양자점은 나노 크기의 결정구조 반도체로 입자의 크기를 조절하여 전 가시광 영역의 빛을 구현할 수 있으며, 용액공정이 가능하여 다양한 소자로의 적용이 가능하다. 그 중 에서도 II-VI족 반도체 양자점인 CdSe 양자점은 높은 발광효율과 좁은 형광 반치폭을 가지고 있지만 독성이 있어 환경 친화적이지 않다. 반면 III-V족의 InP 양자점은 Cd과 같은 중금속을 함유하고 있지 않는 비독성의 친환경 양자점으로 차세대 발광소자로 각광 받고 있다. 이러한 InP 기반 양자점을 이용한 디스플레이, 광촉매 등의 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

본 연구에서는 크기가 균일한 In(Zn)P 양자점을 합성하기 위해 InP 나노 클러스터를 활용한 In(Zn)P 핵 양자점 합성방법을 개발하여 양자점의 형광 색순도를 향상시켰다. 저온에서 InP 클러스터를 형성한 후, 이후에 순차적으로 Zn 전구체를 삽입하여 균일한 크기를 가지는 In(Zn)P 핵 양자점을 합성하였다. 합성한 In(Zn)P 핵 양자점의 발광 특성 및 안정성을 향상시키기 위해 ZnSe/ZnS 이중 껍질 조건을 조절하여, 85%의 광발광 양자수율과 38 nm의 형광 반치폭을 가지는 In(Zn)P/ZnSe/ZnS 양자점을 합성할 수 있었다. 이 새로운 합성방법은 InP 나노 클러스터의 형성을 통해 입자의 균일한 성장이 가능함을 보여주었다. 또한 합성 이후의 크기 분리를 위해 후처리 과정으로 크기 분포를 향상시킬 수 있는 방법을 연구하였다. 합성된 InP 양자점 표면의 리간드 교환과 선택적 광화학 반응 및 정제를 통해 양자점의 크기분포를 좁힐 수 있었다. 이러한 연구는 고발광 및 고색 순도 양자점 디스플레이에 적용이 가능할 것으로 기대된다.

또한, 합성된 InP 기반 양자점과 TiO₂ 나노입자를 이용하여 가시광선 빛에 감응하는 양자점 광촉매를 개발하였다. 기존 TiO₂ 광촉매는 저비용, 무독성의 장점이 있지만 자외선 영역의 빛만 흡수하는 한계점을 가지고 있다. 따라서 가시광선 영역의 빛을 흡수하는 InP 양자점에 TiO₂ 나노입자를 흡착시켜 자외선 및 가시광선 영역의 빛 흡수가 가능한 친환경 광촉매를 제조하였다. InP/ZnSe-TiO₂ 광촉매에 가시광선 빛이 조사되면, InP의 들뜬 전자와 정공은 각각 TiO₂ 전도대와 InP 가전자대에 분리되며 산화-환원 반응에 활용할 수 있다. InP/ZnSe-TiO₂ 광촉매에 510 nm 파장의 빛을 조사하여 로다민 B 염료를 효과적으로 산화시켜 분해시키며, InP/ZnSe 양자점 광촉매에 비해 InP/ZnSe-TiO₂ 광촉매는 약 2.1 배의 빠른 염료 분해 속도를 보임을 확인하였다. 이러한 연구는 양자점 광촉매를 이용한 태양에너지 활용에 많은 가능성을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.