1. 할라이드 페로브스카이트 나노결정 필름의 안정성 향상 및 이를 통한 고효율 백색 LED 개발 (Nanoscale) 

최근 디스플레이의 핵심 이슈는 색을 좀더 생생하고 자연의 색과 비슷하게 표현하는 것이다. 색 재현율은 디스플레이에서 적색, 녹색, 청색을 나타내는 발광 소재 각각의 발광 스펙트럼에 따라 결정된다. 발광 스펙트럼의 반치폭 (full width at half maximum, FWHM)이 좁을수록 발광소재의 색순도가 좋고 디스플레이에 적용하였을 때 자연색에 가까운 선명한 이미지를 재현 할 수 있다. 이에 따라서 최근 페로브스카이트 구조를 가지는 나노재료의 발광물질이 차세대 디스플레이 및 조명용 발광재료로 각광을 받고 있다. 이 물질은 20 nm의 좁은 FWHM을 가지며 물질의 조성 변화를 통하여 색을 조절하기 때문에 색 순도가 좋고 낮은 온도에서 물질의 합성이 가능하며 가격이 저렴하기 때문에 페로브스카이트 발광물질을 이용한 연구가 많이 진행되고 있다.

본 연구팀은 차세대 발광 재료인 페로브스카이트 나노물질의 안정성을 향상시켜 고 효율의 백색 LED를 개발하였다. 고 효율 및 고 색순도의 녹색 발광체인 CsPbBr3 페로브스카이트 나노결정을 합성한 후 ethyl cellulose를 사용하여 필름을 제작하였다. 제작된 필름은 발광 파장이 521 nm이고 FWHM이 21 nm인 고 색순도의 녹색을 나타냈으며 37.2%의 내부양자효율을 나타냈다. 또한 PMMA를 사용하여 필름을 제작하였을 때 보다 7.4% 이상 안정성이 확보되었으며 미래의 디스플레이 및 조명에 적용 될 수 있을 것으로 예상된다. InGaN 기반의 청색 칩에 Sr2Si5N8:Eu2+ 적색 형광체와 녹색 페로브스카이트 필름을 사용하여 백색 LED를 구현하였으며 forward-bias current 20 mA일 때 67.93 lm W-1의 높은 발광 효율을 나타내었다. 해당 연구 결과는 재료과학 분야 권위지 Nanoscale 2016년 11월호에 게재되었다.

*논문명: Long-term stable stacked CsPbBr3 quantum dot films for highly efficient white light generation in LEDs
*연구팀: 윤대호(교신저자, 성균관대 교수), 송영현(제1 공동저자, 성균관대 연구교수), 유진선(제1 공동저자, 성균관대 석사과정), 강봉균(제1 공동저자, 성균관대 박사후연구원), 최승희(제1 공동저자, 성균관대 석박사통합과정), 지은경(공저자, 성균관대 석사과정), 정현석(공동교신저자, 성균관대 교수) 

2. Metal Framework (MOF) 기반 고효율의 물분해용 다공성 및 단분산 나노구조 NiO/NiFe2O4 multicomposites (Journal of materials chemistry A) 

- 물 분해 시 고효율의 산소 발생 전기촉매 개발

최근 화석 연료의 사용으로 인한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 인한 에너지 수급에 관련 문제가 전세계적인 이슈로 부상하고 있다. 이를 해결하고자 무공해 에너지와 접목하여 물분해, CO2 변환, 연료전지에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 그 중에서도 전기촉매 및 광촉매 반응을 통하여 물을 분해하여 나오는 청정에너지원인 수소를 화석 연료 대체로 사용하려는 시도가 이루어 지고 있다. 그러나 물 분해를 통한 수소 생산은 (1) 귀금속 촉매를 대체해야 하는 문제, (2) 낮은 lifetime 문제를 해결해야 하는 과제를 가지고 있다. 이를 해결하고자 싼 전이금속 물질 기반으로 화합물을 합성하여 기존의 전기촉매물질을 대체하고 고효율의 전기촉매를 합성 연구가 진행되고 있다.

따라서 본 연구팀은 저 효율의 전이금속 물질의 전기 촉매의 한계를 극복하기 위하여 MOF 기반의 다공성 및 단분산 나노구조의 NiO/NiFe2O4 multicomposites을 이용하여 고효율의 물분해 촉매를 합성하여 산소 발생 촉매로 적용하였다. 전이금속 산화물 촉매제를 사용했던 기존 연구와 달리 다공성 단분산 나노재료의 합성을 통한 반응면적의 증가 및 NiO/NiFe2O4 multicomposites 나노 구조제어를 통한 반응 부위가 증가를 통하여 안정성이 확보된 고효율의 전이금속 산화물 전기촉매를 개발하는데 성공하였다. 본 연구 결과는 국제적 권위의 학술지인 Journal of materials chemistry A 2월 28일자에 게재되었다. 

*논문명 : Mesoporous Ni–Fe oxide multi-composite hollow nanocages for efficient electrocatalytic water oxidation reaction
*연구팀 : 윤대호(교신저자, 성균관대 교수), 강봉균 (제1 공동저자, 성균관대 박사후연구원), 우무현(제1 공동저자, 성균관대 석사과정), 이주영(공저자, 성균관대 박사과정), 송영현(공저자, 세종대학교 교수), Z. Wang(공저자, National Institute for Materials Science (NIMS) 연구원), Y. Guo (공저자, National Institute for Materials Science (NIMS) 연구원), Y. Yamauchi(공저자, University of Wollongong 교수), 김정호(공저자, University of Wollongong 교수), 임병권(공저자, 성균관대 교수)