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배위고분자물질연구실

연세대학교 화학과

오문현 교수

Catalysts

Catalysis

Composite Materials

배위고분자물질연구실

화학과 오문현

배위고분자물질연구실은 금속-유기 골격체(MOF)와 배위고분자 물질을 기반으로 한 첨단 소재 연구를 선도하고 있습니다. 본 연구실은 다양한 크기와 구조의 다공성 소재를 설계, 합성, 특성 분석, 그리고 실제 응용까지 아우르는 전주기적 연구를 수행하고 있습니다. 특히, MOF와 배위고분자의 높은 표면적과 조절 가능한 기공 구조를 활용하여, 기존 소재가 가지지 못한 독특한 물리적·화학적 특성을 구현하고 있습니다. 연구실의 주요 연구 분야는 이종 촉매, 광학 소재, 화학 및 생물학 센서, 가스 저장체 등으로, 다양한 금속 이온과 유기 리간드를 조합한 새로운 소재 개발에 중점을 두고 있습니다. 이를 통해 촉매의 선택성 및 재사용성 향상, 고감도 센서 개발, 효율적인 가스 저장 및 분리, 유해 화학물질의 흡착 및 제거 등 다양한 응용 분야에서 우수한 성과를 거두고 있습니다. 또한, 구조적 결함 도입, 다성분 조합, 표면 전하 조절 등 다양한 합성 전략을 통해 소재의 기능을 극대화하고 있습니다. 본 연구실은 소재의 구조적 설계와 합성뿐만 아니라, 실제 환경 및 산업 조건에 맞는 응용 연구도 활발히 진행하고 있습니다. MOF/섬유 복합체를 이용한 고성능 필터 및 센서, 금속 나노입자가 분산된 다공성 탄소 소재를 활용한 환경 촉매, 저가 금속 나노촉매를 포함한 복합체를 통한 유기 오염물질의 효율적 분해 등 다양한 실용화 연구가 이루어지고 있습니다. 최근에는 머신러닝 기반의 플라즈모닉 MOF 센서, 유해 화학작용제 탐지용 고감도 센서 등 첨단 융합 연구도 활발히 추진되고 있습니다. 연구실은 국내외 다양한 연구기관 및 산업체와의 협력, 산학연 공동 프로젝트, 특허 출원 및 기술 이전 등을 통해 연구 성과의 실질적인 사회적 환원과 산업화에도 힘쓰고 있습니다. 이러한 노력은 환경, 에너지, 바이오, 안전 등 다양한 사회적 요구에 부응하는 혁신적 소재 개발로 이어지고 있습니다. 앞으로도 배위고분자물질연구실은 기초 과학과 응용 기술의 융합을 통해, 차세대 기능성 소재의 창출과 실용화, 그리고 지속 가능한 미래 사회 구현에 기여할 것입니다.

Catalysts
Catalysis
Composite Materials
다공성 금속-유기 골격체(MOF) 및 배위고분자 기반 촉매 및 센서 개발
배위고분자물질연구실은 다양한 크기(나노, 마이크로, 매크로)의 다공성 금속-유기 골격체(MOF)와 배위고분자 물질을 기반으로 한 차세대 이종 촉매, 광학 소재, 화학 및 생물학 센서, 그리고 가스 저장체 개발에 중점을 두고 있습니다. 이러한 연구는 MOF와 배위고분자 특유의 높은 표면적, 조절 가능한 기공 구조, 다양한 금속 및 유기 리간드의 조합을 통해 새로운 기능성 소재를 창출하는 데 목적이 있습니다. 특히, 다양한 크기와 구조의 MOF를 설계 및 합성함으로써, 기존 소재가 가지지 못한 독특한 물리적·화학적 특성을 부여할 수 있습니다. 연구실에서는 MOF 및 배위고분자 기반의 이종 촉매를 개발하여, 기존 균질 촉매의 한계를 극복하고, 촉매의 재사용성, 선택성, 안정성을 크게 향상시키는 데 성공하였습니다. 또한, MOF의 정밀한 구조 제어를 통해 특정 가스(예: 수소, 이산화탄소) 저장 및 분리, 유해 화학물질의 흡착 및 제거, 생체분자의 인식 및 분리 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 최근에는 화학 및 생물학 센서로서의 MOF 활용에도 집중하여, 높은 민감도와 선택성을 가진 센서 개발에 박차를 가하고 있습니다. 이러한 연구는 소재의 구조적 설계, 합성, 특성 분석, 실제 응용까지 전 과정을 포괄하며, 다양한 국내외 협력 연구 및 산업체와의 공동 프로젝트를 통해 실질적인 기술 이전과 상용화 가능성도 모색하고 있습니다. 배위고분자물질연구실의 연구는 환경, 에너지, 바이오, 안전 등 다양한 사회적 요구에 부응하는 첨단 소재 개발에 기여하고 있습니다.
유기 및 무기 분자의 기능성 설계·합성 및 구조 제어
본 연구실은 원하는 기능을 갖춘 유기 및 무기 분자의 설계와 합성, 그리고 이를 바탕으로 한 MOF 및 배위고분자의 구조 제어에 대한 심층 연구를 수행하고 있습니다. 다양한 금속 이온과 유기 리간드를 조합하여, 목적에 맞는 새로운 분자 및 소재를 창출하는 것이 핵심 목표입니다. 이를 위해 분자 수준에서의 정밀한 설계와 합성 기술, 그리고 합성된 소재의 구조적·물리적 특성 분석을 체계적으로 진행하고 있습니다. 특히, MOF 및 배위고분자 내에 다양한 금속 이온(예: Zn, Co, Cu, Ni 등)과 유기 리간드(예: 다양한 카르복실산, 피렌, 이민 등)를 도입하여, 다성분·다기능성 소재를 구현하고 있습니다. 이러한 복합 구조체는 기존 단일 성분 소재에 비해 더욱 우수한 촉매 활성, 선택적 흡착, 광학적 특성, 자기적 특성 등을 나타내며, 구조적 유연성과 조절 가능성이 뛰어납니다. 또한, 구조 내 결함 도입, 이종 금속의 공간적 배열 제어, 다층 코어-쉘 구조 등 다양한 합성 전략을 통해 소재의 기능을 극대화하고 있습니다. 이러한 연구는 소재 과학의 근본적인 이해를 높이는 동시에, 실제 응용에 적합한 맞춤형 소재 개발로 이어집니다. 예를 들어, 구조적 결함을 통한 촉매 활성 향상, 표면 전하 조절을 통한 선택적 흡착, 다성분 조합을 통한 복합 기능 구현 등은 모두 본 연구실의 독창적인 설계 및 합성 기술의 결과입니다. 앞으로도 본 연구실은 분자 설계와 구조 제어를 기반으로 한 혁신적 소재 개발을 지속적으로 선도할 것입니다.
MOF 및 배위고분자 기반 복합체의 실제 응용 및 산업화
연구실은 합성된 MOF 및 배위고분자 소재를 다양한 실제 응용 분야에 적용하는 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 대표적으로, MOF/섬유 복합체를 이용한 고성능 필터 및 센서 개발, 금속 나노입자가 분산된 다공성 탄소 소재를 활용한 환경 촉매, 저가 금속 나노촉매를 포함한 복합체를 통한 유기 오염물질의 효율적 분해 등이 있습니다. 이러한 응용 연구는 소재의 구조적·화학적 특성을 실제 환경 및 산업 조건에 맞게 최적화하는 데 중점을 두고 있습니다. 특히, 최근에는 머신러닝 기반의 플라즈모닉 MOF 센서 개발, 유해 화학작용제 탐지용 고감도 센서, 바이오 분자의 선택적 인식 및 분리 시스템 등 첨단 융합 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 또한, MOF 및 배위고분자 기반 복합체의 대량 생산, 공정 단순화, 비용 절감 등 산업화에 필요한 기술적 과제 해결에도 집중하고 있습니다. 이를 위해 다양한 특허 출원 및 기술 이전, 산학협력 프로젝트를 추진하고 있으며, 실제 상용화에 가까운 연구 성과도 다수 도출하고 있습니다. 이러한 응용 및 산업화 연구는 환경 정화, 에너지 저장, 바이오 센서, 안전 및 방위 산업 등 다양한 분야에서 실질적인 사회적 가치를 창출하고 있습니다. 배위고분자물질연구실은 앞으로도 기초 연구와 응용 연구의 균형을 바탕으로, 혁신적인 소재의 실용화와 산업 발전에 기여할 것입니다.
1
Activating the Gate-Opening of a Metal–Organic Framework and Maximizing Its Adsorption Capacity
Gihyun Lee, Dayeon Choi, Moonhyun Oh*
J. Am. Chem. Soc., 2025
2
Compositional Complexity of Metal–Organic Frameworks with Programmable Spatial Arrangement of Multi-Metallic Components
Hyeongi Lim†, Gihyun Lee†, Jeehyoun Lee, Ahram Yoo, Moonhyun Oh*
Small, 2025
3
MOF-on-MOF Growth: Inducing Naturally Nonpreferred MOFs and Atypical MOF Growth
Sujeong Lee†, Gihyun Lee†, Moonhyun Oh*
Acc. Chem. Res., 2024
1
[2세부/1세부:2024-11-1254]기체 상 화생 작용제 겸용 탐지.식별을 위한 머신러닝이 적용된 플라즈모닉 금속 유기 골격체 기반 소형 광학 센서 개발(2단계,1/4)
국방과학연구소
2024년 06월 ~ 2024년 12월
2
[RCMS](주관/1세부+2세부)기체 상 화생 작용제 겸용 탐지.식별을 위한 머신러닝이 적용된 플라즈모닉 금속 유기 골격체 기반 소형 광학 센서 개발(2단계,1/4)
국방과학연구소
2024년 06월 ~ 2024년 12월
3
[통합이지바로]자연-비선호 배위고분자 물질 형성 제어 및 활용(3/5)
한국연구재단
2024년 03월 ~ 2025년 02월