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
차세대 수소 캐리어인 청정 암모니아 합성을 위한 전기화학적 N2 환원 반응 및 촉매 연구
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
Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137789)
Advanced Materials Technologies (https://doi.org/10.1002/admt.202200572)
ASC Catalysis (https://doi.org/10.1021/acscatal.2c01618)
ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c05653)
Materials Letters (https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.131808)
Advanced Materials Technologies
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)
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)
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 (10.2320/matertrans.MT-MB2022011)
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)
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)
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.