박찬범 연구실

본 논문은 광(전기)촉매와 산화환원 생물촉매의 장점을 결합하여 태양광 하에서 연료와 고부가가치 화합물을 합성하는 바이오솔라 변환 시스템을 다룹니다. 광촉매, 광전기촉매, 광전지-광전기촉매 플랫폼의 핵심 메커니즘과 열역학적 기초를 설명하고, 조효소/매개물 재순환, 직접 전자 이동, H₂O₂ 생성을 포함한 광생물촉매 재료 및 장치의 설계 혁신을 제시합니다.

본 연구는 몬모릴로나이트와 염화칼슘으로 구성된 비대칭 구조의 흡습성 수분-전기 발전기(HMEG)를 개발했습니다. 이 장치는 50% 상대습도에서 30일간 0.55 V의 안정적인 개방회로 전압과 74 µA의 단락회로 전류를 생성하며, 최대 전력밀도는 3.582 µW cm⁻²입니다. 단일 HMEG는 L929 섬유아세포의 상처 치유를 촉진하여 3일차에 세포 피복 면적이 152% 증가했습니다.

본 연구는 헤테로원자 공학화된 선형 공액 고분자(DEBPz)를 이용하여 가시광선 구동 광촉매 산소 환원 반응으로 과산화수소를 생성하고, 이를 통해 불활성 sp³ C-H 결합의 부위선택적 산화 기능화를 달성합니다. DEBPz/효소 광생촉매 시스템은 60시간 동안 안정적으로 작동하여 총 회전수 142,000을 달성하였습니다.

본 연구는 PbSO₄-SiO₂-고분자 다층 구조의 계층적 쉘(HS)을 도입하여 페로브스카이트 나노결정(PeNC)의 안정성과 양자 수율을 향상시켰습니다. HS-CsPbBr₃ 필름은 60°C, 90% 상대습도에서 T₉₀ = 3211시간, 청색광 노출 시 T₉₀ = 12,000시간의 안정성을 보였으며, HS-MAPbBr₃ 필름은 100.0%의 광루미네센스 양자 수율과 91.4%의 외부 양자 수율을 달성했습니다.

본 연구는 티오스탄네이트 분자 금속 칼코겐화물 복합체 리간드를 InP/ZnSe/ZnS 양자점 표면에 도입하여 리간드 유도 밴드 오프셋 공학을 통해 광촉매 성능을 향상시킵니다. 이를 통해 산소 환원 반응을 촉진하고 H₂O₂ 생성을 증대시키며, 광효소 캐스케이드 시스템에서 12시간 동안 173,000의 총 회전수를 달성하여 외부 전자 공여체 없이 선택적 산화 반응을 구동합니다.