반도체 물질을 기반으로 1) 새로운 양자점을 합성하여 개발하고, 분광학적 분석을 통해 양자점으로 부터 2) 새로운 특성을 발견하는 연구를 수행합니다. 양자점에서는 단순히 물질의 크기를 나노 크기로 줄임으로써 기존의 벌크 물질에서는 발견되지 않는 양자 현상이 발생합니다. 이는 물질 내부로 전자의 파동 함수가 속박됨으로 나타나는 양자 제한 효과로서, 물질의 크기에 따라 띠간격이 달라지는 특성을 가지고 있습니다. 이러한 새로운 현상의 발견은 나노과학 및 나노기술의 초석이 되었으며, 현재까지 새로운 특성의 지속적인 발견과 더불어 여러 응용 분야에 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
유창호 교수 연구실에서는 무기화학적, 유기금속화학적 접근을 통해 촉매 분야의 도전적인 과제들을 해결하기위한 연구를 수행하고 있습니다. 화학 산업에서 지속가능성을 확보하는 것은 전지구적인 기후, 환경, 에너지, 문제의 해결을 위해 시급한 과제입니다. 우리 연구실은 촉매 특성과 반응 메커니즘에 대한 이해를 바탕으로, 새로운 촉매와 반응을 디자인하고, 이를 활용하여 이산화탄소 전환, 바이오매스 고부가화, 귀금속 촉매 대체 등 화학 산업의 탄소 중립과 지속가능성 확보에 기여할 수 있는 연구를 수행하고 있습니다.
구조적 및 위상적 특성을 기반으로 무기-유기 하이브리드 재료를 이해하는 데 관심이 있으며 수소 및 메탄 저장, CO2 포집, 촉매 작용 및 전달에 적용하기위한 설계를 통한 기능성 다공성 재료 개발에 참여하고 있습니다.
우리는 탄소 및 관련 재료들을 합성하고, 그 물질의 화학적, 물리적 특성들에 대하여 탐구하고 있습니다. 특히, 동역학 및 열역학적 접근 방법을 토대로 합성의 반응 경로에 대한 이해를 목표로 하고 있습니다. 최근 컴퓨터 계산을 이용하여 새로운 화학에 대한 유망한 방향을 탐색하고 탐구하는 것에 대해 관심이 깊어지고 있습니다. 일반적으로는 재료화학, 유기화학, 무기화학, 전기화학과 물리화학 모든 방면으로 연구를 진행하고 있습니다. 특별히 자체 제작한 장비를 사용하여 우리가 고안한 실험적 합성 방법을 구현합니다. 우리의 장비를 이용하여 만들어진 합성체의 예로, 일정한 패턴을 가지고 있는 다공성 탄소, 이차원 공유결합성 유기 골격 구조체 및 금속-유기 골격 구조체, 그래핀 및 육방질화붕소와 다양한 작용기를 사용하여 기능화 시킨 그래핀과 육방질화붕소, 초박막 다이아몬드, 특이한 화학 조성을 갖는 고분자들, 다이아몬드형의 구조체 등을 연구합니다. 또한, 우리는 흑연 및 다이아몬드와 같은 기존의 재료에 대한 새로운 합성 접근 방법을 발견하려고 합니다. 특히 이들을 새로운 방식으로 성장시키거나 이전에 보고되지 않은 흑연 및 다이아몬드의 대형 단결정 형성에 집중하고 있습니다.
오현철 교수 연구실에서는 다공성 물질에서의 극저온 물리흡착현상을 연구하고 있습니다. 이를 기반으로 하는 에너지 캐리어 저장(수소, 메탄 등), 온실가스 포집(CO2), 양자 효과가 적용된 동위원소(H2/D2/T2, O16/O18, He3/He4 등) 분리, 극저온 수소 자연 기화(boil-off) 저감 기술 등의 연구를 수행 합니다. 특히 효율적인 수소저장기술은 향후 탄소중립달성을 위한 수소경제의 핵심 기술이 될 수 있으나 해결해야 하는 기술적 난제도 많이 남아 있어 이를 해결하고자 하는 것이 주요 연구 방향입니다. 또한, 다공성 물질을 이용한 동위원소 분리 기술은 기존 고가의 극저온증류법을 대체할만한 신기술로 각광받고는 있으며, 관련 분야를 세계적으로 선도하고 있습니다. 특히 반도체 및 디스플레이 분야에서 중수소의 수요가 급격히 늘고 있고, 원전 해체 및 방사성 오염수의 삼중수소 처리 문제, 핵융합 원료(D2&T2)의 효율적 분리 기술에 대한 요구가 산업 분야별로 증가하고 있는 상황에서 이러한 동위원소 분리 신기술은 향후 많은 관심을 받을 것입니다.
글로벌 지속가능성은 21세기 인류에게 닥친 도전적인 과제입니다. 이러한 세계적 이슈에 기여하기 위해 지속가능미래 연구실에서는 합성 화학자로서 에너지 응용을 위한 새로운 무기-유기 혼합 물질을 개발합니다. 그 중에서 금속-유기 골격체와 금속-유기 다면체와 같은 새로운 다공성 물질을 설계하고 합성하는데, 이는 금속과 유기 리간드의 배위 결합으로 구성되어 있으며, 설계를 통해 기공의 크기 조절이 가능한 신 물질입니다. 이러한 다공성 물질은 새로운 종류의 하이브리드 재료로 부상하고 있으며, CO₂ 저장 및 활용, 센서, 촉매 작용에 이르기까지 다양한 응용 분야에 응용 가능성을 보이며 활발한 연구가 진행되고 있습니다. 본 연구실에서는 이러한 다공성 물질들을 이용하여 현재 우리 인류가 당면한 중요한 이슈인 환경, 에너지 등의 우리 인류가 해결해야 하는 시급한 문제를 해결할 수 있는 단초를 제공하는 기초 및 응용연구를 진행하고 있습니다.
우리의 연구 프로그램은 생체 모방을 통해 생물학적 시스템을 이해하고 새로운 분자 재료를 설계하기 위해 전이 금속 모델 복합체를 사용하여 작은 분자를 활성화하는 실험에 중점을 둡니다. 이 연구는 화학적 합성, UV-vis, ESI-MS, rRaman, EPR, NMR 및 X선 결정학을 통한 분석, 그리고 반응성과 같은 일련의 실험이 필요합니다. 그것은 화학을 중심으로 생물학, 의학, 환경 과학 등을 포함하는 융합학문 분야입니다. 우리 연구의 현재 목표는 두 가지 범주로 나뉩니다. 1) 항종양 활성(예: 항암제) 또는 혈관 확장(예: 일산화질소 전달)을 위한 신약 개발; 2) 지속 가능한 환경을 위한 친환경 촉매 합성(예: 이산화탄소 고정) 및 에너지 전환(예: 탄소-수소 결합 활성화).
The Rohde Group synthesizes and investigates reactive transition metal complexes to develop new methods for the activation of small molecules and catalytic functionalization of organic compounds. Specific synthetic targets include i) organometallic complexes that mediate small-molecule activation chemistry, ii) complexes of late transition metals in high oxidation states, and iii) complexes of redox-active ligands.
Activation of Small Molecules by Metal–Alkene Complexes
Molecular oxygen is a much desired oxidant for the functionalization of organic compounds, as it is readily available and inexpensive. The development of selective methods, however, remains a challenging task. In this context, organometallic O2 reactivity is an area of growing interest, because it offers insights into possible oxygenation mechanisms and provides a basis for the design and development of new catalytic methods. We have been investigating the activation of O2 and other small molecules by low-valent Ir alkene complexes. This work has led to the identification of (alkene)peroxo intermediates, where both the oxidant and the substrate are bound to the metal center. Such species are intriguing, because they have been proposed as key intermediates in stoichiometric and catalytic alkene oxygenation.
