우수선도연구기관 신개념 인터페이스 분자제어 연구를 통한 친환경 촉매 개발 인터페이스분자제어연구센터(Molecular-Level Interface Research Center) 센터장 김세훈(카이스트 화학과 교수) 주소 대전광역시 유성구 과학로 335 카이스트 화학과 전화 042)350-8426 이메일 sehun-kim@kaist.ac.kr 홈페이지 http://mirc.kaist.ac.kr/ 임인재 객원기자 / mimohhh@naver.com 28 화학세계 2014. 11
카이스트화학과인터페이스분자제어연구센터 카이스트화학과인터페이스분자제어연구센터 ( 센터장김세훈교수, 이하 MIRC 연구센터 ) 는고체표면에서분자들의구조와반응특성, 유기분자들의표면기능화, 인터페이스촉매반응기작을규명함으로써인터페이스제어원리를이해하고친환경적인터페이스촉매개발을위한기초연구를수행하고있다. MIRC 연구센터는지난 2009 년 9월교육과학기술부 ( 현미래창조과학부 ) 한국연구재단지정우수연구센터로설립됐다. 연구센터는표면, 분석, 유기및촉매화학등관련분야의전문가들로구성되어있으며다각적인협력연구를통해반응동력학적인기초연구를수행하고있다. 이를토대로연구센터는새로운반응및합성법의개발을위한그린촉매의기반기술을확립하고자한다. 연구센터는현재세개그룹으로나뉘어연구를진행하고있다. 인터페이스특성제어연구그룹 ( 제1총괄그룹 ), 인터페이스제어를통한 2D, 3D 분자구조체연구및생체모방형표면제어연구그룹 ( 제2총괄그룹 ), 그린촉매및반응연구를위한촉매고정화기술과그린촉매시스템을적용한합성법개발을위한연구그룹 ( 제3총괄그룹 ) 등이유기적협력체계를갖추고있다. 연구센터는분자자기조립원리이해와 3차원분자구조체형성연구분야의새로운접근, 표면상나노구조체의형성원리에대한이해와카테콜아민, 카테콜티올, 카테콜이미다졸등다양한생체모방성표면기능화물질을사용한표면선택성개질제어연구, 원자수준에서의인터페이스특성이해를통한사급탄소의비대칭합성연구및합성법개발등을구체적목표로삼고연구를진행중이다. 그림 1. 인터페이스분자제어연구센터추진조직체계 제1총괄그룹 : 원자수준인터페이스특성연구 제1총괄그룹 ( 그룹장김세훈교수 ) 의세부연구과제는기능성나노입자표면에서의선택적키랄표면의촉매반응연구이다. 그리고고분해능광전자방출분광학을바탕으로한촉매형성과정의이해를위해공동연구 ( 이한길교수, 조삼근교수 ) 도수행하고있다. 또한총괄그룹내의기능성빌딩블록 표면인터페이스특성연구팀 ( 곽주현교수 ) 은 MEA(micro electrode array) 의국부적인반응선택성조절연구와새로운전극패턴형성기술을연구하고있다. 그리고반응중간체의공간적인구조와반응경로계산, 반응메커니즘의예측기법을도입하기위한이론적인연구 ( 김우연교수 ) 도공동으로수행하고있다. 2014. 11 화학세계 29
우수선도연구기관 그림 2. 산화텅스텐 Tip 의촉매활성구조확인과흡착분자의구조규명 ( 위 ), 이작용기분자의선택적표면해리흡착 ( 아래 ) 제2총괄그룹 : 인터페이스제어표면기능화연구 제2총괄그룹 ( 그룹장이희승교수 ) 의세부연구과제는기능성키랄표면을가지는분자구조체개발을목표로삼고있다. 이를위해혼성펩타이드를이용, 다양한키랄성표면을가지는분자구조체합성방법론구축연구를진행하고있다. 구체적으로수직적수평적분자제어를통한표면기능화연구, 정제된표면상에서 3차원분자구조체의형성및분자제어연구 ( 이희승교수 ) 등에주력하고있다. 그리고생체세포주변의폭넓은유도체생성조절기구를분자구조적인관점에서이해하기위한공동연구를수행 ( 최인성교수 ) 하고있다. 카테콜기유도체를이용한 3차원생체분자구조체의형성연구를함께병행 ( 이해신교수 ) 하고있으며, 생화학촉매표면고정화기술과촉매응용연구도진행하고있다. 그림 3. 반응제어를통한표면기능화및 3 차원분자구조체형성 30 화학세계 2014. 11
카이스트화학과인터페이스분자제어연구센터 그림 4. 카테콜기를포함한인터페이스조절고분자군합성및생화학촉매구현 제3총괄그룹 : 인터페이스활용그린촉매개발및반응연구 제3총괄그룹 ( 그룹장이희윤교수 ) 의세부연구과제는유기기능기의나노세공벽고정화연구이다. 이를토대로메조다공성유기실리카기반의촉매표면의활성연구와표면개질연구 ( 박상언교수 ) 를수행한다. 또한폴리머촉매의역할과스크리닝을위한최적반응성연구를수행해담지촉매의다양한유기합성연구도진행하고있다. 이와더불어유기메조포러스구조를이용한촉매반응특성연구를수행하며 (( 이희윤교수 ), 선택성과촉매활성이뛰어난분자촉매의합성과촉매표면고정화방법을토대로촉매반응의효율성을높이는촉매시스템개발과그린화학적합성연구에매진하고있다.( 강성호교수, 이상기교수 ) 그림 4. 키랄물질의그린합성법개발을위한유기메조포러스촉매반응 ( 위 ), 이온성액체의구조가고정화된금속나노촉매의개발모델 ( 아래 ) 2014. 11 화학세계 31
우수선도연구기관 다양한연구실적및업적 현재연구센터는 SCI 논문 129 편을게재했다. 이논문들의인용지수 (IF) 는평균 6.078 이다. 참여연구진들은대한화학회학술상, 카이스트학술상과공동연구상 ( 최인성교수 ), 장세희학술상 ( 이희승교수 ), 포스코청암신진과학자상 ( 이해신교수 ), 국가연구개발우수성과 100 선 ( 이희승교수 ) 및카이스트신지식인상을수상했다. 또한매년인터페이스구조와반응 (controlled surface reactions) 및분자구조체 (Molecular Architecture) 분야에관한국제심포지움을개최해국제공동연구도활발하게진행하고있다. 특히, 나노인터페이스상에서의신경세포거동에관한연구와세포인터페이스제어연구를위해미국하버드대, 미시간대와공동연구를진행하고있으며, 카테콜기반의생체모방형표면기능화연구를위해하버드대의메디컬스쿨과도협력연구를추진하고있다. 제1총괄과제연구진원자수준인터페이스특성연구 김세훈교수 ( 센터장 ) 조삼근교수 이한길교수 곽주현교수 김우연교수 1 총괄및 1 세부과제팀장 표면나노구조특성연구 1 총괄 1 세부과제공동연구 고체표면구조연구 1 총괄 1 세부과제공동연구 표면분자상호작용연구 1 총괄 2 세부과제팀장 전기화학적반응및표면분석연구 1 총괄 2 세부과제공동연구 분자전자및반응동역학연구 제 2 총괄과제연구진인터페이스제어표면기능화연구 이희승교수 최인성교수 이해신교수 2 총괄및 1 세부과제팀장 폴대머자기조립및분자인식연구 2 총괄 1 세부공동연구 표면유기합성및분자제어연구 2 총괄 2 세부과제팀장 생체모방기능화연구및바이오인터페이스연구 제 3 총괄과제연구진인터페이스활용그린촉매개발및반응연구 박상언교수 이희윤교수 이상기교수 강성호교수 3 총괄 1 세부과제팀장 나노촉매분자조립및촉매반응연구 3 총괄및 2 세부과제팀장 조합화학및신약후보물질합성연구 3 총괄 2 세부공동연구 비대칭유기합성연구 3 총괄 2 세부공동연구 천연물전합성및비대칭유기반응개발연구 32 화학세계 2014. 11
카이스트화학과인터페이스분자제어연구센터 >> " 에너지재활용문제를해결하기위해서는친환경화학반응촉매개발이필요합니다. 이를위해서는높은선택성과지속가능성을확보할수있는그린촉매시스템연구가필수적입니다 " 카이스트화학과인터페이스분자제어 (MIRC) 연구센터는. 카이스트화학과인터페이스분자제어연구센터를이끌고있는김세훈교수 ( 센터장 ) 는 원자수준에서분자 표면인터페이스의제어기술과표면기능화를활용한인터페이스촉매개발및그린화학반응에대한협력연구가필요하다 고강조했다. 김교수는서울대화학과를졸업한후미국 UCLA 에서표면물리화학연구와 > 고체화학전자구조및표면분광학적연구등으로박사학위를받았다. 미국버클 리대학의 LBNL(Lawrence Berkeley National Laboratory) 에서박사후연구원으로재직했으며, 1988 년카이스트화학과에부임해인터페이스제어분야의학문적인체계정립을위해매진하고있다. 일본분자과학연구소 (IMS) 방문교수 (1992~1993), 미국노스캐롤라이너대학의방문교수 (1997 년 ), 미국휴렛패커드연구소 (Hewlett Packard Lab) 의방문연구 (2003~2004 년 ) 등을수행했다. 김세훈센터장카이스트화학과교수 이뿐아니라김교수는우수논문상수상 (2003,2005, CNNC 센터 ) 과한국과학 재단우수연구성과 30 선수상 (2004 년 ) 과대한화학회 KCS-Aldrich 연구상 (2007) 등을수상했다. 김교수는대내외적으로도활발한활동을벌여한국진공학회의부회장 (2007 년 ~2009 년 ), SPIE 학회의광전자나노센서프로그램기술위원 (2005 년 ~ 현재 ) 으로활동하고있다. 현재, MIRC 연구센터에는참여교수 11명, 박사급연구원 4명과박사과정대학원생 26명및석사및학부생 18명이연구에매진하고있다. 2014. 11 화학세계 33