황승준 연구실은 무기 및 유기금속 화학을 기반으로 한 촉매의 합성 및 설계에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 에너지 전달, 저장, 재활용을 위한 새로운 촉매 반응 경로를 개발하고, 이를 통해 지속가능한 화학공정의 혁신을 추구합니다. 특히, 광화학 및 전기화학을 활용한 촉매의 합리적 설계에 집중하여, 쉽게 구할 수 있는 소분자를 고부가가치 화합물로 전환하는 청정하고 지속가능한 반응 경로를 모색합니다. 이러한 연구는 촉매의 활성점 주변의 전자 환경을 정밀하게 제어함으로써, 기존 촉매의 한계를 극복하고 새로운 반응성을 창출하는 데 기여합니다. 전기장 편향을 이용한 비패러딕 전기촉매의 개발, 주족원소 및 전이금속 기반의 새로운 촉매 플랫폼 구축 등 다양한 접근법을 통해 촉매의 선택성과 안정성을 동시에 향상시키고 있습니다. 이 연구는 에너지 및 환경 문제 해결에 직접적으로 기여할 수 있으며, 수소 생산, 이산화탄소 전환, 바이오매스 변환 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 기술적 진보를 이끌고 있습니다. 또한, 촉매의 구조-기능 상관관계에 대한 심층적 이해를 바탕으로, 미래의 친환경 화학산업 발전에 중요한 역할을 하고 있습니다.

황승준 연구실은 효소에서 영감을 받아, 다핵 전이금속 클러스터 기반의 자기조립 메탈라케이지(photo)촉매를 개발하고 있습니다. 이러한 촉매는 소분자(CO2, CH4, N2 등)의 다중 양성자 결합 산화환원 반응을 촉진할 뿐만 아니라, 선택적 결합 기능화의 새로운 광화학 반응 모드를 구현할 수 있습니다. 특히, 반응성 라디칼 중간체의 선택적 생성과 그 후속 반응성 조절을 동시에 달성하는 촉매 설계에 주력하고 있습니다. 이 연구는 생체 내 금속단백질의 구조적 변화를 모방하여, 촉매의 활성 중심이 비정상적이고 에너지적으로 긴장된 상태에 놓이도록 유도함으로써, 기존에 불가능했던 결합 활성화 및 기능화 반응을 가능하게 합니다. 이를 통해, 고효율적이고 선택적인 촉매 반응을 실현하며, 다양한 화학적 변환에 적용할 수 있는 새로운 촉매 플랫폼을 제시하고 있습니다. 이러한 자기조립 메탈라케이지 및 광촉매 연구는 청정에너지 생산, 환경오염 저감, 고부가가치 화합물 합성 등 다양한 분야에서 파급효과가 크며, 차세대 촉매 과학의 패러다임을 선도하고 있습니다.

본 연구실은 촉매 활성점 주변의 국소 전자장을 동적으로 제어하는 새로운 전기촉매 개발에 앞장서고 있습니다. 전기장 편향을 활용하여 촉매의 반응성과 안정성을 동시에 향상시키는 비패러딕(Non-Faradic) 전기촉매를 설계함으로써, 바이오매스 전환 및 비대칭 촉매 반응 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 성과를 내고 있습니다. 이 연구는 기존의 전기화학적 촉매 반응에서 발생하는 한계를 극복하기 위해, 촉매 표면의 전자 밀도와 반응 환경을 정밀하게 조절하는 방법론을 개발합니다. 이를 통해, 촉매의 선택성과 효율성을 극대화하고, 새로운 반응 경로를 개척할 수 있습니다. 또한, 실시간 전기장 조절을 통해 촉매의 수명과 내구성을 크게 향상시키는 데 성공하였습니다. 이러한 비패러딕 전기촉매 연구는 친환경 화학공정, 에너지 저장 및 변환, 고효율 연료전지 등 다양한 산업 분야에서 실질적인 기술적 진보를 이끌고 있으며, 미래의 지속가능한 에너지 사회 구현에 중요한 기여를 하고 있습니다.