본 학과의 김병현 교수님과 연구실 소속 박보근 학생이 참여한 공동 연구팀(공동 교신저자: 성신여자대학교 한혁진 교수, 동국대학교 최민재 교수)의 성과가 재료 분야 세계적 권위지인 ‘Advanced Materials (IF: 26.8, JCR 상위 2.1%)'의 ‘표지 논문(Inside Front Cover)’으로 선정되었습니다.

김병현 교수 연구팀은 이번 연구에서 밀도 범함수 이론(DFT) 계산을 이용해 실험적으로 합성된 소재의 성장 원리와 촉매 반응 메커니즘을 양자역학적으로 완벽하게 규명하는 데 핵심 역할을 수행했습니다.

공동 연구팀은 온도 조절을 통해 판 모양과 기둥 모양의 두 가지 형태 몰리브덴 인화물(MoP) 단결정을 합성했습니다. 김병현 교수 연구팀은 밀도 범함수 이론(DFT) 계산을 통해 원자가 표면에서 이동하기 위해 필요한 에너지 장벽(2.1 eV)을 산출했으며, 이를 근거로 고온에서는 원자 이동이 활발해 넓은 판형이, 저온에서는 이동이 제한되어 위로 쌓이는 기둥형이 성장한다는 것을 이론적으로 입증했습니다.

특히, 개발된 기둥 형태의 구조가 과산화수소 생성 효율이 월등히 높은 원인을 전자 구조 분석을 통해 밝혀냈습니다. 김 교수님은 기둥 구조의 주된 표면인 (1010) 결정면이 산소 중간체(*OOH)와 최적의 결합 세기를 형성하여, 판 형태의 (0001) 면보다 반응 과전압이 현저히 낮음을 규명했습니다. 이는 COHP 분석 등 고도화된 계산 기법을 통해 원자 단위의 결합 특성을 정밀하게 해석한 결과입니다.

이번 연구는 실험적 합성을 넘어 계산 과학을 통해 소재의 작동 원리를 명확히 제시한 점에서, 향후 데이터 기반의 합리적인 소재 디자인에 기여할 중요한 성과로 평가받고 있습니다.

논문명: Facet-Controlled Growth of Molybdenum Phosphide Single Crystals for Efficient Hydrogen Peroxide Synthesis
게재지: Advanced Materials (2025년 8월 출판)
DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202500250