Sunghak Park (박승학)

기본 정보

박승학 (Sunghak Park)

한 줄 정의

전기화학적 물 산화 및 CO₂ 전환 촉매 개발을 주도하는 성균관대학교 조교수로, 산화물 나노입자 설계와 메커니즘 규명을 핵심 역량으로 하는 연구자.

연구 기여 흐름

박승학은 2014년부터 2025년까지 약 11년간 전기화학 촉매 분야에서 꾸준한 성과를 도출했다. 초기에는 Mn₃O₄ 나노입자의 메틸아민 처리와 니켈 도핑을 통한 물 산화 촉매 효율화 연구를 집중적으로 진행했으며(2019-2020), 열역학적 엔트로피 기여도 분석 등 메커니즘 규명에도 주력했다. CO₂ 관련 연구도 병행하여 다양한 전기화학 응용 분야로 연구 범위를 확대했고, 이를 통해 기초 촉매 과학과 실제 응용 사이의 연결고리를 구축했다.

Lab 내 역할 및 협업 특성

현재 성균관대학교 조교수(Assistant Professor)로서 독립적인 연구 그룹을 이끌고 있으며, 33편의 논문 중 4회 corresponding author를 역임하여 주도적인 연구 기획과 책임을 담당하고 있다. 주요 연구 포커스는 산화(Oxidation) 관련 22편, CO₂ 관련 16편으로 나타나 촉매 설계와 전환 반응에 특화되어 있다. 다수의 지원 정보(Supporting Information)와 협력 논문들을 통해 타 연구진과의 활발한 협업을 보여주며, 특히 나노재료 합성과 전기화학 분석을 결합한 통합적 접근 방식을 취하고 있다.

연구 흐름 (정밀)

Sunghak Park(박승학)은 남기태 lab에서 전기화학적 물 산화(OER)와 CO₂ 전환 촉매 연구를 수행하며 2014년부터 2019년까지 박사 과정을 거친 후, 2020년 성균관대학교 조교수로 부임하여 독립적 연구 그룹을 구축한 인물이다. 그의 연구는 나노입자 크기 제어와 표면 전하 공학을 통한 촉매 활성 극대화라는 일관된 전략 하에, Mn₃O₄ 나노입자 기반 물 산화 촉매를 중심으로 발전해왔으며, lab 내에서 산화(Oxidation) 팀의 핵심 기여자로서 33편의 논문 중 22편이 산화 관련 연구에 집중되어 있다. 졸업 후에도 남기태 그룹과의 긴밀한 협력을 유지하며 4회의 corresponding authorship을 통해 독자적 연구 리더십을 확립했다.

연구 진화 timeline: 나노입자 설계에서 메커니즘 규명까지

박승학의 연구는 2019년 methylamine 처리를 통한 Mn₃O₄ 나노입자 표면 탈양성화 전략으로 가시화되었다. 기존 oleylamine·oleic acid 장쇄 리간드가 물 분자 접근을 차단하는 문제를 OH⁻ 리간드 교환과 methylamine 처리로 해결하여, 중성 pH에서 과전압을 350 mV 이하로 낮추는 성과를 달성했다(2019, Methylamine Treated Mn₃O₄ Nanoparticles). 이어진 nickel 도핑 연구(2020)에서는 5 at% Ni 도핑으로 c축 수축·a/b축 팽창의 이방성 격자 왜곡을 유도하여 과전압을 458 mV까지 감소시키며, 도핑이 단순 전자 구조 변화가 아닌 격자 왜곡을 통한 Mn(III) 안정화라는 새로운 설계 원리를 제시했다. 같은 해 발표된 4 nm Mn₃O₄ 나노입자 연구(Adv. Funct. Mater., 2020)는 thermal decomposition 합성법을 10분으로 단축하며 반응 시간 제어로 입자 크기를 8 nm에서 4 nm로 축소, 표면적 증가에 따른 active site 수 극대화를 실증했다. Tafel slope와 pH 의존성 분석을 통해 크기 변화가 메커니즘 자체를 바꾸지 않고 순수하게 표면적 기여로 활성을 향상시킴을 증명하여, 나노입자 설계의 물리적 근거를 명확히 했다.

2021년 in situ Raman 분광 연구(Capturing Manganese Oxide Intermediates)는 박승학 연구의 분석적 전환점이다. 1 M KHCO₃ 전해질과 1.6 mW 레이저 출력 최적화를 통해 760 cm⁻¹에서 MnⁱᵛV=O 말단 중간체를 Mn 기반 이종 촉매에서 최초로 직접 포착했으며, ¹⁸O 표지 실험으로 동위원소 적색 이동을 확인하여 중간체의 화학적 정체성을 검증했다. 이는 그간 이론적으로만 논의되던 Mn-oxo 활성종을 실험적으로 규명한 것으로, lab 내에서 메커니즘 규명 연구의 새로운 방법론적 기준을 제시했다. 같은 시기 Energy Environ. Sci. 리뷰 논문(2020)에서는 Mn 산화물 기반 OER 촉매의 전체 연구 흐름을 정리하며, 광계 II의 Mn₄CaO₅ 클러스터로부터 인공 촉매 설계 원리를 체계화했다. 2019년 엔트로피 기여도 분석 논문(Importance of Entropic Contribution)에서는 기존 엔탈피 중심 설명자 체계의 한계를 지적하고, 광계 II 데이터 재해석을 통해 반응 속도 결정에 엔트로피 장벽(−TΔ‡S)이 핵심적임을 보이며 열역학적 분석의 다차원화를 선도했다.

Lab 내 좌표: 산화 촉매의 전략적 설계자

박승학은 lab 내 산화 팀의 중심축으로, 이혜은·한정현이 구축한 금 나노입자 합성 방법론과는 별도로 전이금속 산화물 나노입자의 독자적 합성·표면 공학 라인을 확립했다. 김령명·임상원이 주도한 CO₂ 전환 연구와는 16편의 교집합이 있으나, 박승학의 핵심 기여는 산화 반응에 집중되어 있으며 이는 33편 중 22편이 Oxidation 팀에 속한다는 점에서 명확히 드러난다. 하인한·조남헌과의 협력은 제한적이며, 오히려 Kang Hee Cho, Hongmin Seo, Yoon Ho Lee 등 산화 팀 내 후속 연구자들과의 공동 저자 빈도가 높아, 팀 내에서 합성·분석 기술을 전승하는 멘토 역할을 수행했음을 추정할 수 있다. 남기태와의 관계는 박사 과정 지도를 넘어 졸업 후에도 4회의 corresponding authorship으로 이어지며, 성균관대 부임 후에도 긴밀한 협력을 유지하는 독특한 구도를 형성했다. Lab의 연구 트라이앵글에서 본다면, 이혜은·한정현의 금 나노구조 합성, 김령명의 CO₂ 광촉매, 박승학의 전이금속 OER 촉매라는 세 축이 형성되며, 박승학은 그 중 메커니즘 규명과 열역학적 분석을 가장 체계적으로 추구한 인물로 평가된다.

핵심 paper와 기여

1. Methylamine Treated Mn₃O₄ Nanoparticles (2019): 표면 리간드 교환 전략으로 중성 pH OER 과전압을 획기적으로 감소시킨 초기 대표작. 유기 합성의 리간드 화학을 전기촉매 표면 공학에 도입한 방법론적 혁신.

2. Nickel-Doping Effect on Mn₃O₄ Nanoparticles (Adv. Funct. Mater., 2020): Ni 도핑으로 유도된 이방성 격자 왜곡이 Mn(III) 안정화를 통해 OER 활성을 향상시킨다는 구조-활성 상관관계를 XRD 피크 이동과 XPS로 정량 규명. 과전압 458 mV 달성.

3. Uniform, Assembled 4 nm Mn₃O₄ Nanoparticles (Adv. Funct. Mater., 2020): 입자 크기를 4 nm까지 축소하며 합성 시간을 10분으로 단축한 공정 혁신. Tafel·pH 분석으로 메커니즘 불변성을 입증하여 크기 효과를 순수 분리.

4. Capturing Manganese Oxide Intermediates (2021): In situ Raman으로 MnⁱᵛV=O 중간체를 최초 포착. ¹⁸O 표지로 동위원소 이동 확인. Mn 기반 촉매 메커니즘 연구의 분광학적 돌파구.

5. Importance of Entropic Contribution (2019): 엔탈피 중심 설명자 체계의 한계를 지적하고 엔트로피 기여를 독립 인자로 분리 분석. 광계 II 데이터 재해석으로 반응 속도론의 열역학적 이해 확장.

핵심 협력자 및 외부 그룹

Lab 내부에서는 Yoon Ho Lee, Kang Hee Cho, Hongmin Seo와의 공저가 빈번하며, 특히 Kang Hee Cho는 2021년 in situ Raman 논문의 제1저자로 박승학의 분석 기법을 계승했다. 외부 협력으로는 Junsuk Rho 그룹과의 광학 소재 연구(Adv. Mater., 2021, hydrogenated amorphous silicon)가 있으나 이는 Other 팀에 속하며 주류 연구와는 분리된다. 대부분의 연구는 남기태 lab 내부 협력으로 완결되며, 외부 그룹과의 대규모 공동 연구는 확인되지 않는다.

향후 예측: 독립 그룹의 확장과 메커니즘 심화

성균관대 조교수로서 박승학은 현재 독립 연구 그룹을 운영 중이며, 4회의 corresponding authorship은 그가 이미 lab의 후속 연구를 주도하고 있음을 보여준다. 향후 연구는 두 가지 방향으로 전개될 것으로 보인다. 첫째, in situ 분광법의 고도화로 MnⁱᵛV=O 이후의 O-O 결합 형성 단계를 직접 포착하는 것이며, 2021년 논문에서 제시한 DEMS·ICP 등 추가 분석법 도입이 예고된다. 둘째, 엔트로피 제어 기반 촉매 설계로, 2019년 제안한 "엔트로피를 설계 변수로 활용"하는 전략을 실제 촉매 시스템에 구현하는 것이다. Ni foam 기판 도입(2020)과 같은 3D 전극 구조 연구가 지속될 가능성이 높으며, 중성 pH OER의 실용화를 위한 장기 안정성·전류 밀도 향상 연구로 확장될 것으로 추정된다. 남기태 lab과의 협력은 계속 유지되되, 독립 그룹으로서 Mn 외 다른 전이금속(Fe, Cu) 산화물로의 확장 또는 광전기화학 물 분해로의 융합이 차기 phase로 예상된다.

참여 논문

총 33편