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.

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.

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.