본 연구실은 금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework, MOF)를 기반으로 한 고성능 흡착제 개발에 중점을 두고 있습니다. MOF는 금속 이온과 유기 리간드가 결합하여 형성된 다공성 구조체로, 매우 높은 표면적과 다양한 기공 구조를 가집니다. 이러한 특성 덕분에 MOF는 기체 분리, 저장, 촉매 등 다양한 분야에서 응용이 가능합니다. 연구실에서는 MOF의 구조적·화학적 특성을 정밀하게 조절하여 특정 기체(예: CO2, CH4, C2H6, C2H4, SF6, Xe, Kr 등)의 선택적 흡착 및 분리 효율을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다. 특히, MOF 내에 불포화 금속자리, 기능성 리간드(브롬, 메틸, 아민 등), 결함 도입, 이종 금속 도핑 등 다양한 화학적 변형을 통해 흡착제의 선택성과 안정성을 향상시키는 전략을 개발하고 있습니다. 이를 위해 분자 모사, 실험적 합성, 물성 평가, 동적 혼합기체 분리 실험 등 다각도의 연구 방법론을 적용하고 있습니다. 최근에는 대규모 계산 스크리닝과 머신러닝 기법을 활용하여 수천 종의 MOF 중 최적의 흡착제를 신속하게 선별하고, 실제 합성 및 성능 검증까지 연계하는 통합 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 연구는 에틸렌/에탄, 프로필렌/프로판, 메탄/질소, 이산화탄소/질소, SF6/질소, Xe/Kr 등 산업적으로 중요한 혼합기체의 에너지 효율적 분리 공정에 적용될 수 있습니다. 또한, MOF의 내열성, 내수성, 내방사선성 등 실용적 안정성 확보에도 집중하여, 실제 산업 현장에 적용 가능한 차세대 흡착제 및 분리 공정 기술을 선도하고 있습니다.

연구실은 MOF뿐만 아니라 공유결합 유기 골격체(Covalent Organic Framework, COF), 다공성 유기 중합체(POP), 에어로겔 등 다양한 다공성 유기 및 하이브리드 소재 개발에도 집중하고 있습니다. 이러한 소재들은 금속이 없는 구조 또는 금속-유기 복합 구조로, 기공 구조와 표면 기능기를 정밀하게 설계할 수 있어 환경 및 에너지 분야에서 매우 유용하게 활용됩니다. 예를 들어, 아민, 트리아진, 포스파이트, 설폰산, 키토산 등 다양한 기능기를 도입하여 이산화탄소, 라돈, 중금속, 휘발성 유기화합물(BTEX), 의약품 오염물질 등 환경 유해물질의 선택적 흡착 및 제거 성능을 극대화하고 있습니다. 특히, 대면적·고강도 에어로겔, 고분자-금속 복합체, 나노섬유 구조체 등은 실제 수처리, 공기정화, 촉매, 에너지 저장·변환(수소 저장, 연료전지 등) 등 다양한 응용 분야에 적용되고 있습니다. 연구실에서는 소재의 합성, 구조 분석, 물성 평가, 실제 환경 조건에서의 내구성 및 재생성 검증까지 전주기적 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 머신러닝 및 대규모 시뮬레이션을 통해 소재의 구조-성능 상관관계를 규명하고, 최적화된 소재 설계 지침을 제시하고 있습니다. 이러한 연구는 지속가능한 환경 정화, 온실가스 저감, 청정에너지 생산 등 사회적 요구에 부응하는 핵심 원천기술로 자리매김하고 있습니다. 실제로 다수의 특허 출원 및 산업체 협력, 정부과제 수행을 통해 연구성과의 실용화 및 기술 이전에도 적극적으로 기여하고 있습니다.