이재범 교수

자성 물질과 금속 나노입자를 결합해 외부 자기장으로 광학적 특성을 실시간 조절하는 기술을 연구하고 있습니다. 나선형 자기장을 이용해 금 나노입자의 자가 조립을 유도함으로써 카이랄 초구조체를 형성하고, 이를 통해 플라즈몬 카이랄성을 자유롭게 제어하는 방법을 개발했습니다. 핵심 기술은 나선형 자기장 유도 자가조립 기반 카이랄 나노구조체 제조 공정과 자기장 인가에 따라 실시간으로 플라즈몬 카이랄성을 변화시키는 조절 기술로, 기존 방식 대비 6,000배 빠른 모듈레이션 속도를 달성했습니다(ACS Nano, 2020). 관련 카이랄 나노구조체의 구조, 제조방법, 용도에 대해 다수의 특허를 등록했습니다. 이 기술은 유전병 특이 점돌연변이 DNA 검출 센서, 결핵 항원(Ag85B) 검출 센서, 패혈증·인플루엔자 현장 진단키트, 알츠하이머 아밀로이드 단백질 검출 등 다양한 진단 응용으로 확장되었으며, 결핵 진단 센서 기술은 TRL 7-9 수준으로 기업 이전이 완료되었고 카이랄 나노구조체 특허 기술은 TRL 4 단계에 있습니다. 앞서 부산대학교에서 수행한 상자성 나노입자 제작과 입자 표면 폴리머 코팅, 바이오 기능화 기술 노하우는 ㈜아모그린텍에 이전되었으며(2015년), 파이토케미컬로 표면처리된 금 나노입자 제조방법 관련 특허 기술은 ㈜제이엘나노에 이전된 바 있습니다(2014년).

FeSe 양자점의 스케일러블 합성법을 확립하고 여기 의존적(excitation-dependent) 멀티컬러 발광 특성을 정밀하게 제어하는 원천기술을 연구하고 있습니다. 0차원에서 2차원에 이르는 FeSe 층상구조의 밴드갭을 제어하고, 카이럴 층간왜곡을 유도해 광학 특성을 조절하는 방법과 FeSe 양자점의 원편광 발광 특성을 제어하는 기술을 핵심 방법론으로 다루고 있습니다. 이렇게 개발된 소재는 유방암 세포 및 마우스 모델을 대상으로 피부 하 500μm까지 투과하는 다중광자 생체 이미징에 적용되었으며, 고성능 슈퍼커패시터 전극 소재와 전고체 리튬-황 배터리 전극 소재로도 확장되어 활용되고 있습니다. 슈퍼커패시터용 나노복합체를 상온에서 대량생산할 수 있는 전극소재를 개발해 발표했으며(Journal of Materials Chemistry A, 2023), 전고체 배터리 소재 분야의 최신 동향을 정리한 리뷰 논문을 게재했습니다(Nano-Micro Letters, 2024). 해당 연구는 동물 모델을 통한 효능이 입증된 TRL 5-6 단계에 도달해 있습니다.

태양광을 이용한 청정 수소 생산과 물 분해 효율 극대화를 목표로, Au@Pd 코어-쉘 나노입자와 금-산화철 코어-쉘 나노로드 등 다양한 하이브리드 전극 설계 기술을 연구하고 있습니다. 핵심 기술은 반도체와 공유 유기 프레임워크(COF) 사이의 헤테로접합을 분자 수준에서 설계하는 방법과, 마그네토플라즈모닉 효과를 활용한 광전기화학 촉매 기술을 구현하는 것입니다. Co-도핑 MoS2-COF 촉매를 적용해 수소 발생 반응(HER)의 과전압을 43mV까지 낮추는 성과를 거두었으며, Ag/WO3/InGaN 이종구조를 도입한 광전극에서는 일반 나노로드 구조 대비 2.72배 높은 광전류 밀도를 달성했습니다. 이렇게 개발된 하이브리드 촉매 및 광전극 기술은 광촉매 수소 생산, 태양광 물분해용 이종접합 광전극, 하수처리 촉매 분야에 적용되고 있으며, 현재 실험실 규모에서 성능을 검증하는 TRL 3-4 단계에 있습니다.