연세대학교 G-램프(LAMP) 사업단(2025년 12월호)
- 2025년 12월 4일
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최종 수정일: 2025년 12월 15일
서울특별시 서대문구 연세로 50 연세대학교 첨단과학기술연구관 412호
02)2123-2148~9
연세대학교 G-램프(LAMP) 사업단(신소재공학과 홍종일 교수)은 인류가 직면한 에너지, 환경, 기후 등 글로벌 난제의 해결을 위한 물질·에너지과학 기반의 지속 가능한 기술 개발을 목표로 2024년에 출 범하였다. 물질‧에너지과학은 에너지의 생산, 저장, 변환 및 활용 과정에 필요한 핵심 물질과 과학적 원리를 탐구하는 학문으로, 지속 가능한 에너지 솔루션 개발과 환경 및 기후 문제 해결에 필수적인 분야이다. 본 연구사업단은 교육부의 G-램프(LAMP) 사업 연구비 지원을 바탕으로, 물질‧에너지과학 중점 테마연구소인 Greener-Futures Research Institute of Science(G-FRIS, 지속가능 미래 과학연구원) 을 설립하였다. 또한, G-LAMP 교원 및 포닥제도를 통해 융합형 연구 인재를 양성하고 있으며, 세 개의 세부 연구그룹을 구성하여 분야 간 연구 시너지를 극대화하는 다학제적 융복합 연구를 활발히 수행하 고 있다[그림 1].
아울러 학내 자연과학 분야 연구소들과의 긴밀한 협력뿐 아니라, 세계적 석학들과의 국제 공동연구 및 학문 교류를 적극 추진하여, G-FRIS 연구원을 물질‧에너지과학 분야의 글로벌 허브 연구기관으로 자리매김시키는 것을 목표하고 있다.
1. 구체적 연구 추진 현황
본 사업단은 G-FRIS 연구원을 중심으로 환경/에너지 재생, 대체에너지 생산 및 저장, 고효율 소재 개발을 핵심 연구 축으로 설정하고, 지속가능한 에너지 기술 개발과 핵심 물질의 과학원리 규명을 목표로 연구를 수행하고 있다.
세부적으로는 주제별 세 개의 연구그룹이 협력하여 인류와 지구의 난제 해결을 위한 다학제적 융복합 연구를 추진 중이다[그림 2].
① (총괄과제A) 미래 에너지 생산·전달 핵심 원리 연구센터
■ 연구목표
본 과제는 에너지 생산과 활용 과정의 효율을 극대화하고, 지속가능한 친환경적 에너지 솔루션을 제시하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 다양한 시스템에서 에너지의 생성 및 전환을 지배하는 새로운 과학적 원리를 규명하고, 이를 바탕으로 고효율 에너지 물질의 창출과 에너지-물질 융합 연구를 추진한다. 특히, 핵물질 내의 핵에너지, 신소재 물질 내의 광자, 엑시톤, 전자 및 포논 생성 및 전달 현상, 그리고 생체 물질 내 에너지 생성/활용 메커니즘을 정밀한 실험적 측정과 이론적 해석을 결합하여 심층적으로 이해하고자 한다. 이러한 연구를 통해 에너지 자원의 한계와 기후변화 문제에 대응하고, 나아가 인류의 지속가능한 미래를 실현할 수 있는 근본적 과학 기반 구축을 달성하고자 한다.
② (총괄과제B) 미래 에너지 저장 및 순환 연구센터
■ 연구목표
본 과제는 화석연료 사용에 따른 탄소 배출과 환경적 부정 효과를 최소화하고, 지속 가능한 미래 사회로의 전환을 목표로 추진되고 있다. 이를 위해 대체 에너지의 생산, 저장 및 순환을 가능하게 하는 물질-에너지 기반 연구를 수행 중이다. 특히, 본 과제를 통해 대체 에너지 생성 과정과 에너지 전달 시스템 전반에서 제기되는 과학적, 기술적 난제들을 해결함으로써, 고효율 에너지 저장 기술의 혁신과 실용적 고부가가치 산업의 창출을 기대하고 있다.
③ (총괄과제C) 미래 에너지 활동의 환경-기후 영향 연구센터
■ 연구목표
본 과제는 기후변화와 인간의 산업/소비활동으로 인한 환경오염, 자원 고갈, 그리고 해양 및 우주로의 생활권 확장 등 급격히 변화하는 생전환경에 대응하기 위한 연구를 수행하고 있다. 다양한 공간과 스케일에서 물질-에너지 융합 연구를 통해 에너지 활동이 환경과 기후에 미치는 영향을 정량적으로 규명하고, 이를 바탕으로 지속 가능한 미래사회 조성을 위한 과학적 방향성을 제시하고자 한다. 이러한 연구를 통해 궁극적 으로 에너지 활용과 환경 보전의 조화를 이루는 과학기술 발전에 기여 하고자 한다
2. 국내외 연구성과
본 사업단은 출범 이래 2024년부터 2025년 현재까지 물질, 에너지, 화학, 물리, 생명과학 등 다양한 분 야에서 세계적 수준의 연구를 활발히 수행하며, 총 32편의 연구 성과를 국내외 저명 학술지에 게재하는 성과 를 달성하였다.
대표적인 연구 성과는 ▲탄소중립과 에너지 전환을 위한 촉매 및 반응시스템 개발, ▲차세대 에너지 저장소재 및 전극기술 연구, ▲유기/무기 하이브리드 신소재 설계, ▲지속가능한 화학공정 혁신 등으로, 지속 가능한 물질·에너지 과학의 발전과 글로벌 난제 해결에 기여하고 있다.
1. 나노구조 및 저차원 신소재 설계와 구조 제어 연구
차세대 전자소자와 양자소재의 기반이 되는 저차원 나노물질의 구조 제어는 물질과학의 핵심 난제로 꼽힌다. 본 연구단은 원자 수준에서 물질의 구조와 상을 제어함으로써 새로운 물성 발현 원리를 탐구하였다. 나노 튜브 내 삽입(encapsulation) 기술을 활용해 새로운 일차원 다형체(1D polymorph)를 구현함으로써 저 차원 물질의 상제어 가능성을 제시하였다(Nano Convergence, 2024). 또한, 이차원 인산화물의 적층 변위 및 동역학을 딥러닝 기반으로 분석하여 나노수준의 구조적 불균일성을 정량적으로 규명하였다(Advanced Materials, 2025). 더불어, 1차원인 원자고리 및 나노헬릭스의 원자구조와 전자구조를 규명해 새로운 저차원 나노소재 합성전략을 제시하였으며(ACS Nano, 2025), 비등방성 전하밀도파 물질 내 나노주름 (nanowrinkle)을 따라 형성되는 일차원 전자 기체의 존재를 규명하였다(ACS Nano, 2025).
2. 차세대 에너지 소재 및 소자 성능 향상 연구
고효율 에너지 전환 및 저장 기술은 탄소중립 사회로의 전환을 위한 핵심 과제이다. 본 연구단은 페로브 스카이트 등 차세대 에너지 소재의 구조 및 계면을 정밀 제어하여 소자 효율을 극대화하는 연구를 수행하였다. 세슘(Cs) 기반 준이차원 페로브스카이트의 상 복잡성을 제어하기 위해 가우시안 기반 고온 구동 모델을 도입, 분자 공간을 정밀 조절할 수 있는 새로운 전략을 개발했다(Advanced Energy Materials, 2025). 또한, 계면 화학 균질화를 통해 페로브스카이트 태양전지의 다중 스케일 이질성을 정제함으로써 소자 효율 향상 방안을 제시하였으며(Advanced Energy Materials, 2025), 리간드 유도 자기조립(ligand-induced self-assembly)을 통해 꼬인 이차원 할라이드 페로브스카이트 합성에 성공함으로써 새로운 광전자 재료 설계 방향을 제시하기도 하였다(Nature Synthesis, 2025).
3. 촉매 및 광화학 반응 제어를 위한 분자 설계 연구
촉매 반응의 정밀 제어는 수소생산, 이산화탄소 환원 등 청정에너지 기술의 실현을 좌우하는 분야이다. 본 연구단은 분자수준에서 반응 경로를 조절할 수 있는 정밀 분자 설계를 통해 고활성 촉매시스템을 구현하였다. 니켈 단일원자 촉매가 균일하게 분산된 초박형 중공 탄소나노구조를 합성하여 수소 발생 반응의 촉매 활성을 향상시켰으며(J. Am. Chem. Soc, 2025), 산소 공극(vacancy) 밀도를 조절한 코발트 산화물 나노 입자를 개발하여 가시광선 광촉매 효율을 높이는 메커니즘을 규명하였다(Inorganic Chemistry Commu-nications, 2025). 또한, 분자 공학적 접근을 통해 지연되는 형광 경로를 정밀하게 조절함으로써 유기발광 소자의 효율적인 발광 메커니즘을 보고하였다(Nature Communications, 2025).
4. 환경 및 지구과학 분야의 융합 연구
기후 변화와 도시 환경의 상호작용을 이해하는 것은 지속가능한 사회 설계를 위한 핵심 과제이다. 본 연구단은 물리/환경/지구 시스템의 다층적 연계를 규명하여 환경 예측의 정밀도를 향상시키는 연구를 수행하고 있다. 최근에는, 도시 수관 모델과 중규모 대기 모델을 실시간 연동하여 다양한 토양 건조 조건과 도시형 태에서 나무의 냉각 효과를 정량적으로 분석하는데 성공하였다(Sustainable Cities and Society, 2025). 또한, 중위도 지역에서 동심원형 중층파(stratospheric concentric gravity waves)와 전리권 교란 현상 (TID)을 동시 관측함으로써 대기-전리권 연계 메커니즘을 규명하기도 했다(JGR Space Physics, 2025). 더불어 기후 변화가 한반도 주변 해저 지하수 유출에 미치는 영향을 지역별로 평가하여 해양-기후 상호작용 의 신규한 관점을 제시하였다(Communications Earth & Environment, 2025). 아울러 하상 입도 변화에 따른 선상지(alluvial fan) 수로 폭 변화를 실험적으로 규명하고, 퇴적물 유출이 지형 거칠기에 미치는 영향을 보고하였다(Scientific Reports, 2025; Journal of Sedimentary Research, 2025).
5. 우주 및 대기 모델링 연구를 통한 기후-공간 물리 기반 데이터 개선
우주기상 및 대기모델링의 정확도 향상은 위성통신, 항공운항, 기후예측 등 다양한 분야의 안정성과 신뢰성을 높이는 데 필수적이다. 본 연구단은 전리층 물리 기반모델의 정량적 검증을 통해 데이터 신뢰도 향상에 기여하였다. 구체적으로, 전리층의 주요 매개변수(foF2, hmF2)에 대한 모델링 정확도를 비교, 평가함으로써 우주 기상 예측 모델의 개선 방향을 제시하도록 했다(Space Weather, 2025).
6. 생명과학 융합 연구
면역학과 생명공학의 융합 연구는 질병 치료와 인체 항상성 이해를 위한 핵심 영역으로, 분자수준의 조절 메커니즘 규명이 요구된다. 본 연구단은 장 면역 반응의 세포수준 조절 기전을 규명함으로써 생명과학의 새로운 패러다임을 제시할 수 있었다. 최근, 장 내 이물 항원에 대한 면역 관용이 CD4* T세포 매개 기전으로 조절된다는 사실을 밝힘으로써, 장 면역의 분자적 기반을 규명하였다(BMB Reports, 2025).
홍종일 사업단장
연세대학교 공과대학 신소재공학과 교수
“ 연세대학교 G-램프(LAMP) 사업단은 다학제적 융복합 연구 수행을 통 해 지속가능한 친환경 물질과 에너지 솔루션을 개발해, 인류가 직면한 난
제를 해결하고 사회 발전에 기여하고자 합니다.”
사업단을 이끌고 있는 홍종일 연세대학교 공과대학 신소재공학과 교수는 Standford University에서 고체물리 분야에 특화된 재료 과학 및 공학 박사학위를 취득하였다. 그 후, 일본 Fujitsu Laboratories Limited의 Magnetic Recording Technology Laboratory 부서에서 연구원으로 근무하다가 2002년 연세대학교 신소재공학과 교수로 국내 연구 활동을 시작하였다. 현재 연세대 스핀소자연구실(Spintronic Materials and Devices Laboratory)을 이끌며 차세대 메모리인 Magnetic Random Access Memory(MRAM) 등 스핀트로닉스 소재 및 소자 연구를 활발히 수행하고 있다. 이러한 공로를 인정받아, 2020 과학기술정보통신부 장관표창, 2023년 과기부 지정 국가반도체연구실로 선정되는 등 선도적인 연구 활동을 수행 중이다. 현재 본 사업단에는 사업단장 홍종일 교수를 포함한 G-LAMP 교원 25명, 박사후 연구원 19명, 박사과정 22명, 석사과정 83명, 기타 14 명 등 총 164명이 연구에 매진하고 있다. 사업단은 우수한 연구몰입환 경과 연구 인프라를 토대로 전세계 관련 분야와 학계에서 글로벌 인재를 유치하고 양성하고 있다. 뿐만 아니라 연구단에서 배출된 신진 연구자들은 한국, 중국, 베트남, 인도 등 다양한 국가의 기초과 학계에 진출해 있다.
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