탄소 및 질소 자원을 활용한 전기화학적 수소 에너지 전환은 미래 지속가능한 에너지와 환경 문제 해결을 위한 핵심 연구 분야입니다. 본 연구실에서는 탄소와 질소를 수소 매개체로 활용하여, 전기화학적 촉매 전환 시스템을 개발하고 있습니다. 이를 통해 이산화탄소(CO₂)와 질소산화물(NOx) 등 환경 오염 물질을 고부가가치 화합물로 전환하는 기술을 연구하고 있습니다. 특히, 높은 활성 및 선택성을 갖는 전기화학 촉매와 전해질을 설계하고, 원자 수준에서 대규모 전극 및 시스템을 제작하는 데 중점을 두고 있습니다. 이러한 연구는 수소 생산뿐만 아니라, 암모니아 및 요소(urea) 등 다양한 화학 원료의 친환경적 생산을 가능하게 하여, 화학 산업의 탈탄소화와 에너지 전환에 기여합니다. 또한, 반응 중간체 및 최종 생성물의 실시간 분석 기술을 개발하여, 반응 메커니즘을 심층적으로 이해하고, 시스템의 효율성과 안정성을 극대화하고 있습니다. 이러한 통합적 연구 접근법은 차세대 청정에너지 생산 및 환경 개선에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

전기화학적 이산화탄소 전환(CO₂RR)은 대기 중 온실가스 저감과 동시에 에너지 저장 및 고부가가치 화합물 생산을 실현할 수 있는 혁신적 기술입니다. 본 연구실은 구리, 주석, 은 등 다양한 금속 기반 촉매를 설계하여, 이산화탄소를 에틸렌, 메탄, 일산화탄소, 포름산, 요소 등 다양한 화합물로 선택적으로 전환하는 연구를 선도하고 있습니다. 특히, 원자 수준의 촉매 표면 구조 제어, 나노구조화, 금속-유기 골격체(MOF) 기반 촉매 개발 등 첨단 소재 공학적 접근을 통해, 반응 선택성과 효율을 극대화하고 있습니다. 또한, 전기화학 반응 환경(전해질, pH, 전극 구조 등) 최적화와 실시간 분석법을 접목하여, 반응 메커니즘을 규명하고, 산업적 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 연구는 이산화탄소를 단순한 폐기물이 아닌, 유용한 자원으로 전환함으로써, 탄소중립 사회 실현과 화학 산업의 지속가능성 제고에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

수전해 및 해수 전기분해는 물을 전기적으로 분해하여 청정수소를 생산하는 친환경 에너지 기술로, 미래 수소경제의 핵심 기반입니다. 본 연구실은 고효율 음이온교환막(AEM) 수전해 시스템, 해수 특화형 수전해 촉매 및 전극 개발에 집중하고 있습니다. 이를 통해 고순도 수소를 저비용, 고효율로 생산할 수 있는 차세대 수전해 기술을 구현하고자 합니다. 특히, 비귀금속 기반 촉매, 원자수준 거리두기 기술, 나노구조화된 전극 등 혁신적 소재 및 시스템 설계로, 기존 수전해 시스템의 내구성, 효율, 경제성을 획기적으로 개선하고 있습니다. 해수 전기분해의 경우, 염소 발생 억제와 산소 발생 반응(OER) 선택성 향상을 위한 촉매 및 전극 구조 최적화 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 연구는 재생에너지와 연계한 대규모 수소 생산, 해수 활용을 통한 자원 다변화, 그리고 수소 기반 에너지 저장 및 운송 시스템의 상용화에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.