김도희 연구실은 촉매화학공학 분야에서 세계적 수준의 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 금속, 금속산화물, 제올라이트 등 다양한 촉매 소재의 합성 및 구조 제어, 그리고 이들의 표면·계면 특성 분석을 통해 촉매의 활성, 선택성, 내구성 향상을 목표로 합니다. 특히, 전통적 습식 합성법뿐만 아니라 기계화학, 원팟 화학기상증착(OP-CVD), 이온교환, 표면처리 등 다양한 혁신적 합성법을 개발하여 촉매의 미세구조와 활성점 분포를 정밀하게 조절하고 있습니다. 이러한 첨단 촉매는 환경오염물질 저감(질소산화물, 암모니아, 일산화탄소, 탄화수소 등), 탄소중립 연료 생산, 바이오매스 업그레이딩, 수소 생산 등 다양한 환경·에너지 반응에 적용되고 있습니다. 예를 들어, 제올라이트 기반 금속 촉매를 활용한 저온 NOx 저감, 암모니아 산화 및 선택적 촉매 환원(SCR), 메탄 및 경질 탄화수소의 방향족화, 바이오오일의 수소화탈산소화(HDO) 등에서 우수한 성능과 내구성을 입증하였습니다. 또한, 촉매의 비활성화 원인 규명 및 재생 기술, 촉매-담체 상호작용, 수소 스필오버, 산·염기성 조절 등 촉매 반응 메커니즘에 대한 심층 연구도 병행하고 있습니다. 연구실은 실험실 수준의 촉매 개발을 넘어, 실제 산업 공정에 적용 가능한 촉매 및 공정 기술로의 확장에 주력하고 있습니다. 이를 위해 반응기 모델링, 공정 최적화, 촉매 대량합성, 특허 출원 및 기술이전 등 산학협력도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 친환경 사회 실현과 지속가능한 에너지 전환에 기여하고 있으며, 다양한 정부·산업체 프로젝트, 국내외 학술대회 발표, 특허 및 논문 출판 등에서 그 우수성을 인정받고 있습니다.

본 연구실은 환경오염물질 저감 및 탄소중립 실현을 위한 촉매 및 공정 기술 개발에 중점을 두고 있습니다. 대표적으로, 자동차 및 산업용 배기가스 내 질소산화물(NOx) 저감을 위한 선택적 촉매 환원(SCR), 수소 기반 SCR(H2-SCR), 암모니아 산화 및 선택적 산화(NH3-SCO), 저온 NOx 저장(PNA) 등 다양한 환경 촉매 시스템을 연구합니다. 특히, 제올라이트 기반 금속 촉매(Cu-SSZ-13, Pd/SSZ-13, Fe-Cu/SSZ-13 등)의 활성점 구조 제어, 수열 내구성 향상, 황 내성 강화, 촉매 재생 등에서 탁월한 성과를 거두고 있습니다. 또한, 바이오매스(특히 해조류 유래 알긴산, 리그닌 등) 및 폐플라스틱의 업그레이딩을 위한 촉매 반응도 활발히 연구합니다. 바이오오일의 수소화탈산소화(HDO), 알긴산의 당알코올·유기산·푸르푸랄 전환, 리그닌의 단일 방향족화합물 생산 등에서 루테늄, 팔라듐, 코발트, 구리 등 다양한 금속/탄소/산화물 촉매의 구조-활성 상관관계를 규명하고, 반응 메커니즘을 심도 있게 분석합니다. 이 과정에서 수소 스필오버, 촉매-담체 상호작용, 산·염기성 조절, 촉매 비활성화 및 재생 등 촉매 과학의 핵심 이슈를 다루고 있습니다. 이러한 연구는 실제 산업 현장(자동차, 발전소, 석유화학, 바이오리파이너리 등)에서 요구되는 고효율·고내구성 환경 촉매 및 탄소중립 연료 생산 기술로 이어지고 있습니다. 연구실은 정부, 산업체, 공공기관 등과의 협력 프로젝트를 통해 실용화 연구를 선도하고 있으며, 다수의 특허, 기술이전, 학술상 수상, 국제 학술지 논문 발표 등으로 그 우수성을 인정받고 있습니다.