이 연구실은 콜로이드 화학을 기반으로 반도체 양자점과 다양한 이종구조 나노결정을 정밀하게 합성하는 연구를 수행한다. 특히 InP, ZnSe, InGaP, PbSe 계열과 같은 무거운 금속 저감 또는 무카드뮴계 나노결정에 주목하며, 크기·형상·조성·결정면을 정교하게 제어하여 원하는 광학적·전자적 특성을 구현하는 데 강점을 보인다. 단순한 입자 제조를 넘어 코어/쉘 구조, dot-in-rod, 나노로드, 나노플레이트렛, 코어-쉘 이종접합 구조까지 폭넓게 다루며 차세대 광전자 소재 플랫폼을 구축하고 있다. 핵심 방법론은 전구체 반응성 제어, 리간드 화학 조절, 양이온 교환 반응, 에피층 성장 제어, 결함 및 공공 제어 등이다. 실제로 연구실의 논문과 특허에서는 인화인듐 결정의 저가 전구체 기반 합성, InP/ZnSe 이종구조 성장 제어, 이종가 원자가 코어-쉘 나노결정의 계면 분극 분석, 이방성 나노구조체 제조 등 정밀 합성 전략이 반복적으로 나타난다. 이는 단순히 발광 세기 향상에 그치지 않고, 전하 분리와 재결합, 쌍극자 형성, 환경 민감성, 표면 안정성까지 함께 설계하는 방향으로 이어진다. 이러한 연구는 독성이 낮고 성능이 우수한 차세대 반도체 나노소재 확보라는 점에서 매우 중요하다. 특히 디스플레이, 광검출, 적외선 광원, 광촉매, 바이오응용 등 여러 산업 분야에 적용 가능한 소재 원천기술로 확장성이 크다. 연구실은 합성 단계에서부터 물성 제어 원리를 정립함으로써, 고효율·고안정성 소자 개발의 재료적 기반을 제공하고 있으며, 장기적으로는 친환경 광전자 재료의 산업화를 앞당기는 역할을 수행하고 있다.

이 연구실의 대표적인 축 가운데 하나는 양자점을 활용한 발광소자와 디스플레이용 소재 개발이다. 고색재현, 고효율, 장수명이라는 디스플레이 산업의 핵심 요구를 만족시키기 위해, 양자점의 발광 특성뿐 아니라 전하 주입과 수송, 계면 안정성, 패터닝 공정 적합성까지 통합적으로 연구한다. 특히 QD-LED, 색변환층, 편광판이 필요 없는 초박막 디스플레이, 고해상도 패터닝 기반 소자 등 응용 지향성이 매우 뚜렷하다. 연구 내용은 발광층 양자점 자체의 표면 패시베이션과 전하 균형 제어에서부터, 무기 전하수송층 설계와 패터닝 공정 개발까지 폭넓다. Nature Nanotechnology의 양자점 직접 패터닝 연구는 적응형 이중 리간드 표면을 활용해 고해상도 공정성과 소재 성능을 동시에 확보한 사례이며, Advanced Materials의 NiMgO 나노결정 연구는 전하수송층 내 니켈 공공의 공간 제어를 통해 전하 균형과 소자 안정성을 개선한 성과다. 또한 잉크젯 공정 기반 색변환소재, 전계발광용 신규 조성 양자점, 양자막대 배열 기반 편광 발광 소자 연구는 소재-공정-소자 연계를 보여준다. 이 연구는 차세대 AR/VR, 초고해상도 디스플레이, 친환경 프리미엄 TV 및 모바일 패널 기술과 직접 연결된다. 납이나 카드뮴 의존도를 줄이면서도 고휘도와 긴 수명을 달성하는 것은 산업적으로 매우 큰 의미가 있다. 연구실은 재료 설계와 소자 물리, 공정 기술을 함께 다루며 실용화 가능성이 높은 연구를 축적하고 있어, 양자점 디스플레이 분야의 핵심 원천기술 연구실로 볼 수 있다.

이 연구실은 양자점을 단순한 발광 재료로만 보지 않고, 빛 에너지를 화학 반응으로 전환하는 광촉매 플랫폼으로 확장하고 있다. 반도체 나노입자의 광여기 전하를 이용해 수소 생산, 질소 고정, 암모니아 합성, 유기 화합물 전환, CO2 전환과 같은 반응을 유도하는 연구가 꾸준히 수행되고 있다. 최근에는 양자점과 박테리아 또는 효소를 결합한 바이오하이브리드 시스템까지 발전시키며, 무기 나노소재와 생물촉매의 장점을 결합한 새로운 반응 시스템을 제안하고 있다. 구체적으로는 양자점-질소고정 박테리아 하이브리드를 이용한 광유도 암모니아 생산, 양자점-효소 하이브리드를 활용한 고부가가치 화합물 합성, CdS 나노시트 기반 광촉매 유기반응, 수전해용 금속 산화물 전극, 화학 루핑 기반 암모니아 합성용 질소 전달체 연구 등이 확인된다. 이는 연구실이 광반응성 나노결정의 표면화학과 전하 이동 특성을 촉매 반응 설계로 연결하고 있음을 보여준다. 또한 저탄소 수소생산 연구센터 참여는 에너지 공정과 촉매 소재 개발을 접목하는 확장성을 잘 나타낸다. 이러한 연구는 탄소중립, 수소경제, 친환경 화학공정이라는 시대적 요구와 맞닿아 있다. 특히 태양광 기반 반응 구동, 분산형 수소 생산, 생체 촉매와 무기 촉매의 융합은 지속가능 화학기술의 핵심 방향이다. 연구실은 나노소재의 광물리 특성을 실제 화학 변환 반응에 접목함으로써, 에너지·환경·정밀화학을 아우르는 융합 연구를 수행하고 있으며, 향후 친환경 생산 공정과 인공광합성 기술로의 발전 가능성이 크다.