김기현 교수 연구팀과 화학공학과 김정규 교수 연구팀은 천연물을 이용하여 퀘르세틴-니켈 복합체를 제작, 이를 금속산화물 기반 기판에 도입하여 조촉매 박막 보호층을 형성하여 광학적·전자적·전기적 특성을 크게 개선하였다. 개발한 박막층은 수 나노미터 수준의 균질한 박막층을 자발적으로 형성함으로써 높은 안정성 및 우수한 광학적·전기적 특성을 확보하였다. 종래의 박막층 형성 기술들은 인체·환경에 유해한 부산물을 생성 및 높은 에너지소모량을 요구하여, 이를 통해 제작된 소재 및 소자는 경제성이 떨어지며 친환경적이지 못하였다. 이에 따라 자연의 천연물에서 쉽게 얻을 수 있는 천연 분자를 활용하여 유기물-금속 복합체를 형성할 경우, 자발적인 과정을 통해 경제성과 친환경성을 동시에 확보할 수 있다.  또한, 원자 수준의 전자구조제어 및 형상제어가 가능하다.  유기물 말단의 작용기와 금속 양이온 간 배위결합을 통해 자가조립구조를 형성, 반응물이 쉽게 흡착 및 탈착할 수 있는 활성 자리를 제공함으로써 균질하게 형성된 나노미터 수준의 유기금속복합 박막층을 통해 기존 금속산화물 기반 소재의 광학적·전기적 물성을 개선, 보호층으로서 이를 적용한 소자의 안정성을 크게 향상하였다. 

이 연구 결과는 JCR ENGINEERING, ENVIRONMENTAL 분야 1위 (top 1%, 1/75) 저널인 ‘Applied Catalysis B: Environmental’ (IF 22.1)’의 2024년 4월호에 게재되었다. 

※ 논문명: A natural molecule-driven organometallic conformal overlayer for high efficiency photoelectrochemical water splitting 

※ 저자명: 김정규(교신저자), 김기현(교신저자), Yuankai Li(제1저자)