나노재료화학 연구실
화학과
최희철
나노재료화학 연구실(NMRL)은 유기 및 무기 소재의 합성, 구조 제어, 그리고 전기적·광학적 특성 향상을 위한 혁신적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 유기 반도체, 라디칼 결정, 금속-유기 골격체(MOFs), 공유 결합 유기 골격체(COFs), 2차원 소재(그래핀 등) 등 다양한 차세대 소재의 개발과 응용에 중점을 두고 있습니다.
특히, 유기 반도체 분야에서는 π-공액 분자의 결정화, 구조 및 형태 제어를 통해 전하 이동도와 광학적 특성을 극대화하는 연구를 진행하고 있습니다. 라디칼 결정의 성장 및 활성화, 화학적 도핑 기술 개발을 통해 기존 소재의 한계를 극복하고, 고성능 전자소자 구현을 위한 기반을 마련하고 있습니다.
또한, 증기상 화학 반응(CVD) 및 다양한 박막 증착 기술을 활용하여 유·무기 박막 및 2차원 소재를 합성하고, 이들의 성장 메커니즘 및 계면 특성을 심도 있게 연구합니다. 격자 도핑, 적층 각도 제어 등 혁신적인 합성 전략을 통해 차세대 반도체, 투명 전극, 센서 등 다양한 응용 분야에 적합한 소재를 개발하고 있습니다.
화학적 도핑 및 전기적 특성 제어 연구를 통해 소재의 전도도, 전하 이동도, 신뢰성 등 핵심 물성을 맞춤형으로 구현하고 있으며, 용액상 도핑, 인-시투 라만 분광법 등 첨단 분석 기법을 도입하여 도핑 메커니즘을 근본적으로 규명하고 있습니다.
이러한 다각적 연구는 소재 과학의 기초와 응용을 아우르며, 미래 정보통신, 에너지, 바이오, 환경 등 다양한 산업 분야에서 혁신적인 기술 발전을 선도하고 있습니다. 나노재료화학 연구실은 창의적이고 도전적인 연구를 통해 세계적인 연구성과를 창출하며, 차세대 소재 과학의 중심에 서 있습니다.
Organic Semiconductors
Metal Organic Frameworks
2D Materials
유기 반도체 및 라디칼 결정
유기 반도체는 π-공액 분자를 기반으로 한 결정화 기술을 통해 적절한 밴드갭과 전하 운반 특성을 구현할 수 있는 소재로, 차세대 전자소자에 필수적인 역할을 하고 있습니다. 본 연구실은 유기 반도체 결정의 결정화 방법을 혁신적으로 개발하여, 기존의 한계였던 낮은 전하 이동도를 극복하고자 다양한 구조적·형태적 변형을 시도하고 있습니다. 이를 통해 필드-이펙트 트랜지스터, 유기 발광 다이오드, 태양전지 등 다양한 응용 분야에서 뛰어난 전기적·광학적 특성을 갖는 소재를 구현하고 있습니다.
특히, 라디칼 결정 분야에서는 비중성 결정에 비해 밴드갭이 작은 라디칼 결정을 성장시키고, 중성 결정 내 라디칼 활성화를 위한 2차 처리법을 개발하는 데 집중하고 있습니다. 라디칼은 짝지어지지 않은 전자를 전하 운반체로 활용하여 높은 전기 전도도를 실현할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 본 연구실은 라디칼 결정의 성장 및 특성 제어를 통해 고성능 유기 전자소자 개발에 기여하고 있습니다.
이러한 연구는 유기 반도체 소재의 상용화와 차세대 전자소자 개발에 중요한 돌파구를 제공하며, 미래 정보통신 및 에너지 소자 분야에서의 혁신적인 응용 가능성을 열어가고 있습니다.
유·무기 박막 및 2차원 소재 합성
본 연구실은 유·무기 박막 및 2차원 소재의 합성과 그 응용에 중점을 두고 있습니다. 증기상 화학 반응(CVD) 및 다양한 박막 증착 기술을 활용하여, 금속-유기 골격체(MOFs), 공유 결합 유기 골격체(COFs) 등 고기능성 박막을 합성하고 있습니다. 이러한 박막은 가스 저장, 촉매, 전기 소자 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 높은 표면적과 구조적 조절성, 전기 전도성 등 우수한 특성을 보유하고 있습니다.
특히, 2차원 소재 분야에서는 그래핀, 트위스티드 이중층 그래핀 등 다양한 2D 소재의 성장 메커니즘을 규명하고, 대면적 합성 및 밴드갭 조절을 위한 격자 도핑, 적층 각도 제어 등 혁신적인 합성 전략을 개발하고 있습니다. 이를 통해 차세대 반도체, 투명 전극, 센서 등 다양한 응용 분야에 적합한 소재를 제공하고 있습니다.
이와 더불어, 박막 및 2차원 소재의 전기적·광학적 특성 분석, 박막 내 전하 이동 및 계면 특성 연구 등 기초과학적 접근을 통해 소재의 근본적인 성질을 이해하고, 실용화에 필요한 핵심 기술을 확보하고 있습니다.
화학적 도핑 및 전기적 특성 제어
유기 반도체 및 2차원 소재의 전기적 특성 향상을 위해 화학적 도핑 기술 개발에 집중하고 있습니다. 본 연구실은 용액상 도핑, 인-시투 라만 분광법을 활용한 도핑, 전도도 도핑 등 다양한 고효율 도핑 방법을 연구하고 있으며, 용액 내 용해 전자를 활용한 도핑 메커니즘의 근본적 이해를 통해 전자 제어의 자유도를 극대화하고자 합니다.
이러한 도핑 기술은 기존 유기 반도체 소재의 낮은 전기적 특성을 극복하고, 전자 이동도와 전도도를 비약적으로 향상시킬 수 있습니다. 또한, 도핑 과정에서 발생하는 구조적 변화와 전하 운반 특성의 상관관계를 정밀하게 분석함으로써, 소재의 신뢰성과 재현성을 높이고 있습니다.
본 연구실의 도핑 연구는 차세대 유기 전자소자, 고성능 트랜지스터, 센서 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 맞춤형 전기적 특성 구현에 핵심적인 역할을 하며, 소재 과학 및 응용화학 분야의 발전에 크게 기여하고 있습니다.
1
Structure Directing Acid-Amine Salt Films for Imine-Linked Covalent Organic Framework Films by Chemical Vapor Deposition.
Son, Y., Choi, H. C.
J. Am. Chem. Soc., 2025
2
Ligand-Shell Cooperativity in a Bilayer Silica-Sandwiched Mixed-Metals Nanocatalyst Design for Absolute Selectivity Switch.
Jeevanandham, S., Maji, A., Acharya, A., Kumari, N., Gu, B. S., Yoon, Y., Lee, D., Choi, H. C., Kim, H. W., Yun, T., Kumar, A., Lee, I. S.
ACS Nano, 2025
3
Synthesis and Characterization of Ruthenium and Osmium Metal−Organic Frameworks with a Pyrazine Ligand: Two-Dimensional Analogues of the Creutz−Taube Ion.
Zhang, W., Ohtsu, J., Suzuki, H., Shimizu, A., Shimada, T., Adachi, K., Hashizume, D., Koo, J. Y., Choi, H. C., Wada, Y., Usov, P. M., Kawano, M.
Chem. Mater., 2025
2
K-SOLUTION 제조 및 이를 이용한 알칼리 금속이 도핑된 유기 초전
