• Diketopyrrolopyrroles (DPP) 화학구조를 가지는 DPP유도체 화합물들은 높은 내열성, 내용제성, 내후성 및 선명한 색상에 기인하여 플라스틱, 잉크, 도료 분야 등에 널리 사용될 뿐만 아니라, 최근에는 light-emitting diodes(LED), liquid crystal display(LCD) 칼라필터용 적색화소, 근적외선 흡수염료 등의 고기능성 칼라 소재로 사용되는 대표적인 고기능성 안료이다. 최근 본 연구실에서는 DPP화합물의 합성법과 유도체를 통한 물성 개선 등에 관한 연구를 수행하고 있다.
  
• Antisense drugs로 개발되고 있는 oligonucleotide drugs의 대부분은 solid support에 phosphoramidite 구조의 nucleoside monomer를 oligo synthesizer를 사용하여 원하는 서열로 stepwise coupling하는 solid phase synthesis 방식으로 이루어진다. 수십 번의 stepwise coupling 반응 과정을 거쳐 중간 정제없이 합성되어지는 만큼 수많은 불순물을 함유하게 된어 최종단계에서 Prep LC를 통한 정제과정에서 대부분의 수율 저하가 발생한다. 이러한 단점을 최소화 하기 위해 본 연구실에서는 Block coupling reaction을 이용한 올리고 합성에 대한 연구가 진행되고 있다.
  
• 기능성 형광염료를 개발하기 위해 stilbene계, coumarin 계열 화합물의 합성을 통하여 다양한 형광염료, 특히 형광증백제 개발 및 물성 개선에 대한 연구도 병행되고 있다.

• 연구 소개
  • 1.보조효소 F430 의 모델합성 및 촉매연구
      - 보조효소 F430의 모델합성 및 MethylCoM Reductase계의 Methane 생성 메카니즘 연구
  • 2.금속착물의 DNA 결합 신기능성 항암제 개발
      - 항암제 BLM/TLM 금속착물의 금속이온을 매개로한 DNA균열을 이해를 위한 신기능성 Mtallo-BLM /TLM 모델착물을 합성연구
  • 3.단백질의 분리·정제 및 NMR을 이용한 구조 연구
  • 4.생체고분자 금속이온의 착물형성 및 독성 연구
  • 5.친수성 담체재료의 기능성 구조 및 구성 연구
  • 6.다차원 펄스-NMR 데이타 프로세서, 생체고분자 구조결정 팩키지 개발br>  - 다핵-다차원 펄스 NMR data를 원격처리 할 수 있는 HyNMR, 생체고분자 액상구조 결정을 위한 모델링팩키지 개발
• 연구 관련 사진
  

• 지지체 합성 및 재사용 가능한 촉매 개발

  
  - 온도감응성 고분자인 Poly-NIPAM 및 silica gel을 지지체로 하여 물속에서 반응성이 우수하며 재사용이 가능한 heterogeneous catalyst를 개발한다.

• 유기금속을 이용한 다양한 유기반응 연구

  
  - 본 연구실에서 개발한 촉매를 이용하여 다양한 coupling 반응에 응용한다. 주로 사용하는 전이금속으로는 Pd, Cu, Au이며, Suzuki coupling, A-3 coupling 그리고 C-H activation 등 다양한 유기금속을 이용한 유기반응 연구를 진행한다.

• 의약원료, 소재 합성 및 경제적인 합성법 개발

  
  - 방광염 치료제, 고지혈증 치료제 등 여러 가지 의약품의 중간체를 합성하고, 보다 경제적인 합성법을 개발한다. 또한 의약품뿐만 아니라 다양한 유기소재의 합성 및 경제적 합성법도 함께 개발한다.

• 분자고체 연구실에서는 새로운 금속-유기 골격체 (MOF)를 합성하고, 삼차원 결정구조를 규명하며, 기체 흡착 성질 및 주인-손님 화학적 거동을 연구하고 있다.
  MOF는 잘 알려진 다공성 결정물질 제올라이트와 비교할 때 합성이 용이하고, 높은 결정성을 가지며, 크기와 화학적 성질이 다양해 재료과학 전 분야에서 가장 집중적으로 연구되고 있는 물질 중 하나이다.
  
  무기화학 및 유기화학 지식을 적절히 활용하면 금속이온과 유기분자가 규칙적으로 무한히 연결되어 나노미터 크기의 기공을 갖도록 유도할 수 있는데, 이러한 골격구조를 위상기하학적으로 분석하고, 기체 저장 물질 등으로서의 응용가능성을 평가하는 것이 주된 연구내용이다.
  특히 본 연구실에서는 기존에 보고된 적 없는 새로운 골격구조의 MOF를 설계 및 합성하는 것을 가장 중요한 목표로 삼기 때문에 구성원들의 창의적이고 논리적인 사고방식을 중요시한다.
  학부생들의 연구 참여를 언제나 환영하며, 석박사과정생들은 다양한 전이금속 화합물의 단결정을 합성하고 엑스선 결정구조 분석, 분광법, 열분석, 기체흡착, 엑스선 회절 등을 이용해 고체 재료의 특성을 규명하여 학계 최고 권위의 학술지에 연구논문을 발표할 수 있는 기회를 갖게 된다.

• 화학응용소자 연구실은 물리화학적인 기초지식을 바탕으로 기능성 나노소재를 구현하고 이를 다양한 응용소자에 적용시키는 연구를 수행한다. 관심을 두고 있는 소자로는 1) 색변환 또는 전기화학 화학센서, 2) 환경 및 바이오 분석용 종이 랩온어칩, 3) 전기화학 촉매전극을 이용한 이산화탄소 화학전환, 4) 미세기공 금속-유기물 골격체(MOF) 이용한 기체 분리 소자 등이 있다 (그림 참조). 이러한 응용소자들의 성능을 좌우하는 핵심 요소는 고기능성을 가지는 나노소재를 합성하고, 이를 최적의 형태로 통합시키는 작업을 효율적으로 수행하는 것이다. 본 연구실에서는 이러한 목표를 달성하기 위하여 전기방사, 기상 고분자합성, 전기화학 공정을 이용하여 다양한 소재들(MOF, 전도성고분자, 산화물반도체 등)이 특이 나노구조를 가지도록 유도하고, 동시에 이들을 소자의 다른 부위에 효과적으로 융합시키는 기술을 개발하는 연구들을 수행한다.
  

• 첫 번째 연구 주제는 점차 강화되어 가고 있는 배출허용 규제기준을 만족시키는 처리기술을 확보하는 연구로, 유해물질을 흡착 처리하는 공정기술로 구성되어 있다. 이 연구에서는 흡착제를 이용한 수질유해물질 처리기술을 확보하여, ㎍/L 단위의 청정지역기준을 만족하는 기술 확보를 목표로 하고 있다.
  
• 두 번째 연구 주제는 물부족 문제를 해결하기 위한 대체수자원 확보와 관련된 연구로, 산업폐수를 재이용하는 고도처리기술로 구성되어 있다. 특정 미생물 고정화 담체를 이용한 생물학적 처리기술과 나노재료로 각광받고 있는 광촉매를 이용하여, 첨단 전자산업인 LCD와 반도체 산업에 사용되는 초순수를 생산할 수 있는 공업용수 확보를 목표로 하고 있다.
  
• 세 번째 연구 주제는 화학물질에서 유발되는 생태독성과 관련된 연구로, 조류 성장, 광합성 형광 및 지연형광 측정기술로 구성되어 있다. 유해물질의 생물학적 및 환경적 유해성을 측정하는 신기술을 개발하여, 조류를 이용한 자동연속 감시장치 확보를 목표로 하고 있다.
  

• 연구내용

  연성소재연구실에서는 다양한 성능과 구조를 지니는 콜로이드 및 계면화학 소재들을 분자수준에서 마이크로미터 수준까지 합성하는 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 분자-분자 간 또는 입자-입자 간 상호작용에 대한 물리화학적 이해를 바탕으로, 양친성 자기회합체 합성, 신종 베지클 합성, 비등방성 콜로이드 합성, 미세유체 거동 제어, 등에 대한 깊이 있는 연구를 전개하고 있습니다. 이러한 기반연구 결과는 전자스킨용 콜로이드 센서개발, 지능형 피부과학유체개발, EOR용 에멀젼 유체개발, 등과 같은 산업화 연구개발로 이어지고 있습니다.

• 연구실적

  연성소재연구실에서는 현재까지 화학 및 화공재료 분야에서 SCI(E) 저널 167편, 국내외 전문학술지 10편, 저서 2권 등을 출판할 정도로 심도있는 기초연구개발실적을 보유하고 있습니다. 또한, 30건 이상의 국내외 특허등록실적을 보유하고 있고, 그 중에 3억원 이상의 기술이전실적을 보유하고 있을 만큼, 산업적인 응용성이 큰 연구를 수행하고 있습니다.

• 글로벌연구

  연성소재연구실은 세계 유수의 기관과 공동연구네트워크를 구축하고 있습니다. 현재, 하버드대 물리학과, 예일대 화학공학과, 조지아텍 물리학과, 펜실베니아대 화학공학과, UCLA 바이오공학과, 홍콩대 기계공학과, 등과 지능형유체, 생체모사체, 다층박막개발, 약물담지체 등에 대한 글로벌 공동연구를 수행하고 있습니다.

• 연구비수주

  연성소재연구실은 한국연구재단, 보건복지부, 지경부에서 피부과학유체개발, 고분자계면활성제 개발, 광산란 나노입자 개발에 대한 연구를 지원받고 있습니다. 삼성미래육성재단에서는 전자스킨개발에 대한 연구비를 지원받고 있고, 아모레퍼시픽, SK 바이오랜드, 신세계 인터내셔널, 코스맥스, 코웨이, 엔프라니 등에서 화장품기술개발에 대한 연구를 지원받고 있습니다. 특히, 프랑스 L’Oreal의 연구비지원으로 신개념 피부소재개발을 활발하게 전개하고 있습니다.

• 연구인력

  박사과정 4명, 석박통합과정 8명, 석사과정 6명, 학부과정 4명으로 구성된 연구실을 운영하고 있습니다. 현재까지 총 12명의 졸업생을 배출하여 해외유학을 통한 학업연장 및 기업연구소에서 활발한 연구개발을 전개하고 있습니다.
  

  [연성소재연구실 연구내용]

• 나노에너지재료 연구실은 고체무기소재와 나노구조의 탄소 합성을 위한 새로운 합성방법론 개발과 에너지 전환 및 저장 시스템을 위한 전극 소재 개발을 기치로 연구 활동을 수행하고 있다. 기존 소재의 한계를 극복할 수 있는 신개념의 무기소재를 디자인하고, 이를 리튬이온 2차전지, 슈퍼커패시터, 태양전지, 연료전지, 물 전기분해 시스템의 전극소재로 적용하여 새로운 혁신 기술을 창출하는 것을 연구의 주목표로 한다.
  
  다수의 국제저명학술지 발표와 국내외 특허 출원을 통해 학문적 탐구 열의를 고취하고, 핵심 원천기술 확보에 매진하고 있으며, 현재 삼성전자미래기술육성센터, 한국연구재단, 중견 산업체로부터 연구 지원을 받아 10여명의 연구원들이 연구에 주력하고 있다. 연구실 졸업생들은 화학 및 전자소재 관련 대기업 (삼성, 현대, 두산, 금호 등), 다국적기업 (BASF 등), 중견기업 (동진세미켐, 동우화인켐 등)으로 진출하여 연구실에서 꿈꿔온 이상을 실현하기 위해 부단히 정진하고 있다.

본 연구실에서는 생체 분자들과 상호작용을 할 수 있는 헤테로고리 화합물의 유기 합성 방법(synthetic methodologies) 개발하고 이를 기반으로 하는 화합물 라이브러리를 구축하여 의약학 및 화학생물학에 적용되는 화학적 탐침자(chemical probes) 개발 연구를 수행하고 있다.

• 표적 지향적 합성(Target-oriented synthesis) 연구

  - 산화적 C-H 활성화를 이용한 친전자성 첨가반응(Electrophilic addition) 또는 Mannich 반응 연구
  - Aza-bicyclic 화합물 라이브러리 구축과 aza-bicycle 중심 골격의 천연물 전합성
  

• 뇌질환 관련 치료제 및 분자 영상 조영제 개발

  - 세로토닌 수용체 항진체 또는 길항제 개발과 뇌질환에서의 약물의 유효성 검증
  - 퇴행성 뇌질환 관련 응집 단백질과 상호 작용하는 저분자 화합물 개발
  

• 생체 분자 검출을 위한 화학적 탐침자 개발

  - 바이오콘쥬게이션을 위한 생직교 반응(bioorthogonal reactions) 연구
  - 항생제 기반 다제 내성균 진단 형광 프로브 개발
  

• 에너지 저장 및 전환 신소재 연구실은 분자수준의 화학반응을 통하여 지구온난화 및 에너지 이슈 등에 기여할 수 있는 새로운 에너지 저장 및 전환 물질의 합성 개발 및 응용에 대한 연구에 중점을 두고 있다. 이를 위하여 다양한 화학적인 기본지식 (나노화학, 재료화학, 무기화학, 고체화학, 표면화학 등)을 이용하여 유-무기 나노복합체, 기능성 나노에너지복합체, 계층적인 다공성 나노구조체 등을 합성하고 차세대 리튬이온 전지 (Lithium-ion Battery)의 전극 물질, 연료전지의 비백금계 ORR (Oxygen Reduction Reaction) 촉매 물질, 고성능 슈퍼케페시터 (Supercapacitor) 및 리튬이온 케페시터 (Lithium-ion Capacitor), 지구온난화의 주범인 이산화탄소 저감 물질, 고성능 수소 및 메탄 저장 물질, 고감도 센서 등의 응용분야를 중점적으로 연구하고 있다.
  경쟁력 있는 연구주제를 바탕으로 국내 유수의 대학, 국책연구소 (KIST), 대기업 연구소 (LG 화학)와의 공동연구를 통하여 선도적인 연구를 진행하고 있으며, 이를 통하여 다수의 우수한 국제저널에 논문을 발표하고 있어 대학원생들의 학위 취득 후 관련 연구소 및 학계에 폭넓은 취업 기회를 만들어 나가고 있다.
  

• 저희 초분극 핵자기공명 연구실에서는 DNP (Dynamic Nuclear Polarization) 기술을 기반으로 자기공명신호의 증폭 현상을 이용해 (1) 대사산물 및 실리콘 나노입자 자기공명 조영제 개발 (2) 혈액 및 조직과 같은 생체시료 분석을 통한 다양한 질병의 바이오마커 분석 (3) 빠르게 일어나는 다양한 화학·생화학 반응들의 메커니즘/속도론 규명에 관한 연구들을 진행하고 있습니다.
  

컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 1) 유기전자소재 2) 에너지소재 3) 나노구조체 4) database 구축 및 machine learning을 통한 신소재 개발 연구를 수행함.

• “전산모사(Computer Simulation)”는 전자기학, 양자역학, 뉴튼역학, 유체역학 등 자연현상의 지배법칙을 수식화하여 컴퓨터로 재현하는 연구/개발(R&D)의 한 방법론임.
• 전산재료학(Computational Materials Science)는 전산모사를 통해 유기전자소재, 에너지소재, 나노소재, 바이오소재 등 다양한 분야에서 물질이 가지는 물리/화학적 물성을 전자/원자 수준에서 이해하고 구조와 물성사이의 상관관계를 해석함으로써 새로운 소재 개발을 위한 직관을 제공 하는 중요한 역할을 하고 있음.
• 최근에는 빠르게 변해가는 시장에 대응하고 연구/개발 기간 단축을 통한 새로운 시장 개척이라는 산업체의 화두에 부응하는 방법론으로 많은 주목을 받고 있음.
• 주요 연구 과제
  • 1. 삼성미래기술육성재단: “공용 결정화를 이용한 고분자 단결정소자 개발”
  • 2. 삼성미래기술육성재단: “순차적 기상 반응을 이용한 고용량/고속충전용 전극소재 개발”
  • 3. 미래소재디스커버리: “멀티레벨 전도도를 가지는 금속-반도체 변환 소재 개발”
  • 4. 연구재단신진연구: “다차원 분자/나노구조체의 체계적인 모델링 및 전자디바이스로의 응용”
  • 5. BK21플러스: 바이오나노융합사업단
  • 6. 삼성SDI (완료): “컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 colorant 물질 연구”
  • 7. 삼성SDI (완료): “컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 LIB 물질 연구”

전자 및 에너지 연성소재 연구실은 전자/에너지 소자로의 응용을 위한 고분자, 유-무기 복합소재, 나노카본 등의 소재를 연구하고 있습니다. 또한, 다양한 인쇄공정(printing process)을 활용해서 효율적인 전자/에너지 소자를 구현하는 연구를 수행하고 있습니다. 저희 연구실의 목표는 소재의 합성/공정 연구부터 다양한 용액공정(solution process) 및 인쇄공정 연구, 소자 구현 연구 등의 전 공정을 이해하고, 효율적으로 재미있는 연구를 수행하는 것입니다.