이 연구실의 핵심 축은 금속 이온 또는 금속 클러스터와 유기 리간드를 정밀하게 연결하여 금속-유기 골격체(MOF)를 설계하고, 이를 통해 매우 높은 비표면적과 조절 가능한 기공 구조를 갖는 다공성 결정성 물질을 개발하는 것이다. 대표 논문들에서 나타나듯이 기공 크기, 내부 작용기, 결정 토폴로지를 체계적으로 조절하는 전략을 통해 메탄 저장, 수소 저장, 이산화탄소 포집과 같은 기능을 극대화하는 연구가 중심을 이룬다. 특히 isoreticular 설계 개념을 바탕으로 동일한 기본 골격 위에서 링크 길이와 기능기를 바꾸어 물성을 단계적으로 조절하는 접근이 연구실 정체성을 잘 보여준다. 이 분야에서 연구실은 단순한 합성에 머물지 않고, 초다공성 구조의 형성과 안정성을 동시에 고려하는 재료 화학적 문제를 다룬다. 논문과 학술발표 기록을 보면 MOF-5, IRMOF 계열, MOF-180/200/205/210과 같은 고전적이면서도 선도적인 다공성 프레임워크 연구에 깊이 관여해 왔으며, 대면적 기공과 낮은 밀도를 갖는 결정 구조를 구현하는 데 강점을 보인다. 이러한 연구는 금속 중심의 배위 환경, 유기 링크의 길이와 강직성, 비상호침투 구조 형성, 기공 내 접근성 등 구조 설계의 세부 요소를 종합적으로 다루는 정교한 무기·재료화학 연구라 할 수 있다. 앞으로도 이 연구는 에너지 저장, 기체 분리, 촉매, 분자 인식, 흡착 기반 환경 기술 등 다양한 응용으로 확장될 가능성이 크다. 초다공성 MOF는 단위 질량당 저장 용량이 뛰어나고, 특정 분자와의 선택적 상호작용을 설계할 수 있어 차세대 기능성 소재 플랫폼으로 주목받는다. 연구실은 이러한 기반 위에서 구조 설계와 응용 성능을 연결하는 전략을 발전시키며, 화학적 정밀성과 실용적 활용성을 동시에 갖춘 다공성 재료 개발을 지속할 것으로 보인다.

연구실의 또 다른 대표 주제는 MOF와 금속-이미다졸 골격체를 활용한 기체 저장 및 분리 기술이다. 주요 논문에서는 메탄 저장과 수소 저장이 중요한 응용 분야로 제시되며, 최근 과제에서는 온도와 압력에 반응하는 분자 게이트를 도입해 수소의 출입을 제어하는 전략까지 탐구하고 있다. 이는 단순히 기체를 많이 흡착하는 소재를 찾는 수준을 넘어, 실제 사용 환경에서 유효 저장 용량과 방출 제어 성능을 높이기 위한 정교한 기능 설계 연구로 이어진다. 가스 분리 측면에서도 연구실은 기공 내부의 화학적 기능화를 적극적으로 활용한다. 예를 들어 채널 내부에 이미다졸리움 작용기를 정렬시킨 수분 안정성 미세다공성 MOF를 개발하여 아세틸렌과 이산화탄소, 에틸렌처럼 크기와 물성이 유사한 분자들을 선택적으로 분리하는 연구를 수행하였다. 이는 기공 크기만으로는 해결하기 어려운 분리 문제를 전하 분포, 극성 상호작용, 흡착 엔탈피 차이와 같은 분자 수준의 인식 기작으로 풀어내는 접근이다. 따라서 연구실의 기체 분리 연구는 흡착 평형 분석과 동적 breakthrough 측정 등 실제 분리 공정과 연결되는 평가 방법까지 포함하는 응용 지향적 특성을 가진다. 이러한 연구는 청정에너지와 탄소중립 기술의 기반 소재 개발과 직결된다. 수소 저장 소재는 수소 경제 실현을 위한 핵심 요소이며, 메탄 및 이산화탄소 저장·분리 기술은 연료 효율 향상과 온실가스 저감에 중요한 역할을 한다. 연구실은 구조 제어, 작용기 도입, 안정성 향상, 흡착·탈착 거동 해석을 통합하여 실제 공정에 적용 가능한 기능성 다공성 소재를 개발하고 있으며, 이는 에너지·환경 문제 해결에 기여하는 화학 소재 연구의 좋은 사례라 할 수 있다.

최근 수행 과제를 중심으로 볼 때, 연구실은 ZIF(zeolitic imidazolate framework)를 포함한 금속-이미다졸 골격체의 구조와 전체 유연성을 정밀하게 제어하는 연구를 중점적으로 전개하고 있다. 이 주제는 기존 MOF 연구를 한 단계 확장한 것으로, 단순히 기공이 큰 물질을 만드는 데 그치지 않고 골격의 경직성, 유연성, 준안정성, 구조 전이 가능성을 조절하여 응용 특성을 최적화하는 데 초점을 둔다. 특히 새로운 구조 형태의 ZIF를 합성하고, 작용기와 금속 이온 조합에 따라 결정 구조와 물성이 어떻게 달라지는지를 체계적으로 이해하려는 시도가 두드러진다. 이 연구의 중요한 특징은 구조적 유연성이 성능과 직접 연결된다는 점이다. 골격이 외부 자극에 따라 열리고 닫히는 현상, 즉 breathing이나 gate-opening 거동은 특정 기체의 선택적 흡착, 저장 용량 향상, 반복 사용 안정성에 결정적 영향을 준다. 연구실의 과제 설명에는 온도와 압력에 반응하는 분자체 입구를 가진 MOF 개발이 포함되어 있는데, 이는 유연한 골격 또는 개폐형 기공 설계를 통해 실온·고압 조건에서 실질적 저장 성능을 높이려는 매우 전략적인 접근이다. 이처럼 구조 동역학을 제어하는 연구는 정적 구조 중심의 전통적 결정화학을 넘어 기능성 작동 재료의 관점으로 발전하고 있다. 향후 이 연구는 센서, 분자 스위치, 선택적 분리막, 자극응답형 저장 소재 등으로 확장될 수 있다. 골격 전체의 유연성을 조절하면 특정 기체나 손님 분자에만 반응하는 스마트 다공성 소재를 설계할 수 있으며, 이는 고효율·고선택성 재료 개발에 매우 유리하다. 따라서 연구실의 ZIF 및 금속-이미다졸 골격체 연구는 무기화학, 결정화학, 재료과학, 에너지 응용을 잇는 융합적 연구로서 높은 잠재력을 지닌다.

연구실의 학문적 기반은 전이금속화학과 X-선 결정학에 있다. 교수의 전공 이력과 연구 키워드를 보면 전이금속 중심의 배위화학적 이해를 바탕으로 새로운 골격체와 초분자 구조를 설계하고, 이를 단결정 X-선 회절로 정밀 분석하는 방법론이 연구 전반을 지탱하고 있다. MOF나 ZIF와 같은 결정성 다공체는 구조가 성능을 좌우하기 때문에, 금속 이온의 배위 기하, 연결성, 링크의 방향성, 기공 내부 배열 등을 원자 수준에서 규명하는 일이 필수적이다. 이 연구실은 바로 이러한 구조 중심 화학 연구에서 강점을 가진다. X-선 결정학은 단순한 구조 확인 기술이 아니라 연구실의 설계 전략을 검증하고 새로운 기능을 해석하는 핵심 도구로 작동한다. 예를 들어 기공 크기의 단계적 확장, 특정 작용기의 도입, 손님 분자의 포집 위치, 기체 흡착 자리의 규명 등은 모두 정밀한 구조 분석과 연결된다. 또한 호스트-게스트 화학의 관점에서 보면, 다공성 골격 내부에 어떤 분자가 어떤 방식으로 수용되는지를 구조적으로 이해하는 것이 선택적 흡착과 분리 메커니즘을 해석하는 출발점이 된다. 따라서 연구실의 결정학은 재료 개발의 사후 분석이 아니라 설계-합성-기능 해석을 연결하는 중심축이다. 이러한 기초 역량은 새로운 소재를 신뢰성 있게 제안하고, 응용 가능성을 과학적으로 설명하는 데 매우 중요하다. 구조 규명이 정확할수록 물성 예측과 기능 최적화도 정교해지며, 이는 재현성 높은 재료 연구로 이어진다. 결과적으로 연구실은 전이금속화학의 합성 역량과 X-선 결정학의 해석 역량을 결합하여, 결정성 다공성 물질 분야에서 구조와 기능의 상관관계를 심도 있게 탐구하는 연구실로 평가할 수 있다.