NanofixLab
에너지시스템학과 유성주
NanofixLab은 아주대학교 화학과에 소속된 연구실로, 차세대 에너지 및 환경 기술 개발을 선도하고 있습니다. 본 연구실은 플라즈모닉 촉매, 나노소재 합성, 표면 및 계면 화학, 그리고 에너지-물질 상호작용에 대한 심층적인 연구를 통해 지속 가능한 화학 전환과 친환경 에너지 생산을 목표로 하고 있습니다.
주요 연구 분야로는 플라즈모닉 촉매를 활용한 이산화탄소 환원, 메탄 부분산화 등 온실가스의 고부가가치 연료 전환, 인공광합성 시스템 개발, 그리고 물 및 암모니아 광분해를 통한 그린수소 생산 기술이 있습니다. 또한, 금속 및 금속산화물, 퀀텀닷 등 다양한 나노소재의 합성과 특성 분석, 반응 메커니즘 및 속도론 연구, 에너지 전달 및 계면 전자전달 현상에 대한 이론적·실험적 접근을 통해 촉매 시스템의 효율을 극대화하고 있습니다.
연구실은 플라즈몬 유도 화학 반응의 근본 원리를 규명하고, 빛-물질 상호작용을 활용한 새로운 촉매 설계와 공정 개발에 집중하고 있습니다. 이를 위해 분광분석, 전기화학분석, 이론계산 등 첨단 분석기법을 적극적으로 도입하고 있으며, 실험과 이론을 융합한 다학제적 연구를 수행하고 있습니다.
이러한 연구는 탄소중립 사회 실현, 기후변화 대응, 청정에너지 생산 및 환경오염 저감 등 사회적 요구에 부응하는 혁신적 원천기술을 제공하고 있습니다. 또한, 다양한 국내외 산학연 협력과 특허, 기술이전, 수상 실적을 통해 연구성과의 실용화와 확산에도 앞장서고 있습니다.
NanofixLab은 미래 에너지 및 환경 분야의 글로벌 리더로 성장하기 위해, 창의적이고 도전적인 연구를 지속적으로 추진하고 있습니다. 학생과 연구원 모두가 첨단 연구 인프라와 협력적 연구 환경 속에서 성장하며, 차세대 소재화학 및 촉매과학의 발전에 기여하고 있습니다.
Hydrogen Production
Plasmonic Catalysis
Methane Oxidation
플라즈모닉 촉매 기반 탄소 전환 및 인공광합성
플라즈모닉 촉매는 금속 나노입자에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명을 활용하여 빛 에너지를 화학 반응에 효과적으로 전달하는 혁신적인 기술입니다. 본 연구실에서는 플라즈모닉 촉매를 이용한 이산화탄소 환원 및 메탄 부분산화와 같은 탄소 전환 반응을 심도 있게 연구하고 있습니다. 이를 통해 온실가스를 고부가가치 연료(예: 메탄올, 올레핀 등)로 전환하는 친환경적이고 지속 가능한 화학 공정 개발을 목표로 하고 있습니다.
특히, 플라즈몬 유도 광합성 시스템을 통해 빛-물질 상호작용의 근본 원리를 규명하고, 플라즈몬 자유에너지(화학포텐셜)가 촉매 반응 메커니즘에 미치는 영향을 이론 및 실험적으로 분석합니다. 분광학적 분석과 이론 계산을 병행하여 반응 중간체의 결합 에너지와 활성화 에너지를 조절함으로써, 기존 촉매 시스템의 한계를 극복하고 효율적인 탄소 전환 촉매 설계 방안을 제시합니다.
이러한 연구는 에너지-물질 상호작용의 새로운 패러다임을 제시하며, 태양광 등 재생에너지를 활용한 인공광합성 기술의 실용화에 기여할 수 있습니다. 궁극적으로는 탄소중립 사회 실현과 기후변화 대응을 위한 핵심 원천기술로서의 역할을 기대하고 있습니다.
그린수소 생산을 위한 광촉매 및 촉진제 개발
본 연구실은 물 및 암모니아의 광분해를 통한 그린수소 생산 기술 개발에 주력하고 있습니다. 수소는 미래 청정에너지의 핵심 자원으로, 태양광 등 재생에너지를 활용한 친환경 수소 생산 공정이 전 세계적으로 주목받고 있습니다. 연구팀은 고효율, 저가형 광촉매 및 촉진제 개발을 통해 상용화 가능한 수소 생산 시스템 구축을 목표로 하고 있습니다.
특히, 귀금속 사용량을 최소화하면서도 높은 양자효율과 내구성을 갖춘 입자형 촉매 소재를 설계하고, 자외선-가시광선-근적외선 영역의 태양광 스펙트럼을 효과적으로 활용할 수 있는 촉매 시스템을 개발합니다. 또한, 다양한 반응 조건(열, 압력, 광, 전기, 광전기 등)에서 범용적으로 적용 가능한 촉진제를 연구하여, 기존 촉매의 활성 향상과 제조 비용 절감에 기여하고 있습니다.
이러한 연구는 수소 생산 효율의 극대화와 공급단가 절감을 동시에 달성할 수 있는 기술적 기반을 마련하며, 그린수소의 대량 생산 및 보급을 위한 실질적인 해결책을 제시합니다. 더불어, 수소에너지 사회로의 전환과 탄소중립 실현에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
나노소재 합성 및 표면/계면 특성 분석
연구실은 금속, 금속산화물, 퀀텀닷 등 다양한 나노소재의 합성과 이들의 표면 및 계면 특성 분석에 대한 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 나노소재는 그 크기와 표면 구조에 따라 독특한 물리·화학적 특성을 나타내며, 이를 촉매, 에너지 변환, 환경 정화 등 다양한 분야에 응용할 수 있습니다.
특히, 나노입자의 크기, 형태, 결정상 제어를 통해 촉매 활성점의 밀도와 반응 선택성을 극대화하는 전략을 개발하고 있습니다. 표면 및 계면에서의 전하 이동, 에너지 전달, 분자 흡착 및 반응 메커니즘을 분광분석, 전기화학분석, 이론계산 등 첨단 분석기법을 통해 정밀하게 규명합니다.
이러한 연구는 고성능 촉매 소재의 설계 및 합성, 환경오염물질 제거, 에너지 저장 및 변환 시스템의 효율 향상 등 실질적인 응용으로 이어집니다. 나노소재의 구조-특성-기능 상관관계를 체계적으로 해석함으로써, 차세대 소재화학 및 촉매과학의 발전에 기여하고 있습니다.
1
Isotope Effects in Plasmonic Photosynthesis
Angewandte Chemie, 2020
2
The Chemical Potential of Plasmonic Excitations
Angewandte Chemie, 2020
3
Plasmonic C1 Chemistry by O2 Spin Transition
ACS Energy Letters, 2024
1
인공광합성 수소 생산을 위한 저귀금속 촉매 및 공정 개발
3
지속가능한 고효율 수소생산반응 촉진제 연구개발
