본 연구실은 양자점(Quantum Dots, QDs) 및 반도체 나노결정의 합성과 이의 광특성 제어를 통해 차세대 디스플레이 및 광소자 개발에 주력하고 있습니다. 양자점은 크기와 조성에 따라 발광 파장이 조절 가능하며, 뛰어난 색순도와 높은 광효율을 자랑합니다. 연구실에서는 InP, InGaP, CdSe, ZnSe 등 다양한 조성의 양자점을 합성하고, 표면 패시베이션 및 셸 구조 설계를 통해 발광 효율과 안정성을 극대화하는 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 비등방성 나노결정(나노로드, 나노플레이트 등)의 편광 발광 특성을 활용한 고배향성 박막 형성법, 자가조립(superlattice) 및 정교한 표면 리간드 제어를 통해 편광 디스플레이, 고효율 QD-LED, QD 기반 레이저 등 다양한 응용 소자 연구를 수행합니다. 또한, 전계발광 소자의 전하 주입 및 발광 메커니즘을 초고속 레이저 분광법 등 첨단 분석기법으로 규명하여, 소자의 효율 및 수명을 획기적으로 향상시키고 있습니다. 이러한 연구는 QD 디스플레이, 마이크로 LED, 확장현실(XR)용 색변환 필름, 고해상도 패터닝 공정 등 미래 디스플레이 산업의 핵심 원천기술로 이어지고 있습니다. 또한, 산업체와의 협력을 통해 잉크젯 기반 QD 색변환 소재, 고안정성 QD/실록산 복합체, 무카드뮴 친환경 QD 등 상용화 기술 개발에도 앞장서고 있습니다.

본 연구실은 태양광을 활용한 친환경 에너지 전환 및 화학합성을 목표로, 광촉매 및 전기화학 촉매 분야에서 혁신적인 나노구조체를 설계하고 있습니다. 대표적으로, 이산화탄소(CO₂) 광환원, 알칼라인 수전해를 통한 그린 수소 생산, 암모니아 합성 등 다양한 에너지 및 환경 문제 해결을 위한 촉매 시스템을 개발하고 있습니다. 광촉매 분야에서는 양자점, 금속 산화물, 금속 나노입자 등 다양한 나노소재를 활용하여, 빛-물질 상호작용을 극대화하고, 전하 분리 및 전달 효율을 높이는 구조를 구현합니다. 예를 들어, CdS, InP, ZnSe 등 반도체 양자점과 금속 코촉매의 계면 제어를 통해 CO₂를 고부가가치 화합물로 전환하거나, 수소 발생 반응의 효율을 극대화하는 연구를 수행합니다. 또한, 바이오-하이브리드 시스템(양자점-박테리아 하이브리드)을 통한 광유도 암모니아 생산 등 생물학적 시스템과의 융합 연구도 활발히 진행 중입니다. 전기화학 촉매 분야에서는 알칼라인 수전해용 고성능 촉매(니켈-철 수산화물, 몰리브덴 산화물 기반 촉매 등), 건식 메탄 개질(DRM) 촉매, 화학 루핑 암모니아 합성용 질소 전달체 등 다양한 촉매를 개발하고, 이들의 구조-성능 상관관계를 심도 있게 분석합니다. 이를 통해, 저탄소·고효율 에너지 전환 및 온실가스 저감, 청정연료 생산 등 지속가능한 미래 에너지 기술의 혁신을 선도하고 있습니다.

본 연구실은 양자점과 생물학적 시스템의 융합을 통해 새로운 기능성 하이브리드 소재 및 바이오 응용 기술을 개발하고 있습니다. 대표적으로, 양자점-질소고정 박테리아(Azotobacter vinelandii) 하이브리드 시스템을 구축하여, 빛을 이용한 암모니아 생산 효율을 획기적으로 향상시키는 연구를 수행하고 있습니다. 이 시스템은 양자점이 빛을 흡수하여 생성한 전자를 박테리아 내 효소(니트로게나아제)에 직접 전달함으로써, 기존 생물학적 질소고정의 낮은 생산성을 극복할 수 있습니다. 또한, 다제내성균(MDR) 감염 치료를 위한 양자점 기반 광역동 치료(Photodynamic Therapy) 연구도 활발히 진행 중입니다. 양자점은 빛 조사 시 표면에서 활성산소종(ROS)을 생성할 수 있어, 기존 항생제에 내성을 가진 세균을 효과적으로 사멸할 수 있습니다. 최근에는 인화인듐(InP) 양자점, 구리 황화물(Cu₂₋ₓS) 나노결정 등 중금속 프리 소재를 활용한 생체적합성 및 안전성 향상, 체내 축적 방지 기술(PEN 유도 분해 등)도 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 항생제 내성 문제 해결, 바이오 촉매 기반 청정 화학합성, 의료용 광치료 등 다양한 융합 바이오-나노 분야로 확장되고 있으며, 미래 바이오메디컬 및 친환경 화학 산업의 혁신을 이끌고 있습니다.