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백무현 연구실
한국과학기술원 화학과
백무현 교수
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백무현 연구실

한국과학기술원 화학과 백무현 교수

백무현 연구실은 유기금속화학과 무기화학을 기반으로 전이금속 촉매의 반응기작을 분자 수준에서 규명하고, 양자화학 계산을 활용해 예측형 촉매 설계와 선택적 유기반응 개발을 수행하며, 나아가 전기적 유도 효과·기능성 발광소자·미세다공성 액체 등 전자구조 제어를 활용한 소재 및 응용 연구까지 폭넓게 전개하는 화학 연구실이다.

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유기금속·무기 촉매의 반응기작 규명과 설계 thumbnail
유기금속·무기 촉매의 반응기작 규명과 설계
주요 논문
5
논문 전체보기
1
article
|
인용수 122
·
2020
Electro-inductive effect: Electrodes as functional groups with tunable electronic properties
Joon Heo, Hojin Ahn, Joonghee Won, Jin Gyeong Son, Hyun Kyong Shon, Tae Geol Lee, Sang Woo Han, Mu‐Hyun Baik
IF 45.8
Science
In place of functional groups that impose different inductive effects, we immobilize molecules carrying thiol groups on a gold electrode. By applying different voltages, the properties of the immobilized molecules can be tuned. The base-catalyzed saponification of benzoic esters is fully inhibited by applying a mildly negative voltage of -0.25 volt versus open circuit potential. Furthermore, the rate of a Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction can be changed by applying a voltage when the arylhalide substrate is immobilized on a gold electrode. Finally, a two-step carboxylic acid amidation is shown to benefit from a switch in applied voltage between addition of a carbodiimide coupling reagent and introduction of the amine.
https://doi.org/10.1126/science.abb6375
Electrode
Optoelectronics
Inductive effect
Materials science
Chemistry
2
review
|
인용수 224
·
2019
Design and Optimization of Catalysts Based on Mechanistic Insights Derived from Quantum Chemical Reaction Modeling
Seihwan Ahn, Mannkyu Hong, Mahesh Sundararajan, Daniel H. Ess, Mu‐Hyun Baik
IF 55.8
Chemical Reviews
Until recently, computational tools were mainly used to explain chemical reactions after experimental results were obtained. With the rapid development of software and hardware technologies to make computational modeling tools more reliable, they can now provide valuable insights and even become predictive. In this review, we highlighted several studies involving computational predictions of unexpected reactivities or providing mechanistic insights for organic and organometallic reactions that led to improved experimental results. Key to these successful applications is an integration between theory and experiment that allows for incorporation of empirical knowledge with precise computed values. Computer modeling of chemical reactions is already a standard tool that is being embraced by an ever increasing group of researchers, and it is clear that its utility in predictive reaction design will increase further in the near future.
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00073
Chemistry
Biochemical engineering
Quantum chemical
Software
Chemical process
Computer science
Computational chemistry
Nanotechnology
Management science
Molecule
3
article
|
인용수 373
·
2018
Selective formation of γ-lactams via C–H amidation enabled by tailored iridium catalysts
Seung Youn Hong, Yoonsu Park, Yeongyu Hwang, Yeong Bum Kim, Mu‐Hyun Baik, Sukbok Chang
IF 45.8
Science
Intramolecular insertion of metal nitrenes into carbon-hydrogen bonds to form γ-lactam rings has traditionally been hindered by competing isocyanate formation. We report the application of theory and mechanism studies to optimize a class of pentamethylcyclopentadienyl iridium(III) catalysts for suppression of this competing pathway. Modulation of the stereoelectronic properties of the auxiliary bidentate ligands to be more electron-donating was suggested by density functional theory calculations to lower the C-H insertion barrier favoring the desired reaction. These catalysts transform a wide range of 1,4,2-dioxazol-5-ones, carbonylnitrene precursors easily accessible from carboxylic acids, into the corresponding γ-lactams via sp<sup>3</sup> and sp<sup>2</sup> C-H amidation with exceptional selectivity. The power of this method was further demonstrated by the successful late-stage functionalization of amino acid derivatives and other bioactive molecules.
https://doi.org/10.1126/science.aap7503
Chemistry
Iridium
Catalysis
Intramolecular force
Nitrene
Isocyanate
Combinatorial chemistry
Density functional theory
Selectivity
Molecule
정부 과제
3
과제 전체보기
1
주관|
2023년 8월-2024년 8월
|45,000,000
비정수 전하 밀도 범함수 이론을 이용한 전기적 유도 효과 묘사 및 수소화 촉매반응을 위한 산화환원 비결백성 강화
본 과제는 전기 신호로 분자의 전자 성질을 조절해 올레핀 수소화 촉매반응을 더 쉽게 만들려는 연구임. 연구 목표는 산화환원 비결백성을 전기적 유도 효과로 강화해 활성화에너지를 낮춘다는 개념을 제일원리 양자화학 계산으로 밝히고 친환경 올레핀 수소화 촉매를 개발하는 데 있음. 핵심 연구 내용은 Electro-Inductive Effect를 전압으로 조절하며, 비정수 전자(Fractional Electron)가 경계 분자 오비탈에서 움직인다는 이해를 Redox Non-Innocent Ligand에 적용함. 음전압을 걸어 LUMO에 비정수 전자를 추가 주입하면 수소 활성화 단계에서 결합을 끊는 데 유리해 저온 반응 진행이 가능함. 또 실험 결과를 정량 재현하는 FC-DFT 기반 계산법을 발전시켜 가설 검증 및 공동연구로 촉매 개발을 목표로 함. 기대 효과는 전기적 유도 효과와 비결백성 배위물 결합으로 작용기 한계 완화 및 촉매 재생성 문제까지 전압 조절로 해결 가능하다는 점에서, 귀금속 의존을 낮추고(팔라듐·백금·로듐·루테늄) 넓은 표면적의 불균일계 장점과 경제성의 균일계 장점을 함께 활용하는 친환경 수소화 구현임.
올레핀 수소화 촉매
비정수 전하
밀도 범함수 이론
산화환원 비결백성
2
주관|
2023년 8월-2024년 8월
|45,000,000
미세다공성 액체: 높은 기체 저장 용량을 가지는 유동성 물질
본 과제는 용액에 기체를 많이 녹이고, 어떤 기체인지 골라 담을 수 있는 미세다공성 액체 물질을 합성해 기체 운반·저장·관리의 한계를 해결하는 연구임. 연구 목표는 높은 기체 용해도와 기체 선택성을 갖는 물질을 개발하고, 이차전지·수소 등 지속가능한 에너지와 첨단 바이오 분야의 시공간 효율성·수율을 높일 원천기술 확보임. 핵심 연구내용은 밀도 범함수 이론 기반 리간드 스크리닝으로 광화학적 가교 가능한 금속유기구조체를 디자인하고, 광 반응으로 가교화해 영구적인 미세기공을 구축한 뒤 X-선, 고체상 핵자기공명, 동적 빛 산란, 접촉각, 분자동역학·열역학 분석으로 메커니즘과 용액상 기체 흡/탈착 거동을 규명하는 과정임. 기대효과는 용액상 기체 흡/탈착 측정 기술과 질소·산소·이산화탄소·일산화탄소 등 데이터 라이브러리 구축 및 응용 맞춤형 기체 저장/관리 물질 개발로 공정 부작용 최소화에 기여함.
미세다공성 액체
금속유기구조체
기체 용해도
유동성 액체
용매
3
주관|
2008년 11월-2013년 8월
|434,000,000
차세대 태양광 발전 시스템용 융합 소재 및 소자 특성 평가
본 과제는 태양빛을 전기로 바꾸는 다양한 차세대 태양전지 기술을 한곳에 모아 발전시키는 연구임. 염료감응태양전지, 유기태양전지, 나노소재 기반 전지, 태양광 수소생성 등 여러 분야를 아우르는 미래 에너지 연구실 구축을 목표로 함. 연구 목표는 세계적 수준의 태양전지 연구 기반 확립과 태양광 수소생성 시스템 구축, 그리고 관련 인재양성에 있음. 연구 내용은 고효율 염료감응태양전지 개발, 다양한 염료와 전해질 개선, 모듈·패널 제작, 나노입자와 양자점 기술 확보, 광증폭 집광 소재 합성, 수소생성 소재와 연료전지 통합 시스템 개발 등으로 구성됨. 기대 효과는 차세대 태양전지 핵심기술 확보, 고효율 소재 개발, 성능평가 표준화 기반 마련, 국제경쟁력 강화 및 글로벌 인재 배양임.
염료감응 태양전지
태양광
집광
나노물질
태양에너지
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
공개2023나프탈렌 다이이미드 화합물 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지1020230007418
등록2021발광 소자, 상기 발광 소자의 제조 방법 및 상기 발광 소자의 구동 방법1020210029052
등록2019유기금속 화합물, 이를 포함한 유기 발광 소자 및 이를 포함한 진단용 조성물1020190033724
전체 특허

나프탈렌 다이이미드 화합물 및 이를 포함하는 레독스 흐름전지

상태
공개
출원연도
2023
출원번호
1020230007418

발광 소자, 상기 발광 소자의 제조 방법 및 상기 발광 소자의 구동 방법

상태
등록
출원연도
2021
출원번호
1020210029052

유기금속 화합물, 이를 포함한 유기 발광 소자 및 이를 포함한 진단용 조성물

상태
등록
출원연도
2019
출원번호
1020190033724