나노 재료 구조 분석 연구실(2025년 12월호)

Journey into Advanced Crystalline Materials!!

저희 연구실은 2020년 9월부 연구를 시작한 이래 박인혁 교수님의 지도 아래 금속초분자체, 금속–유기 골격체(Metal–Organic Frameworks, MOFs), 페로브스카이트 등 유–무기 하이브리드 결정 소재를 기반으로 한 연구를 지속해 오고 있습니다. 연구의 핵심은 단순한 합성이나 구조 규명에 그치지 않고, 빛·열과 같은 외부 자극에 의해 구조적 변화를 유도할 수 있는 감응형 결정 소재를 설계하는 데 있습니다. 이러한 시스템은 분자동역학적 유연성, 기계화학적 반응성, 단결정간 구조변환 등 다양한 구조–특성 상관관계를 탐구하는 데 중요한 플랫폼을 제공합니다.

MOF 연구는 저희 연구실의 대표적인 축을 이루고 있습니다. MOF는 금속 이온과 유기 리간드가 정밀하게 조합되어 형 성되는 결정성 다공성 소재로, 규칙적인 기공 구조와 매우 높은 비표면적을 특징으로 합니다. 이러한 구조적 장점 덕분에 기체 저장과 분리, 촉매, 센서 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 큽니다. 2025년 오마르 M. 야기(Omar M. Yaghi) 교수, 스스무 키타가와(Susumu Kitagawa) 교수, 리처드 롭슨(Richard Robson) 교수가 노벨화학상을 공동 수상함에 따라, 이 분야의 과학적·기술적 중요성이 다시 한번 전 세계적으로 확인되었습니다. 저희 연구실은 새로운 구조적 모티프를 가지는 MOF를 자체적으로 설계·합성하고, 그 구조적 특징과 외부자극에 따른 반응성을 단결정 X-선 회절 분석 등을 통해 정밀하게 규명하고 있습니다.

또 다른 주요 연구 분야는 페로브스카이트 소재입니다. 페로브스카이트는 우수한 광전 효율과 공정상의 장점으로 차세대 태양전지 및 발광 다이오드 소재로 널리 주목받고 있으나, 대부분의 기존 시스템이 독성을 지닌 납(Pb)을 포함한다는 한계가 있습니다. 저희 연구실은 이러한 문제를 해결하기 위해 무연 페로브스카이트 구조의 설계 및 합성을 수행하고 있으며, 더 나아가 유–무기 하이브리드 골격 내에 키랄성을 도입하여 스핀 선택성을 부여하는 전략을 탐구하고 있습니다. 이를 통해 차세대 반도체 기술인 스핀트로닉스(spintronics) 분야로의 응용 가능성을 확인하였으며, 관련 결과는 학계에 보고된 바 있습니다.

현재 연구실은 박인혁 교수님을 중심으로 석사과정 학생 3명과 학부 연구생 1명으로 구성되어 있습니다. 매주 진행되는 그룹미팅은 연구 현황을 공유하는 데 그치지 않고, 실험 데이터를함께 해석하고 구조적·기능적 의미를 논의하는 중요한 학습의 장이 되고 있습니다. 이러한 과정에서 새로운 아이디어를 도출하고 연구 방향을 구체화할 수 있는 기회를 얻고 있습니다. 교수님께서는 실험 설계부터 데이터 분석에 이르기까지 세심하게 지도해 주시며, 항상 도전적인 연구를 장려해 주시기 때문에 연구원들이 적극적이고 자신감 있게 연구에 임할 수 있는 환경이 조성되어 있습니다.

Our Research Strengths 저희 연구실의 가장 큰 강점 중 하나는 유기 리간드를 직접 설계하고 합성하여 새로운 유–무기 하이브리드 소재를 제조할 수 있는 능력을 갖추고 있다는 점입니다. 이를 통해 분자 구조의 미세한 차이가 물질의 결정성, 다공성, 광·열 감응성 등 다양한 특성에 어떤 영향을 미치는지를 체계적으로 규명할 수 있습니다. 이러한 분자 수준의 정밀 조절 능력은 새로운 구조적 모티프와 기능을 발굴하는 데 중요한 기반이 되며, 연구의 깊이를 크게 확장시켜 줍니다.

또한 저희 연구실은 올해 초 단결정 X-선 회절 분석기(Single Crystal X-ray Diffractometer)를 자체 도입하여 운영하고 있다는 점에서 큰 경쟁력을 갖추고 있습니다. 새로운 소재를 합성한 직후, 외부 기관의 공동 장비를 예약하거나 방문할 필 요 없이 즉각적인 단결정 구조 분석이 가능하며, 온도·자극 조건 변화에 따른 구조 반응을 실시간으로 추적할 수 있습니다. 이는 연구의 속도와 정확도, 그리고 구조–특성 상관관계에 대한 이해의 깊이를 동시에 강화하는 중요한 자산입니다. 더불어 장비의 운영부터 구조 해석까지 전 과정을 연구실에서 직접 수행함으로써, 구성원 모두가 구조 분석 능력을 탄탄히 갖춘 무기재료화학 연구자로 성장할 수 있는 환경이 마련되어 있습니다.

이러한 인프라와 연구 역량을 기반으로 저희 연구실의 대학원생들은 매년 5회 이상 국내 학술대회에 꾸준히 참가하며, 다 양한 연구자들과 활발히 교류하고 있습니다. 또한 독일, 일본, 대만 등 해외 연구기관에서 약 4주간의 방문연구 프로그램을 매년 수행하고 있으며, 연 1회 이상 국제 학술대회 발표를 통해 연구 성과를 세계적으로 확산하고 있습니다. 이러한 활동은 국제 공동 연구와 협력 네트워크 구축에 큰 기여를 하고 있으며, 연구실의 글로벌 역량을 강화하는 중요한 요소가 되고 있습니다. 더불어 졸업생과 재학생 모두 학술발표회에서 다양한 수상 실적을 거두고 있어, 저희 연구실이 추진하는 정밀 구조분석 기반의 새로운 하이브리드 소재 연구가 국내외에서 의미 있는 성과로 평가되고 있음을 확인할 수 있습니다

International Research Opportunities

저희 연구실은 구성원들이 국내를 넘어 글로벌 연구 환경 속에서 성장할 수 있도록 다양한 국제 연구 기회를 제공하고 있습니다. 싱가포르, 일본, 태국 등에서 개최되는 국제 학술대회에 정기적으로 참가하여 세계 각국의 연구자들과 교류하고, 최신 연구 동향을 직접 접하는 경험은 연구적 시야를 넓히는 데 큰 도움이 됩니다.

또한 연구실에서는 글로벌 연구실 프로그램을 통해 일본, 독일, 대만 등 해외 유수 대학에서 약 한 달간 방문연구를 수행할 수 있는 기회를 적극적으로 지원하고 있습니다. 이러한 프로그램을 통해 학생들은 세계적인 연구자들의 지도 아래 최첨단 실험을 경험하고, 국제 공동연구를 통해 지속적인 네트워크를 구축할 수 있습니다. 이는 국제적 감각을 갖춘 연구자로 성장하는 데 매우 중요한 발판이 되고 있습니다.

Meaningful Moments Beyond Research

저희 연구실은 연구에 몰두하는 시간만큼이나 잠시 머리를 식히며 재충전하는 ‘환기’의 시간을 소중하게 생각합니다. 연 구산업 컨벤션이나 워크숍에 함께 참여해 새로운 기술을 배우고, 구성원의 생일에는 다같이 모여 소소하지만 따뜻한 파 티를 열며 서로를 챙기고 있습니다. 때로는 함께 맛집을 탐방 하거나 가까운 곳으로 나들이를 떠나 재충전의 시간을 갖기도 합니다. 이러한 시간들이 모여 서로를 더 깊이 이해하고, 힘든 순간에 기댈 수 있는 끈끈한 팀워크를 만들어준다고 믿습니다.

Growing Together in Our Research Community

저희 나노재료 구조 분석 연구실은 연구 결과뿐만 아니라, 함께 성장하는 경험을 매우 소중하게 여기는 곳입니다. 실험이 잘 되지 않을 때에도 서로의 고민을 나누고, 작은 진전에도 함께 기뻐하며 버틸 힘을 얻습니다. 새로운 시도를 존중해 주는 분위기 속에서 질문은 언제나 환영받고, 실패는 배움의 과정으로 받아들여집니다. 이러한 경험들이 쌓여 연구자로서뿐 아니라 한 사람으로서도 성장할 수 있다는 점이 연구실 생활의 큰 장점이라고 느낍니다. 이 글을 읽는 분들께도 저희 연구실의 진솔한 분위기가 조금이나마 전해지기를 바라며, 앞으로 도 서로를 응원하며 의미 있는 연구를 이어가고 싶습니다.