이종석 교수 연구팀, 에틸렌(C2H4) 고투과성 하이브리드 기체분리막 개발           왼쪽부터 성정호 연구원 (석박통합과정, 제 1저자), 남기진 연구원 (석박통합과정, 공동 제 1저자), 신주호 연구원 (박사과정, 공동저자), 이종석 교수 (교신저자)   이종석 교수팀의 성정호 학생 (석박통합과정, 제 1저자), 남기진 학생 (석박통합과정, 공동 제 1저자), 신주호 학생 (박사과정, 공동저자)은 이종의 결함 구조를 동시에 도입하여 가공성과 다공성이 향상된 신규 제올라이트 이미다졸레이트계 구조체 나노입자를 개발하고 이를 포함하는 하이브리드 분리막을 개발하였다.     연구팀은 제올라이트 이미다졸레이트계 구조체 내에 징크 이온과 이종의 알킬아민 (트리부틸아민, 트리에틸아민)의 배위결합으로 형성된 이종 결함 구조를 동시 도입하였으며 그 결과 단일 결함 구조가 도입된 구조체보다 높은 다공성을 가진 나노입자를 개발하였다. 개발된 신규 나노입자는 상용 고분자와의 높은 친밀성을 보여 고분자와의 혼합으로 제조되는 하이브리드 분리막 제조에 용이하다. 신규 개발된 이종의 결함구조 도입된 나노입자를 고농도(>40wt%)로 포함한 하이브리드 분리막은 에틸렌 투과도를 기존 고분자 분리막 대비 획기적으로 향상 (> 791%)시켜 우수한 에틸렌/에탄 기체 분리성능을 달성하였다.     본 연구 성과는 “이종 결함 구조 도입에 의한 분자체 구조 제어” 기술을 바탕으로 에틸렌/에탄 분리에 용이한 고투과성 하이브리드 기체분리막을 개발하였다. 신규 나노 분자체에 적용된 다종의 결함 구조 제어 방법은 다양한 나노 분자체 구조 개질에 새로운 관점을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 높은 에틸렌 투과 성능을 보인 하이브리드 분리막은 분리막의 기대 성능을 향상시켰으며 대면적화 및 실용화를 통해 탄소중립 사회로의 전환을 달성할 수 있을 것으로 기대된다.   본 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업, 선도연구센터사업 및 신진연구 한우물파기 기초연구 지원을 통해 재료 분야 국제 저명 학술지인 Small (IF: 13.0)에 10월 18일자로 온라인 게재되었다. (3) 연구실 홈페이지: http://gsslab.sogang.ac.kr/main.php (4) 논문 링크: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202401594 

이종석 교수 연구팀, 유가 금속 선택적 회수 공정 개발 이종석 교수 연구팀의 신정한 학생 (석박 통합 과정, 주저자), 그리고 이호준 학생 (석박 통합 과정, 공동저자)은 배터리 생산 공정에서 배출되는 폐수를 비롯해 다양한 전이 금속이 고농도의 불순물 염과 함께 포함되어 있는 폐수에서 전이 금속들을 선택적으로 회수할 수 있는반응 강화 분리막 캐스케이드 공정 (Reaction-Enhanced Membrane Cascades, REMCs)이라 명칭한 신규 다단계 분리막 공정을 개발하였다.   (왼쪽부터 신정한 (주저자), 이호준 (공동저자), 이종석 (교신저자)) 연구팀은 전이금속과 알칼리 금속, 알칼리 토금속 중 전이 금속을 선택적으로 흡착하는 고분자인 폴리에틸렌이민 (Polyethyleneimine, PEI) 을 이용한 고분자 한외여과 (polymer enhanced ultrafiltration)에 정용여과법 (diafiltration)을 적용하여 전이금속만을 선택적으로 추출하였다, 이후 산성도 조절을 통해 고분자에서 전이금속들을 탈착시켜 다시금 정용여과를 통해 회수하였다. 그리고 완전히 분리된 전이금속 용액을 나노여과 (nanofiltration)를 통해 농축하는 해당 3단계로 이뤄진 공정을 개발하였다. 또한 인천대 김정 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 전이 금속 추출 단계와 농축 단계에 2단 분리막 캐스케이드를 적용하여 단일단 분리막을 사용했을 때 대비 수율을 향상시켜, 폐수 내 전이금속의 90% 내외를 99.8%의 순도로 회수하였다.   연구팀이 개발한 공정의 경우, Ni, Cu, Cd과 같은 다양한 전이금속에도 적용이 가능하며, 실제 산업 폐수의 환경과 유사한 고농도의 염이 섞여 있는 경우에도 활용이 가능하기에, 탄소 중립 목표치 달성을 위한 자원 수요 증가 충족을 위한 자원 재활용 분야에서의 적용이 기대된다.   본 연구는 한국에너지기술평가원의 지원과 한국환경산업기술원의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 화학공학 분야 유명 저널인 Chemical Engineering Journal (IF: 13.4)에 게재되었다. 1. 공정 모식도. a) PEI가 선택적으로 전이금속을 흡착하는 단계, b) PEI에 흡착되지 않은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 불순물 염이 한외여과막을 투과하여 제거되는 단계, c) 산성도를 조절해 PEI 에서 전이 금속을 탈착시키고, PEI 와 전이 금속을 분리하는 단계, d) 나노여과막을 이용해 고순도, 저농도의 전이금속 용액을 고농도로 농축하는 단계. 2. 전이 금속과 불순물 염 페어 16개 페어에 대한 공정 최종 순도와 회수율연구실 링크: http://gsslab.sogang.ac.kr/논문 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724037343 

이현오 (박사과정), 박준우-최우철(연프, 심종설 수강생) Advanced Functional Materials 논문 게재  이현오 연구원 (제1저자, 석박사통합과정 - 지도교수 강문성)은 이온 이동 제어를 활용한 투명전극이 필요 없는 전기화학발광 소자 개발에 관한 연구 논문을 국제 학술지 Advanced Functional Materials (IF = 18.5)에 11월 3일에 발표하였다.   전기화학발광 소자(Electrochemiluminescence Device)는 용액 또는 겔 상에서 작동하는 발광 소자로, 기존의 고체 발광 소자와 달리 전기화학 반응을 통해 발광이 이루어진다. 이 소자는 발광층과 두 전극으로 이루어진 단순한 구조로, 비용 효율적인 유연 발광 소자 구현에 유리한 잠재력을 갖추고 있다.그러나 기존의 전기화학발광 소자는 투명전극의 전기화학적 불안정성으로 인해 구동 안정성이 낮아 실용적 사용에 어려움이 있으며, 투명성, 전도성, 유연성, 전기화학적 안정성을 동시에 갖춘 이상적인 투명전극 재료가 부족하여 높은 성능의 유연 발광 소자 제작에 한계가 있다. 연구진은 이온 이동에 의해 형성되는 전기 이중층(Electric Double Layer)의 제어를 통해 나란히 배치된 두 개의 금 전극을 사용하여 투명전극 없이 구동 가능한 전기화학발광 소자를 구현하였다. 이를 통해 소자 수명이 크게 향상되었으며, 외부 자극에 반응하여 발광량이 변화하는 감응형 발광 소자의 가능성을  본 연구에는 학위과정 중인 대학원생 뿐만 아니라 ‘연구프로젝트’ 및 ‘심화 종합 설계’에 1년간 참여한 학부생(박준우 18학번, 최우철 19학번)의 적극적인 참여로 이루어졌으며, 두 학생 모두 논문의 공저자로 포함되어있다.  논문 제목: Transparent Electrode-Free Light-Emitting Devices Exploiting Ion Transport-Controlled Electrochemiluminescence논문 링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202417514 지원기관: 한국연구재단의 개인기초연구(중견연구) 및 미국공군연구소의 지원연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/mskanggroup/  

류재건 교수 공동연구팀, 급속 충전이 가능한 ‘반고체 전지’ 개발로 Advanced Energy Materials에 게  본교 화공생명공학과 류재건 교수 연구팀은 서울대학교 한정우 교수, 포항공과대학교 박수진 교수 연구팀과 공동연구를 통해 안전성이 대폭 향상된 ‘반고체(Quasi-solid)’ 듀얼이온전지를 개발하였다. 해당 연구 성과는 국제 저명 재료화학 학술지인 Advanced Energy Materials에 게재되었다.      최근 전기차 발화의 주요 원인은 현행 리튬이온전지에 사용되는 액체 전해질이다. 이를 해결하기 위해 (반)고체 전해질, 즉 불이 붙지 않는 불연성 또는 난연성 재질의 물질로 액체 전해질을 대체한다. 동시에 적층 구조로 전지 개발이 가능하여 에너지밀도 또한 향상시킬 수 있는 차세대 전지 기술로 주목받고 있다. 이러한 노력에도 불구하고 고체 전해질을 사용한 전지는 상온에서 낮은 이온전도도로 급속 충전 특성과는 거리가 멀다.   이를 해결하기 위해 급속 충전이 가능한 듀얼이온전지에 특화된 반고체 전해질을 개발하여 고에너지 밀도와 안전성을 동시에 만족시키는 차세대 전지를 개발하였다. 기존 반고체 전해질 내에선 음이온을 고정하여 리튬이온의 전달계수를 높이는 연구가 주를 이루지만 듀얼이온전지 개발에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 비대칭적 표면 전하를 가지는 전해질 첨가제를 활용하여 양쪽 이온의 균형 잡힌 이동이 가능한 반고체 전해질을 개발할 수 있었다. 이를 통해 반고체임에도 5분 이내로 충전이 가능하며, 0도에서도 고속 충전 특성을 확보하였다. 해당 연구는 차세대 전지가 나아가야 하는 새로운 방향을 제시하였다는 점에서 의의가 있다.     연구실 홈페이지 : https://sites.google.com/view/jryugroup/home 논문 제목 Charge Separation Induced by Asymmetric Surface Charge Effects in Quasi-Solid State Electrolyte for Sustainable Anion Storage 논문 링크 : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202402293?msockid=03c232ae59dc635511f527b0584f62f6 

최우철 학생(학부4학년) KJF-ICOMEP 2024 우수 포스터상 수상 최우철 학생(학부 4학년, 지도교수 강문성)이 2024년 KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics에 참가하여 Best Poster Awards를 수상하였습니다. 최우철 학생은 2023년도 가을학기부터 강문성 교수 연구실에 학부연구생으로 참여하여 투명전극을 사용하지 않는 발광소자에 대한 연구를 수행하였으며, 해당연구를 바탕으로 학회에서는 "Transparent Electrode-free Light-emitting Devices Exploiting Ion Transport-controlled Electroluminescence"라는 제목의 포스터를 발표하였습니다.   

신희운,박민우(지도교수 김형준) 한국연구재단 연구장려금지원사업 선정  신희운 석박통합과정생(지도교수 김형준)과 박민우 석사과정생(지도교수 김형준)이 각각 2024년 한국연구재단 박사과정생연구장려금지원사업, 석사과정생연구장려금지원사업에 선정되었다.                                                                                           ▲ (좌) 신희운 석박통합과정생, (우) 박민우 석사과정생 2024년도 이공분야 학술연구지원사업은  석․박사과정생 부터 우수한 박사후연구자 까지 학문후속세대의 성장단계에 따른 연구기회를 제공하여 연구자로서의 성장을 지원하는 사업이다. 신희운 석박통합과정생은 '차세대 서펙스(SuFEx) 클릭 화학을 이용한 에너지 저장/전환 소자용 음이온 고정형 고분자 전해질의 새로운 화학 개척'이라는 연구 주제로 2년간 총액 5,000만원을 지원받는다. 박민우 석사과정생은 '동적 교환 반응을 이용한 새로운 이온전도 메커니즘을 기반한 고분자 전고체 전해질 개발'이라는 연구 주제로 1년간 총액 1,200만원을 지원받는다.  

김남헌 석사과정생 (지도교수 강문성), 한국연구재단 석사과정생연구장려금지원사업 선정 김남헌 석사과정생(2학기, 지도교수강문성)이 2024년 한국연구재단 ‘석사과정생연구장려금지원사업‘에 선정됐다. 이번 사업은 학문후속세대 양상을 통한 국가연구역량 강화를 목적으로 시행되었으며, 국내 대학원에 석사 및 석박통합 과정에 전업으로 재학 중인 학생들을 대상으로 700개 내외의 연구 과제를 선정하여 이들에게 안정적인 연구 기회를 제공하여 우수한 연구 인력으로 성장할 수 있도록 지원하기 위해 마련되었다.김남헌 학생은  ‘전기화학적 정공전달체를 활용한 OLED 발광체의 전기화학발광 증폭’에 대한 연구를 수행할 계획이며 이번 사업을 통해 1년간 총 1200만원의 장학금을 지원받는다.  

서강대-카이스트 공동연구팀, 금 나노입자가 담지된 구리 촉매의 이산화탄소 환원 반응에서의 프로판올 생성 원인 규명 연구 Nano Energy에 게재  본교 화공생명공학과 백서인 교수 연구팀 (공동 제 1저자: 정현동 석박통합과정생)은 카이스트 오지훈 교수 연구팀과 공동연구를 통해 금 나노입자가 담지된 구리 촉매가 전기화학적 이산화탄소 환원 반응에 의한 프로판올 (n-propanol) 생성의 높은 성능을 확인하고 계산화학을 통하여 그 원인을 규명하였다.   본 공동연구팀은 이산화탄소 환원 반응에서 금 나노입자에서 생성된 CO*의 스필오버 (spillover)에 의해 구리 표면 내의 CO* 중간체의 양이 증가하여 C3 화합물인 프로판올의 생산성이 증가함을 밝혀냈다. 밀도범함수 이론 (Density Functional Theory) 계산을 통해 금 나노입자 인근의 구리 표면에서 OCCO*와 CO*의 결합의 활성화 에너지가 대폭 낮아져 CO* 이합체화 반응 이후 C3 중간체인 OCCOCO*의 생성이 촉진되어 프로판올의 생산성이 높아진다는 것을 이론적으로 규명하였다.     본 연구는 이공분야 대학중점연구소지원 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘Nano Energy’ (Impact Factor: 17.6, JCR 상위 5.2%)에 게재되었다.   논문 제목: Delicate control of a gold-copper oxide tandem structure enables the efficient production of high-value chemicals by electrochemical carbon dioxide reduction 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110176 연구실 홈페이지: https://www.seoinback.com 

국가전략기술소재개발사업선정: 초실감 양자점 디스플레이용 소재 및 공정 기술 개발 서강대학교 강문성 교수가 단장을 맡은 XEL-QD 연구단은 한국연구재단(NRF) 국가전략기술소재개발사업(2024년 7월- 2028년 12월, 총 4.5년 연구비 67.5억원)에 선정되어 초실감 디스플레이용 양자점 소재 및 공정기술 개발에 착수한다. 현실감과 몰입감이 극대화된 초실감 확장현실(eXtended Reality, XR) 구현을 위해서는 초고해상도(화소크기 마이크로미터 수준), 고휘도, 고색재현성의 디스플레이를 얇고 가벼운 장치를 통해서 구현해야한다. 이를 위해 XEL-QD 연구단(주관기관: 서강대학교, 공동기관: ETRI, UNIST, 부산대, 서울대, 성균관대 한양대)은 양자점 합성 및 광물리적 특성, 전계발광소자용 전자재료, 초고해상도 전자재료공정, 고효율 양자점 발광소자 및 디스플레이 분야 국내 최고의 전문가로 구성되어, i) 화학적 가교 반응을 통해 내구성이 극대화된 양자점 전계발광소재 개발과 ii) 포토리소그래피에 기초한 양자점 전계발광소재의 초고해상도 화소형성 공정 개발을 통해 초실감 고색재현성 자발광 양자점 마이크로디스플레이 구현하고자한다.  

권태현 연구원 (지도교수 강문성), ACS Nano 논문 게재  본교 화공생명공학과 강문성 교수 연구팀 (제1저자: 권태현 연구원)은 양자점 (quantum dot, 수 나노미터 크기의 반도체 결정)을 이용한 광전소자들을 모듈화하여 근적외선을 가시광선으로 광전상향전환 (optoelectric upconversion)하는 탠덤소자를 연구하였다.   근적외선은 대기 투과성이 높으며 열 에너지 손실이 적고 생체내부에 대한 투과성도 높아 감지에 유용한 전자파 이다. 이에 따라 근적외선을 가시화하는 이미징 분야는 많은 관심을 받고 있다. 최근 근적외선 가시화 장치로는 근적외선을 흡수하는 부분과 가시광선을 발광하는 부분을 스핀코팅과 같은 용액공정을 통해 단일 소자로 접합한 구조를 가지고 있다 (광전상향전환 탠덤 소자). 이는 공정을 단순화하고 비용을 절감하며 높은 전력 효율성을 가진다.   현재 유기물 기반 광전상향전환 탠덤 소자가 주요하게 개발되고 있지만 아직 낮은 효율을 가지고 있다. 본 연구진은 소자 효율을 개선하기 위해 높은 광학적 특성을 가지는 양자점을 적용하고 모듈적 접근를 통해 기존의 고정된 구조에서 벗어난 광전상향전환 탠덤 소자를 제작하였다. 이를 분석하여 새로운 소자 구조를 제시함과 동시에 높은 효율을 가지는 광전상향전환 소자를 개발하였다.   과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인기초연구(중견연구), 미래소재디스커버리 사업과 삼성전자가 추진하는 삼성미래기술육성 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘ACS Nano, (IF = 17.1)’에 8월 6일 발표되었다.   연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/mskanggroup/ 논문 제목: Quantum Dot-Based Three-Stack Tandem Near-Infrared-to-Visible Optoelectric Upconversion Devices 논문 링크: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c03206