Research
청정 그린 수소 생산과 고 부가가치 화학물질 생산 반응 및 시스템 연구
(Green hydrogen and high-valued chemicals production reaction and system research)
청정 수소, 청정 암모니아 생산 및 고효율 연료 전지 개발과 같은 전기화학적 에너지 전환 (Electrochemical Energy Conversion)을 위해 나노 구조의 전기 촉매 및 고효율 시스템을 연구합니다.
이를 통해 환경 오염 문제를 해결하고, 고 부가가치 화학물질을 생성합니다.
그린 수소 에너지 생산을 위한 전기화학적 수전해 반응 및 촉매 연구, 고효율 합성 방법 개발
온실 가스로 인한 환경 문제 해결을 위한 전기화학적 CO2 환원 반응 및 촉매 연구
골칫거리 휘발성 유기화합물 (VOCs)로 고 부가가치 화학물질인 Urea, ammonia 생성 반응 연구
공기 중 수소와 산소를 전기 에너지로 변환하는 연료 전지 개발
연구실에서 출간한 관련 논문
Journal of Colloid and Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.02.042)
Advanced Sustainable Systems (https://doi.org/10.1002/adsu.202400059)
Aggregate (https://doi.org/10.1002/agt2.444)
Aggregate (https://doi.org/10.1002/agt2.430)
Advanced Energy Materials (https://doi.org/10.1002/aenm.202301918)
Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137789)
Advanced Materials Technologies (https://doi.org/10.1002/admt.202200572)
ACS Catalysis (https://doi.org/10.1021/acscatal.2c01618)
Small (https://doi.org/10.1002/smll.202103613)
전기화학적 에너지 저장 소자 연구
(Electrochemical Energy Storage)
충방전식 2차 전지 및 커패시터와 같은 기존의 에너지 저장 소자는 아직 성능면에서 개선해야할 것들이 많습니다. 이에 본 연구실에서는 고효율 전기촉매를 개발하고 이를 사용하여 미래형 고성능 에너지 저장 시스템에 탑재할 새로운 전극을 연구 개발합니다.
전력밀도, 에너지 밀도, 긴 수명을 포함하여 에너지 저장 효율이 높은 슈퍼커패시터와 하이브리드 커패시터 연구 개발
연구실에서 출간한 관련 논문
Journal of Materials Chemistry A (Front Cover Article, https://doi.org/10.1039/D2TA02584A)
Carbon Energy (Front Cover Article, https://doi.org/10.1002/cey2.207)
Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132086)
Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.145424)
Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.145157)
Electrochimica Acta (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.142363)
DFT 계산을 통한 최적의 촉매 설계
(Optimal Catalyst Design via DFT Calculation)
제일원리 DFT 계산은 컴퓨팅 시스템을 활용하여 실제세계에서의 촉매의 성능과 선택성을 미리 예측해보고 검증할 수 있습니다.
다양한 전기화학 반응의 최고의 성능 예측
어떤 반응에 가장 적합한 지 확인하는 선택성 예측
잘 만들어진 촉매의 메커니즘 규명
연구실에서 출간한 관련 논문
Applied Catalysis B: Environmental (https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122485)
전기화학적 암모니아/요소 생산
(Electrochemical Ammonia/Urea Production)
친환경 및 상용화를 위하여 전기화학적 암모니아/요소 생산을 위한 촉매와 시스템 연구를 진행합니다.
차세대 수소 캐리어인 청정 암모니아 합성을 위한 전기화학적 N2 환원 반응 및 촉매 연구
저가 금속 및 세라믹계 촉매 개발
상용화를 위한 대면적 셀 시스템 개발
전기화학적 암모니아/요소 합성 메커니즘 규명
연구실에서 출간한 관련 논문
Applied Catalysis B: Environmental (https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122485)
ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.3c07947)
Electrochemical Energy Reviews (https://doi.org/10.1007/s41918-023-00186-6)
Nano Convergence (https://doi.org/10.1186/s40580-019-0182-5)
SusMat (https://doi.org/10.1002/sus2.226)
Advanced Composites and Hybrid Materials (https://doi.org/10.1007/s42114-024-00960-0)
청정수소 생산을 위한 암모니아 산화 반응 연구
(Ammonia Oxidation Reaction for Production of Green Hydrogen)
무탄소 및 향상된 수소 생산을 위한 전기화학적 암모니아 분해를 위한 촉매 반응 및 시스템 연구를 수행합니다.
반응 선택성 및 촉매 성능 향상을 위한 촉매 개발
촉매 안정성 및 내구성 개선 연구
수소 생산까지 이르는 암모니아 전해 시스템 연구
연구실에서 출간한 관련 논문
Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142314)
Materials Chemistry Frontiers (https://doi.org/10.1039/D3QM00291H )
청정수소 생산을 위한 요소 산화 반응 연구
(Urea Oxidation Reaction for Production of Green Hydrogen)
무탄소 및 향상된 수소 생산을 위한 전기화학적 요소 분해를 위한 촉매 반응 및 시스템 연구를 수행합니다.
반응 선택성 및 촉매 성능 향상을 위한 촉매 개발
촉매 안정성 및 내구성 개선 연구
수소 생산까지 이르는 요소 전해 시스템 연구
연구실에서 출간한 관련 논문
Environmental Science: Nano (https://doi.org/10.1039/D1EN00529D)
고효율 광전기촉매 설계 및 구동 메커니즘과 응용 연구
(High-efficiency photoelectrocatalyst design and driving mechanism and application research)
자연 광합성에서 영감을 얻은 인공 광합성은 환경 문제와 연료 문제를 모두 해결하는 솔루션으로 간주됩니다. 이에 기존 전기촉매의 성능을 향상시키기 위한 고효율 광전기촉매를 설계하고 구동 메커니즘과 응용을 연구합니다.
광전기화학 반응 메커니즘 연구
광전기화학 N2 환원 반응 연구
Upconversion 나노파티클 기반 광전기화학 반응 연구
연구실에서 출간한 관련 논문
Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135503)
Ceramics International (https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.09.261)
Journal of Catalysis (https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.06.012)
Materials ( https://doi.org/10.3390/ma13010210)
Materials (https://doi.org/10.3390/ma13010012)
ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c05653)
전산 모델링과 계산을 통한 최적의 촉매 설계
(Multiscale Modeling and Calculation)
대상 반응에 대한 대략적인 전기촉매를 실험에 앞서 설계하기 위해 전산 모델링과 계산을 활용합니다. 실험 전 미리 시행된 모델링과 계산에 의한 데이터를 바탕으로 우수한 촉매를 디자인함으로써 더 빠르고 효과적인 촉매 합성이 가능합니다. 또한 실제 실험 결과로부터 반응 메커니즘을 밝혀내어 촉매의 뛰어난 성능에 대한 이유를 뒷받침할 수 있습니다.
휴리스틱스 (Heuristics)
머신러닝 (Machine Learning)
밀도 함수 이론 (DFT) 계산
연구실에서 출간한 관련 논문
Materials Transactions (https://doi.org/10.2320/matertrans.MT-MB2022011)
차세대 수계 전지 개발
(Development of Next-generation Aqueous Batteries)
친환경적이며 더욱 안정적으로 구동이 가능한 전이금속 기반 차세대 이차 전지를 개발하며 고효율 전극을 개발하고자 합니다.
이차 전지 구동을 위한 고효율 전극 및 촉매 개발
촉매의 선택성 향상을 통한 장수명 수계 이차 전지 시스템 개발
음극의 안정화를 위한 Passivation Layer 소재 개발
연구실에서 출간한 관련 논문
다공성 물질을 활용한 전고체 배터리 소재 연구 및 개발
(Research and Development of Solid-State Battery Utilizing Porous Materials)
에너지밀도를 높이고 안정성을 향상시켜 배터리의 성능을 증대시키는
연구를 수행합니다.
표면적을 넓혀 이온전도성을 높이는 소재 개발
전극과 전해질 간의 계면 접촉을 개선연구
배터리의 수명을 연장하고 안전성을 향상시키는 연구
연구실에서 출간한 관련 논문
수분 및 열에 매우 안정한 양자점 소재 개발
(Development of Ultrastable Quantum Dots toward Moisture and Heat)
수분과 열에 매우 안정하며 우수한 물리화학적 특성을 갖는 양자점을 개발하여 다양한 분야에 적용하는 연구를 수행합니다.
배터리 전해질 첨가제 활용
전기화학적 이산화탄소 환원 효율 향상 소재로 활용
색 재현성을 극대화 시키는 디스플레이용 소재로 활용
금속-공기 전지의 고체전해질로 활용
수분 및 열을 검출하는 센서로 활용
참고문헌
Advanced Materials (https://doi.org/10.1002/adma.202001868)
Journal of Physical Chemistry C (https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c11580)
나노 다공성 물질을 이용한 양자점 합성 및 응용연구
(Synthesis of quantum Dots using Nano Porous Materials and Application Research)
참고문헌
The Journal of Physical Chemistry C (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.6b04369)
The Journal of Physical Chemistry C (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.9b08812)
Materials Today Chemistry (https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2021.100715)
양성자 전도성인 고체 전해질 개발
(Development of Proton Conducting Solid-state Electrolytes)
소자 구동의 환경 인자에 무관한 양성자 전도성 물질을 고체 전해질로 사용하여 다양한 전기화학 및 열화학 공정의 효율을 향상시키고자 합니다.
양성자 전도성 물질의 합성 및 전도막 제작
암모니아 합성 및 CO2 수소화에 적절한 촉매 합성 및 양성자 세라믹 장치의 다른 구성 요소와의 호환성 개선 연구
N2 및 CO2 환원 반응, 연료 전지 등을 위한 양성자 세라믹 전기화학 반응기 개발
연구실에서 출간한 관련 논문
A
고성능 나노갭 임피던스 센서 연구
(Research of high performance nanogap impedimetric sensor)
전기적 센서 구동시 나타나는 신호 손실의 최소화로 시료 내 발생하는 미묘한 변화 및 시료의 고유한 특징을 고감도로 검출 및 식별하는 연구를 진행합니다.
시뮬레이션을 통한 2차원 및 3차원 나노갭 구조의 고성능 센서 설계 및 제작
검체 내 존재하는 병원체 및 외부 자극에 의한 이온 변화 검출
전기적 임피던스 기반 병원체 분류 인자 연구
연구실에서 출간한 관련 논문
Biosensors and Bioelectronics (https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.113042)
Biosensors and Bioelectronics (https://doi.org/10.1016/j.bios.2018.07.050)
Our laboratory focuses mainly on the development of nanomaterials for energy production, conversion, and storage, as well as of renewable energy produced by photo- or electrochemical reactions to create a future sustainable energy system. In order to understand the exact underlying mechanisms of these reactions and to enhance conversion efficiency, we perform in-depth analysis at the surface of the electrode or catalyst and at the interface between electrode and electrolyte.
Electrochemical Energy Conversion
Our research group has studied nanostructured electrocatalysts for efficient energy conversion to generate high-valued chemicals and reduce environmental pollutants. To develop the appropriate electrocatalysts for specific energy conversion reactions, we have focused on the catalytic properties utilizing electrochemical tests and multiscale modeling and calculation. Based on these data, we have synthesized electrocatalysts with enhanced efficiency.
Water Electrolysis for Green Hydrogen Production
N2 Reduction Reaction (NRR)
CO2 Reduction Reaction (CO2RR)
Volatile Organic Compounds (VOCs) Oxidation Reaction
(ex., Urea, Ammonia)Fuel Cell
Electrochemical Energy Storage
We have developed new electrodes for increasing energy storage efficiency including power density, energy density, and cycle life. To come up with a novel and proper electrode, our approach is to study the storage properties through various morphological and physicochemical analyses and multiscale modeling and calculation. Based on these insights, we have designed new electrodes to build a high-performance energy storage system for the future.
Supercapacitor
Hybrid Supercapacitor
Artificial Photosynthesis (Photoelectrocatalysis)
Artificial photosynthesis, which is inspired by natural photosynthesis, has been considered as the solution to solve both environmental and fuel problems. We have been investigated the fundamental mechanism and the various application of photo-electrocatalysts to enhance the performance of conventional electrocatalysts.
Photoelectrochemical Reaction
Photoelectrochemical N2 Reduction Reaction
Upconverting Nanoparticle
Multiscale Modeling and Calculation
Our research group has utilized computational modeling and calculation to design the approximate electrocatalysts for target reactions. Based on these data, we could synthesize the specific materials, which are assumed to have superior catalytic properties. Contrariwise, these computational calculations could uncover the forbidden reaction mechanism between the electrocatalyst and the target reaction, and support the reason why the electrocatalyst has an outstanding performance of the reaction.
Heuristics
Machine Learning
Density Functional Theory (DFT) Calculation
Development of Proton Conducting Solid-state Electrolytes
Proton-conducting materials are a class of solid-state ion-conducting materials that demonstrate significant proton conductivity at moderate temperatures (e.g., 100–600 °C). By enabling proton-mediated electrochemistry under both dry and humid environments, proton-conducting materials provide unique opportunities for enhancing or synergizing a variety of complementary electrochemical and thermochemical processes. Because of this potential, our research group has been devoted to developing new proton-conducting materials with application-oriented insights.
Synthesis of proton conducting materials
Fabrication of proton conducting membrane
Synthesis of appropriate catalysts with specific activities (e.g., ammonia synthesis, and CO2 hydrogenation) and compatibility with other components of protonic ceramic devices
Development for protonic ceramic electrochemical reactors for N2 Reduction Reaction (NRR), CO2 Reduction Reaction (CO2RR), Fuel Cell, etc.
Development of Next-generation Aqueous Batteries
The aqueous secondary batteries have gained attention as promising energy storage devices due to their safety and cost-effectiveness. With the development of efficient catalysts for the cathode, various configurations of secondary battery systems, such as Metal-Air, Metal-N2, and Metal-I2, can be designed. Because of this potential, our research group has been devoted to developing next-generation aqueous batteries.
Fabrication of highly efficient Redox catalyst for aqueous secondary batteries
Development of high selectivity catalyst for long-term stable battery cycling
Development of passivation layer for highly stable anode
Optimal Catalyst Design via DFT Calculation
By utilizing DFT, we can model and predict the electronic structure and properties of various catalytic materials at the atomic level. This allows us to systematically explore the potential energy surfaces and reaction pathways, identifying optimal catalyst compositions and structures that minimize energy barriers and maximize reaction rates. Our research group has been devoted to discovering and optimize new catalysts but also provides deep insights into the fundamental mechanisms governing catalytic activity
Outlook of various electrochemical catalyst performances
Prediction of electrocatalytic selectivity performances
Definement of catalytic mechanisms of state-of-art catalysts
Research and Development of Solid-State Battery Utilizing Porous Materials
Incorporating porous materials enhances ionic conductivity and increases the surface area for electrochemical reactions, resulting in improved battery performance and safety. Our approach involves synthesizing and characterizing novel porous frameworks that can serve as solid electrolytes or electrode materials, ensuring stability and compatibility within the battery architecture. Our research and development on solid-state batteries utilizing porous materials aim to revolutionize energy storage technology by addressing the limitations
Synthesis of highly porous and high ionic conductivity materials
Enhancement of electrode-electrolyte interfaces
Prolonging the cycle life of batteries and enhancement of stability
Ammonia Oxidation Reaction for Production of Green Hydrogen
By optimizing the AOR process, we aim to create a viable pathway for hydrogen production that leverages ammonia as a hydrogen carrier, due to its high hydrogen content and ease of storage and transport. Our research involves designing and testing advanced catalysts that can facilitate the oxidation of ammonia at lower temperatures and higher conversion rates, while minimizing the production of harmful byproducts such as nitrogen oxides. Through a combination of experimental investigations and computational modeling, we gain insights into the reaction mechanisms and kinetics, enabling us to fine-tune the catalytic materials and reaction conditions..
Development of enhanced reaction selectivity and high-performance catalysts
Stability and durability improvement for efficient catalysis
Development of an electrolyzer system for ammonia cycle