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.
우리 실험실은 매우 조직적인 팀, 재료, 그리고 유기, 무기, 고분자를 포함한 여러 형태의 물질들을 디자인하고 합성하는데 적합한 최신시설을 갖추고 있으며 이를 통해 에너지저장 및 활용, 촉매 작용 및 고성능 합성물질의 실현을 연구 목표로 삼고 있습니다. 동시에, 우리 실험실은 구성원들의 교육과 훈련을 적극적으로 증진시키며, 발명과 혁신의 영향을 극대화 시키기 위한 지식 전달을 용이하게 하고, 합성물질화학 분야에서 유니스트의 위상을 높이려 합니다.
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.
유기 분자는 재료에서 신약개발까지 많은 분야에서 핵심적인 역할을 하고있습니다. 우리 연구실은 신약개발을 위한 생리활성 물질과 생물학 연구를 위한 화학 도구의 설계 및 합성을 가능하게 하는 새로운 합성 방법의 개발 및 다양한 질환 치료제 개발에 중점을 두고 있습니다. 유기 합성은 독특하고 다양한 구조를 가지는 화합물에 대한 접근을 가능케 함으로써, 우리 전략의 기초가 되고있습니다.
헤테로고리(heterocyclic) 화합물은 많은 생리활성을 가지는 천연물, 약물, 분자 탐침에서 중요하게 사용되고 있습니다. 이러한 화합물들에 대한 친환경적인 합성법 개발을 위해 가시광선 및 전기에너지와 같은 대체에너지를 이용한 새로운 합성법을 개발하고 있습니다. 또한, 병렬 합성, 컴퓨터 모델링, x-ray 결정학, NMR과 같은 최신 기기를 광범위하게 사용하여 잠재적인 선도물질을 신속하게 식별하고 이들 화합물의 합성을 통해 최적화함으로써 자가면역질환, 항생제, 항바이러스제, 항암제 등의 신약개발에 적극적으로 참여하고 있습니다.
Grzybowski 그룹은 인공 지능과 네트워크 이론을 합성 화학에 응용하는 연구를 개척하고 있습니다. 천연물을 포함한 복잡한 분자의 컴퓨터화된 역합성을 위한 Chematica/Synthia 플랫폼 구축(Nature 2020) 및 새로운 합성 방법론과 새로운 기능 분자를 발견하기위한 Allchemy 소프트웨어 개발(Science 2020, Nature 2022) 등의 성과를 이루어냈습니다.
현재 Grzybowski 그룹은 새로운 촉매 및 합성법에 대한 컴퓨터 기반 개발 및 화학 AI 를 활용한 실험 제어 및 최적화 시스템 개발에 초점을 맞추고 있습니다. 단일 용기에서 다단계 합성을 수행하는 것과 같은 “스마트” 시스템 개발에도 매우 적극적입니다. (Nature 2020b, Nature 2022c).
분자화학과 나노기술을 아우르는 연구로 선택적 촉매 개발(JACS 2021) 및 선택적인 암 세포 치료제 개발(Nature Nanotech 2020) 등이 이루어지고 있습니다. Grzybowski 그룹은 화학자, 물리학자, 생물학자가 함께 연구하며 패러다임 교체 및 사회적 요구에 대한 과학자들의 임무 완수를 목표로 정진하고 있습니다. 과학에 열정이 있고 화학을 진정한 첨단기술로 Grzybowski 그룹에 참여하세요.
김봉수 교수 연구실에서는 광전자 소자용 공액(pi-conjugated) 고분자 및 저분자 유기반도체 소재를 설계하고 합성하며 고순도화 및 고분자 분자량 최적화 연구를 진행하고 있다. 유기반도체 소재는 유기태양전지, 유무기 하이브리드 태양전지, 유기트랜지스터, 유기광다이오드, 유기열전소자, 유기광발광소자, 양자점발광소자 등의 구동을 위한 필수적인 구성 성분이다. 새로운 공액 화학구조를 개발하고 작용기의 도입 및 적절한 용해도를 확보하며, 박막 상태에서의 유기반도체 화합물의 에너지준위, 밴드갭, 전하이동도, 결정성, 모폴로지 등의 특성 제어하고 있다. 더불어, 다양한 광학적, 전기적 특성을 연구하여 각 소재의 해당 전자소자의 성능을 높이고 수명을 향상시키는 연구를 진행해 나가고 있다.
우리 연구실의 주요 연구 주제는 유기화합물을 간결하게 합성하기 위한 전이금속 촉매반응 경로를 개발하는 것입니다. 탄소-탄소 및 탄소-헤테로 원자 결합을 효율적이고 선택적으로 구성하는 방법을 통해서, 기능화된 정밀화합물의 반응 메커니즘과 응용성을 연구합니다.
박영석 교수 연구실에서는 광범위한 다환 방향족 탄화수소를 일반적이고 간편하면서도 선택적인 합성 전략을 통해 개발하는데 관심이 있습니다. 이러한 일반적인 합성 방법론을 통해, 현재까지 알려지지 않은 저차원 및 다차원 유기 물질을 만드는 것을 목표로 하고 있습니다. 이러한 유기 물질들은 유기 전자 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
초분자의약화학 연구실에서는 유기합성을 통해 자극에 반응하는 유기분자, 고분자, 펩타이드를 이용한 새로운 질병 치료법을 개발하는 연구를 하고 있다. 우리 연구실은 일반적인 약물과는 다른 방법인, 세포 안에서의 초분자 자기조립 혹은 고분자 반응을 유도하여 항암 및 항노화를 가능하게 하는 연구를 하고 있다. 이와 더불어 우리 연구실은 잘 조립된 나노구조와 생체-나노물질를 개발하여 세포 역활을 통제하거나, 뛰어난 유-무기 하이브리드 물질을 이용한 나노약물 개발을 통해 암세포, 질병세포, 노화세포 표적 치료법을 연구하고 있다.
