이 연구 주제는 유기금속화학과 무기화학의 핵심 원리를 바탕으로, 전이금속 중심 촉매가 어떻게 반응성을 발현하고 선택성을 조절하는지를 분자 수준에서 이해하는 데 초점을 둔다. 연구실은 금속-리간드 상호작용, 산화수 변화, 배위환경 조절, 전자 구조의 미세한 차이가 촉매 성능에 어떤 영향을 미치는지 체계적으로 분석하며, 이를 통해 새로운 반응 경로를 제안하고 고성능 촉매를 설계한다. 특히 실험 결과를 단순 해석하는 수준을 넘어, 반응이 일어나는 근본 원인과 속도 결정 단계, 경쟁 부반응의 발생 이유까지 정밀하게 설명하는 접근이 특징이다. 이러한 연구는 C–H 결합 활성화, 아미드화, 붕소화, 수소화와 같은 난제 반응에서 큰 의미를 가진다. 예를 들어 이리듐 촉매를 이용한 선택적 γ-락탐 합성이나 메탄의 촉매적 붕소화처럼, 기존에는 반응성이 낮거나 선택성 확보가 어려웠던 변환에서 촉매의 전자적·입체적 성질을 정교하게 조절해 원하는 생성물을 유도하는 전략을 개발한다. 연구실은 반응 중간체의 안정성, 전이상태의 에너지 차이, 리간드의 전자공여성 변화가 반응 장벽을 어떻게 바꾸는지 분석하여, 실험적 최적화가 아닌 원리 기반의 촉매 개발을 지향한다. 궁극적으로 이 연구는 고효율·고선택성 화학 합성을 가능하게 하여 정밀 유기합성, 의약품 중간체 제조, 에너지 효율 향상형 촉매 공정 개발에 기여한다. 또한 메탄과 같은 단순 탄화수소의 고부가가치화, 친환경 수소화 반응 촉진, 복잡한 분자의 후기 단계 기능화 등으로 확장될 수 있어 학문적 가치와 산업적 파급력이 모두 크다. 연구실의 성과는 기초 반응 메커니즘 연구와 실제 촉매 설계가 긴밀히 연결될 때 화학 연구의 혁신이 가능하다는 점을 잘 보여준다.

이 연구 주제는 밀도 범함수 이론을 포함한 양자화학 계산을 활용하여 화학 반응의 경로를 예측하고, 실험과 이론을 결합해 새로운 촉매와 반응 조건을 설계하는 데 중점을 둔다. 연구실은 계산화학을 사후 설명 도구가 아니라 사전 예측 도구로 활용하며, 전자 구조 계산을 통해 반응 중간체, 전이상태, 에너지 장벽, 선택성의 원인을 정량적으로 제시한다. 이러한 접근은 실험적으로 관찰하기 어려운 짧은 수명의 종이나 복잡한 반응 네트워크를 이해하는 데 매우 강력하다. 특히 연구실은 양자화학 반응 모델링을 통해 예기치 못한 반응성이나 숨겨진 경쟁 경로를 밝혀내고, 이를 바탕으로 더 우수한 촉매 구조를 제안하는 연구를 수행해 왔다. 메탄 모노옥시게네이스의 메탄 수산화 반응기작 분석, 이리듐 촉매의 C–H 아미드화 선택성 해석, 전기적 유도 효과를 반영한 분자 반응성 조절, 비정수 전하 밀도 범함수 이론을 이용한 산화환원 비결백성 연구 등이 대표적이다. 이는 계산이 단순한 이론 검증을 넘어서 실험 방향을 선도하는 도구가 될 수 있음을 보여준다. 이 분야의 중요성은 연구개발의 시간과 비용을 줄이고, 고난도 반응의 성공 가능성을 높이는 데 있다. 계산 기반 설계는 촉매 라이브러리를 무작정 탐색하는 방식보다 훨씬 효율적이며, 정밀한 분자 설계를 통해 지속가능한 화학 공정 개발에도 기여할 수 있다. 앞으로는 머신러닝, 자동화 반응 탐색, 데이터 기반 촉매 최적화와 결합되어 더욱 강력한 예측형 화학 연구 플랫폼으로 발전할 가능성이 크며, 이 연구실은 이러한 흐름을 선도하는 이론-실험 융합 연구를 수행하고 있다.

이 연구 주제는 분자의 전자적 성질을 정적으로 설계하는 기존 방식에서 나아가, 외부 전기 자극을 이용해 반응성을 동적으로 조절하는 새로운 화학 패러다임을 탐구한다. 연구실은 전극을 단순한 전자 전달 매개체가 아니라 조절 가능한 기능기로 간주하고, 인가 전압에 따라 고정화된 분자의 유도 효과와 반응 속도를 변화시키는 개념을 제시한다. 이러한 전기 유도 효과는 분자 설계와 반응 제어의 경계를 확장하며, 반응 선택성 및 효율을 실시간으로 조절할 수 있는 가능성을 보여준다. 연구실의 관련 성과는 비누화 반응, 스즈키-미야우라 결합, 카복실산 아미드화 등 다양한 유기 반응에서 전압 변화만으로 반응 속도와 경로를 조절할 수 있음을 입증한 데 있다. 이는 특정 치환기를 합성 단계에서 미리 도입하지 않아도 전자적 효과를 외부에서 가변적으로 부여할 수 있다는 뜻이며, 정밀 유기합성과 표면 화학, 분자 전자소자 연구에 중요한 기반이 된다. 더불어 유기금속 화합물을 활용한 발광 소자 및 기능성 조성물 특허는 연구실이 분자 수준의 전자 구조 제어를 실제 소재와 소자 개발로 확장하고 있음을 보여준다. 이와 함께 미세다공성 액체와 같은 신개념 유동성 물질 연구는 기체 저장·운반·선택적 분리에 필요한 기능성 화학 시스템 개발로 이어진다. 금속유기구조체 기반의 기체 친화적 환경을 액체상으로 구현하려는 시도는 기존 용매의 낮은 기체 용해도 한계를 넘어서려는 것으로, 에너지 저장과 탄소 자원 관리 측면에서도 중요하다. 결국 이 연구 분야는 반응 제어, 소재 설계, 에너지·환경 응용을 하나의 화학적 언어로 연결하며, 분자 전자 구조를 활용한 차세대 기능성 화학 기술의 기반을 형성한다.