본 학과의 김병현 교수님과 연구실 소속 임채은 학생이 참여한 공동 연구팀(공동교신저자: 전남대학교 강순형 교수)의 성과가 국제 학술지 'Journal of Materials Chemistry A (IF: 9.5, JCR 상위 13.6%)'에 게재되었습니다.

공동 연구팀은 탄소 중립 실현을 위한 핵심 기술인 수전해(물 전기분해) 장치의 효율을 극대화하기 위해, 기존 MnMoO₄소재의 낮은 전기 전도도와 부족한 활성 부위 문제를 해결하는 연구를 진행했습니다. 연구팀은 인(P)과 황(S)을 순차적으로 도입하는 음이온 릴레이 설계 전략(Anion-relay design strategy)을 통해 소재의 한계를 극복했습니다.

특히 김병현 교수 연구팀은 밀도 범함수 이론(DFT) 계산을 통해 인(P)과 황(S)이 공동 도입된 MnMoO₄ 촉매 표면의 전자 구조를 분석하여, 수소 발생 효율이 향상된 이론적 원인을 규명했습니다. 연구팀은 인(P)의 삽입이 산소 공석 형성을 열역학적으로 촉진하고, 이를 황(S)이 점유하며 안정화하는 공석 매개 이중 음이온 제어(Vacancy-mediated dual-step anion engineering)' 메커니즘이 소재의 구조적 안정성을 높인다는 점을 확인했습니다. 또한, 두 원소의 공존이 활성 부위의 orbital hybridzation를 최적화하여 수소 흡착 자유 에너지를 최적치에 가깝게 조절함으로써 수소 발생 반응의 에너지 장벽을 획기적으로 낮춘다는 점을 입증했습니다.

본 연구는 '이단계 인화-황화 전략(Dual-step phosphorization-sulfurization strategy)'을 통해 MnMoO₄ 기반 촉매의 활성과 내구성을 동시에 확보하고, 실험적 성과를 DFT 분석으로 뒷받침함으로써 산성 전해질용 비귀금속 기반 고활성 촉매 설계 방향을 제시했다는 점에서 큰 의미를 가집니다.

논문명: Vacancy-mediated dual-step phosphorization sulfurization of MnMoO₄  for efficient acidic hydrogen evolution
게재지: Journal of Materials Chemistry A (2026년 3월 19일 온라인 출판)

DOI: https://doi.org/10.1039/D6TA01695B