구조, 전기영동 석출법을 통한 촉매 담지 등 연료전지의 효율 및 내구성 향상을 위한 연구도 활발히 진행 중입니다.
광전소자 및 신재생에너지 소재 분야에서는 중공구조 TiO2, 양자점, 질화물 반도체 나노와이어 등 다양한 나노구조체를 활용하여, 태양전지 및 광전기화학적 물분해 시스템의 효율을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다. 이와 함께, MXene 등 신소재를 도입하여 계면 특성을 개선하고, 실험적 접근과 이론적 해석을 융합한 소재-소자-시스템 통합 연구를 통해 차세대 에너지 및 환경 기술의 기반을 마련하고 있습니다.
본 연구실은 소재의 합성에서부터 소자 제작, 성능 평가, 이론적 메커니즘 분석까지 전주기적 연구를 수행하며, 국내외 산학연 협력 및 다양한 국책·산업과제 수행을 통해 실용화 및 산업적 응용에도 적극적으로 기여하고 있습니다. 다수의 특허, 논문, 학술상 수상 실적을 바탕으로, 나노소재 및 응용 분야에서 국내외적으로 높은 연구 경쟁력을 보유하고 있습니다.
미래에는 친환경, 고효율, 저비용의 나노소재 및 소자 개발을 통해 에너지, 환경, 바이오 등 다양한 융합 분야로 연구 영역을 확장할 계획입니다. 이를 통해 지속가능한 사회 구현과 첨단 소재산업 발전에 기여하는 것을 목표로 하고 있습니다.
Gas Sensing
Photocatalysis
Nanostructures
코어-쉘 나노입자 합성 및 응용
본 연구실은 금속 및 금속산화물 기반의 코어-쉘 구조 나노입자 합성에 중점을 두고 있습니다. 코어-쉘 나노입자는 서로 다른 물리적, 화학적 특성을 가진 두 가지 이상의 물질이 중심(코어)과 껍질(쉘) 구조로 결합된 형태로, 합성 과정에서 입자의 크기, 조성, 표면 특성 등을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이를 통해 기존의 단일 소재가 가지는 한계를 극복하고, 새로운 기능성 소재로의 확장이 가능합니다.
합성 방법으로는 수열합성, 마이크로파 보조 수열합성, 전기영동 석출법 등 다양한 화학적·물리적 기법을 활용합니다. 특히, 전기영동 석출법은 나노입자를 균일하게 기판에 증착할 수 있어, 센서 및 촉매 전극 등 다양한 응용 분야에서 높은 효율을 보입니다. 또한, 합성된 나노입자의 구조적 특성, 표면 상태, 결정성, 조성 등을 다양한 분석 장비를 통해 정밀하게 평가합니다.
이러한 코어-쉘 나노입자는 가스 센서, 연료전지 촉매, 태양전지, 광촉매 등 첨단 에너지 및 환경 분야에 폭넓게 적용되고 있습니다. 연구실에서는 소재의 합성에서부터 실제 소자 제작 및 성능 평가까지 전주기적 연구를 수행하며, 차세대 나노소재의 실용화와 산업적 응용을 선도하고 있습니다.
고성능 가스 센서 및 연료전지 촉매 개발
연구실의 또 다른 핵심 연구 분야는 고성능 가스 센서 및 연료전지 촉매의 개발입니다. 특히, 수소(H2), 일산화탄소(CO), 암모니아(NH3), 에탄올 등 다양한 가스를 선택적으로 감지할 수 있는 반도체식 가스 센서 소재를 집중적으로 연구하고 있습니다. 이를 위해 Pd, Au, Pt 등 귀금속과 금속산화물(MOS) 기반의 코어-쉘 나노입자를 활용하여, 높은 감도와 선택성, 빠른 응답 속도, 우수한 내구성을 갖춘 센서 소재를 개발합니다.
가스 센서의 성능 향상을 위해 이종 접합(p-n heterojunction), 합금화, 도핑, 표면 개질 등 다양한 소재 공학적 접근법을 적용하고 있습니다. 또한, 실시간 가스 감지 특성 평가와 더불어, 이론적 시뮬레이션 및 메커니즘 분석을 통해 감지 원리를 심층적으로 규명하고 있습니다. 최근에는 플렉서블 센서, 저전력 구동, 실내외 환경 모니터링 등 실용적 응용을 위한 연구도 활발히 진행 중입니다.
연료전지 분야에서는 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)용 저백금(Pt) 촉매 전극 및 다중 촉매층 구조 개발에 주력하고 있습니다. 전기영동 석출법을 이용한 촉매 담지, 합금화 및 나노구조 제어를 통해 촉매의 활성도와 내구성을 극대화하며, 실제 연료전지 단위셀 평가를 통해 상용화 가능성을 검증하고 있습니다.
광전소자 및 신재생에너지 소재 연구
본 연구실은 나노구조 소재를 기반으로 한 광전소자 및 신재생에너지 소재 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 대표적으로, 염료감응형 태양전지(DSSC)와 광전기화학적 물분해(PEC) 시스템에서의 효율 향상을 위한 나노소재 설계 및 응용 연구를 수행합니다. 예를 들어, 중공구조 TiO2 나노입자, 양자점(QD) 적재, 금속-산화물 하이브리드 구조 등을 적용하여 광흡수 및 전하 이동 특성을 극대화하고 있습니다.
또한, InP/GaP/ZnSe/ZnS 등 다양한 조성의 양자점 합성 및 전기영동법을 통한 투명전극(TCO) 또는 LED 소자에의 적재 기술을 개발하여, 고효율 발광 및 에너지 변환 소자 구현에 기여하고 있습니다. 이와 함께, GaN, InGaN 등 질화물 반도체 나노와이어를 활용한 광전기화학적 물분해용 광전극 개발, MXene 등 신소재 도입을 통한 계면 특성 개선 등 첨단 에너지 소재 연구도 병행하고 있습니다.
이러한 연구는 차세대 친환경 에너지 생산, 저장, 변환 기술의 핵심 기반을 마련하는 데 중요한 역할을 하며, 실험적 접근과 이론적 해석을 융합하여 소재-소자-시스템 통합 연구를 지향하고 있습니다.
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116. Hierarchical CuO nanostructured materials for acetaldeh
, 2022.08
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115. Synthesis and characterizations of highly responsive H2
, 2022.08
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114. Hydrothermal synthesis of ZnO nanoflakes composed of fi
, 2022.08
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(2024년,국고)반도체특성화대학지원사업_동반성장형_전북대학교
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(간접비-2024)스마트 전자정보소재 인재양성팀