김학준 연구실
화학전공
김학준
김학준 연구실은 생물리화학, 물리화학, 나노소재 및 광전기화학 등 다양한 화학 분야의 융합적 연구를 선도하고 있습니다. 연구실은 생명현상의 근본 원리를 규명하기 위해 단분자 분광학, 형광 상관 분광법, FRET 등 첨단 분석 기법을 적극적으로 활용하고 있습니다. 이를 통해 단백질, 핵산 등 거대분자의 구조와 동적 변화를 실시간으로 관찰하며, 분자 간 상호작용의 미세한 메커니즘을 밝히고 있습니다.
또한, 연구실은 밀도 범함수 이론(DFT) 등 양자화학 계산을 기반으로 오존분해, 라디칼 반응, 광분해 등 다양한 화학 반응의 메커니즘을 이론적으로 탐구합니다. 실험적으로 관찰하기 어려운 반응 중간체와 전이상태의 구조 및 에너지 프로필을 예측함으로써, 대기화학, 환경과학, 광화학 등 여러 분야에 중요한 기초 자료를 제공합니다. 이러한 이론 연구는 실험 결과의 해석과 예측, 그리고 새로운 반응 경로의 설계에도 큰 기여를 하고 있습니다.
나노소재 및 광전기화학 분야에서도 연구실은 금, 은 나노클러스터, 산화아연 등 다양한 나노소재의 합성 및 특성 분석, 그리고 이들의 광전기화학적 응용에 관한 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 나노클러스터가 감응된 전극의 광전기화학적 거동, 도핑 효과, 구조 변화에 따른 광반응성 변화 등을 체계적으로 연구하여, 차세대 태양전지, 광촉매, 에너지 변환 소자 개발에 중요한 기초를 제공하고 있습니다.
이러한 연구들은 질병 진단, 신약 개발, 바이오센서, 친환경 에너지 및 환경오염 저감 기술 등 다양한 실용적 응용 가능성을 지니고 있습니다. 김학준 연구실은 학제 간 융합연구를 통해 과학적 원리의 심층적 이해와 더불어, 사회적 문제 해결에 기여할 수 있는 혁신적 연구를 지속적으로 추진하고 있습니다.
앞으로도 김학준 연구실은 첨단 분광학, 이론 및 계산화학, 나노소재 연구를 바탕으로, 생명과학, 에너지, 환경 등 다양한 분야에서 새로운 과학적 발견과 기술 혁신을 이끌어 나갈 계획입니다.
Theoretical Chemistry
Fluorescence Correlation Spectroscopy
Photoelectrochemistry
생물리화학: 거대분자의 단분자 분광학 연구
생물리화학은 생명 현상을 물리화학적 관점에서 탐구하는 학문으로, 김학준 연구실에서는 특히 거대분자의 단분자 분광학에 중점을 두고 있습니다. 단분자 분광학은 개별 분자의 동역학과 상호작용을 실시간으로 관찰할 수 있는 첨단 분석 기법으로, 기존의 집단 평균적 분석이 제공하지 못하는 미세한 분자 수준의 정보를 제공합니다. 이를 통해 단백질, 핵산 등 생체 거대분자의 구조적 변화와 기능적 특성을 정밀하게 규명할 수 있습니다.
연구실에서는 형광 상관 분광법(Fluorescence Correlation Spectroscopy, FCS), 포스터 공명 에너지 전달(Forster Resonance Energy Transfer, FRET) 등 다양한 단분자 분광학적 기법을 활용하여, 생물학적으로 중요한 거대분자의 상호작용과 동적 변화를 분석합니다. 예를 들어, 스트렙타비딘-바이오틴 결합, 단일 양자점-염료 하이브리드 시스템 등 복잡한 생체 시스템 내에서의 분자 간 에너지 전달과 결합 특성을 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 생명과학, 의학, 나노기술 등 다양한 분야에 응용될 수 있는 기초 데이터를 제공합니다.
이러한 단분자 분광학 연구는 질병 진단, 신약 개발, 바이오센서 개발 등 실용적 응용 가능성도 매우 높습니다. 특히, 분자 수준에서의 정밀한 분석을 통해 질병의 조기 진단 및 치료 타깃의 발굴, 바이오마커의 개발 등에 기여할 수 있습니다. 앞으로도 김학준 연구실은 첨단 분광학적 기법을 바탕으로 생명현상의 근본 원리를 규명하고, 이를 바탕으로 다양한 융합 연구를 선도해 나갈 계획입니다.
물리화학적 계산과 이론 연구: 반응 메커니즘 및 광화학
김학준 연구실은 물리화학적 계산과 이론 연구를 통해 다양한 화학 반응의 메커니즘을 심층적으로 탐구하고 있습니다. 특히, 밀도 범함수 이론(DFT)과 같은 양자화학 계산 방법을 활용하여, 오존분해, 라디칼 반응, 광분해 등 복잡한 화학 반응의 경로와 에너지 프로필을 예측하고 있습니다. 이러한 이론 연구는 실험적으로 관찰하기 어려운 반응 중간체와 전이상태의 구조 및 특성을 규명하는 데 중요한 역할을 합니다.
연구실에서는 오존과 테르펜류(예: β-펠란드렌, 사비넨, 테르피놀렌 등) 간의 반응, 라디칼의 광분해 동역학, 나노클러스터의 광전기화학적 거동 등 다양한 주제를 다루고 있습니다. 예를 들어, 오존과 유기화합물의 반응 메커니즘을 이론적으로 규명함으로써 대기화학 및 환경과학 분야에 중요한 기초 자료를 제공하고 있습니다. 또한, 광분해 및 광화학 반응의 동역학 연구를 통해 분자의 에너지 전달, 결합 해리, 광활성화 과정 등을 정밀하게 분석합니다.
이러한 이론 및 계산화학 연구는 실험 결과의 해석과 예측뿐만 아니라, 새로운 화학 반응 경로의 설계와 최적화에도 큰 기여를 하고 있습니다. 나아가, 나노소재, 에너지 변환, 환경오염 저감 등 다양한 응용 분야에서의 혁신적인 연구를 가능하게 하며, 학제 간 융합연구의 기반을 마련하고 있습니다.
나노소재 및 광전기화학 연구
김학준 연구실은 나노소재의 합성 및 특성 분석, 그리고 이들의 광전기화학적 응용에 관한 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 특히, 금 나노클러스터(Au Nanocluster), 은 나노클러스터(Ag Nanocluster), 산화아연(ZnO) 등 다양한 나노소재를 기반으로 한 광전극의 개발과 이들의 광반응 특성을 심층적으로 분석하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 태양전지, 광촉매, 에너지 변환 소자 개발에 중요한 기초를 제공합니다.
연구실에서는 나노클러스터가 감응된 TiO2 전극의 광전기화학적 거동, 도핑에 의한 전극 특성 변화, 나노입자 구조 변화에 따른 광반응성 변화 등을 체계적으로 연구하고 있습니다. 예를 들어, 나노클러스터의 코어 구조 변화가 광전기화학적 효율에 미치는 영향, 전극/전해질 계면에서의 전하 이동 및 에너지 전달 메커니즘 등을 다양한 분광학적 및 전기화학적 기법을 통해 규명합니다.
이러한 나노소재 및 광전기화학 연구는 에너지 및 환경 문제 해결에 직접적으로 기여할 수 있습니다. 고효율 태양전지, 친환경 광촉매, 신개념 센서 등 다양한 응용 분야에서의 기술 혁신을 이끌고 있으며, 미래 에너지 산업 및 환경 기술 발전에 중요한 역할을 하고 있습니다.
1
Theoretical study on the reaction of p-cymene with ozone
김학준, 박지호
Bulletin of the Korean Chemical Society, 2021
2
Small Change, Big Difference: Photoelectrochemical Behavior of Au Nanocluster-Sensitized TiO2 Altered by Core Restructuring
김학준, 방진호, 이동일, 박제인, 이중현, Malenahalli H. Naveen, 표경림
ACS Energy Letters, 2021
3
Photoelectrochemistry of Au Nanocluster-Sensitized TiO2: Intricacy Arising from the Light-Induced Transformation of Nanoclusters into Nanoparticles
김학준, 방진호, Rizwan Khan, Malenahalli H. Naveen, Muhammad A. Abbas, 이정현
ACS Energy Letters, 2021