Kang Hee Cho (조강희)

기본 정보

한 줄 정의

Samsung Advanced Institute of Technology의 박사 연구원으로, 망간 기반 산화물 전극촉매의 물 산화 반응 메커니즘 규명에 핵심적으로 기여한 전기화학 촉매 전문가.

연구 기여 흐름

2016년부터 2023년까지 활동하며 주로 산화 반응(Oxidation) 분야에 집중했다. 2019년부터 메틸아민 처리 Mn₃O₄ 나노입자의 물 산화 촉매 성능 연구를 본격화했으며, 니켈 도핑 효과와 균일한 4nm 크기의 나노입자 조립체 개발로 전기화학적 물 산화 효율성을 체계적으로 향상시켰다. 2020년대에는 바이오매스 산화 메커니즘 규명과 저스핀 Mn(IV) 산화물 중간체 포획 등 고급 분광 분석을 통한 반응 메커니즘 이해로 연구 범위를 확대했다. 동시에 **CO₂ 전환(13편)**과 펩타이드 생화학(5편) 분야에도 참여하며 다각화된 연구 포트폴리오를 구축했다.

Lab 내 역할

PhD 신분의 연구원으로, 22편의 논문에 참여했으나 corresponding author 경력이 없어 독립적 연구 주도보다는 핵심 실행 인력으로 활동했음을 시사한다. 주 팀인 Oxidation에서 정량적 다수의 논문 기여(20편)와 체계적인 메커니즘 연구(키네틱 분석, 분광 포획 실험)를 통해 그룹의 학술 생산성을 견인했다. CO₂와 Peptide-bio 팀과의 collaborating 패턴은 삼성 Advanced Institute 내 다학제간 협업 구조 속에서 촉매 화학 전문성을 적용하는 역할을 수행했음을 보여준다.

연구 흐름 (정밀)

조강희는 Samsung Advanced Institute of Technology에 재직 중인 박사 연구원으로, 2016년부터 2023년까지 BMNL lab에서 활동하며 망간 기반 산화물 전극촉매의 물 산화 반응 메커니즘 규명에 핵심적으로 기여한 전기화학 촉매 전문가다. 총 22편의 논문에 참여하며 산화 반응(Oxidation, 20편), CO₂ 전환(13편), 펩타이드 생화학(5편) 팀에 걸친 다각화된 연구 포트폴리오를 구축했다. corresponding author 경력이 없어 독립 PI보다는 핵심 실행 인력(key executor)으로 기능했으나, 정량적·정성적 기여도가 매우 높아 lab의 학술 생산성을 실질적으로 견인한 인물로 평가된다. 특히 4 nm 크기의 균일한 Mn₃O₄ 나노입자 개발, 메틸아민 리간드 교환을 통한 표면 전하 제어, in situ Raman 분광법으로 MnⁱᵛV=O 중간체 최초 포착 등 실험 설계와 분광 분석에서 탁월한 역량을 보였다.

연구 진화 timeline: 리간드 엔지니어링에서 나노구조 최적화, 분광학적 메커니즘 규명으로

2016~2017년 초기 활동에서는 lab의 Mn 기반 OER 촉매 리뷰 논문(2016, 2017)에 공저자로 참여하며 생물학적 Mn₄Ca 클러스터와 합성 이종 촉매 간 격차를 체계적으로 정리했다. 이 시기는 lab 전체가 중성 pH 조건에서의 Mn 촉매 활성 저하 문제와 Mn(III) 불안정성을 핵심 도전 과제로 인식하던 단계였다.

2019년 조강희의 연구는 본격적인 돌파구를 마련한다. 메틸아민 처리 Mn₃O₄ 나노입자 연구에서 장쇄 소수성 리간드(oleylamine, oleic acid)를 OH⁻ 무기 리간드로 교환한 뒤, 메틸아민(pKa ~10.6)으로 표면을 추가 탈양성화하여 표면 음전하를 증가시키는 전략을 구현했다. 이 접근은 중성 조건(pH 7, 0.5 M 인산염 완충액)에서 과전압을 약 66 mV 감소시켰으며(523 → 458 mV @ 10 mA cm⁻²), 열처리 없이 나노입자 표면을 친수화할 수 있어 응집 위험을 제거했다. 제타 전위 분석과 전위차 적정을 통해 표면 전하 변화를 정량화하고, 다양한 아민(pKa 범위 스크리닝)과 OER 활성 간 상관관계를 규명함으로써 리간드 전하 제어가 일반화 가능한 설계 원리임을 입증했다.

2020년은 나노입자 크기 최적화와 도핑 전략으로 확장된 해다. Ni 도핑 Mn₃O₄ 연구에서는 6종의 3d 전이금속(Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)을 5 at% 수준으로 체계적으로 도핑하여 Ni가 과전압을 458 mV로 최저화함을 발견했다. XRD 피크 이동 분석으로 Ni 도핑이 정방정계 스피넬 구조에 이방성 격자 왜곡(c축 수축, a/b축 팽창)을 유도하며, 이것이 왜곡된 Mn(III) 종 안정화로 이어진다는 구조-활성 연결고리를 규명했다. 같은 해 발표된 4 nm Mn₃O₄ 나노입자 논문(Adv Functional Mater, 2020)에서는 기존 8 nm 나노입자 대비 크기를 절반으로 축소하여 표면적 증가를 통한 active site 수 극대화 전략을 실현했다. 열분해법(thermal decomposition)을 개량해 OA/OAm 비율 0.2, 승온 속도 6 °C min⁻¹, 반응 시간 10분 조건으로 평균 4 nm 크기의 균일한 나노입자 합성에 성공했으며, sonication 기반 injection으로 수율을 5배 증가시켰다. Tafel slope와 pH 의존성 분석을 통해 4 nm와 8 nm 나노입자 간 OER 메커니즘이 동일함을 확인하고, 활성 향상이 intrinsic mechanism 변화가 아닌 표면적 증가에 기인함을 입증했다.

2021년 조강희는 Mn 기반 촉매 연구의 핵심 난제인 중간체 직접 검출에 돌파구를 마련한다. in situ Raman 분광법으로 전기화학적 물 산화 중 말단 MnⁱᵛV=O 중간체를 최초로 포착한 논문에서, 전해질 두께 1.0 mm, 레이저 출력 1.6 mW, 1 M KHCO₃(pH 8.2) 조건을 체계적으로 최적화하여 Mn-oxide의 약한 Raman 신호를 안정적으로 검출했다. 탄산염 전해질 선택으로 인산염·황산염 피크 간섭을 제거했고, ¹⁸O 동위원소 표지 실험으로 760 cm⁻¹ 피크가 MnIV=O 결합에서 기원함을 확인했다. 이 연구는 Mn 기반 이종 촉매에서 분광학적 직접 증거가 부재했던 기존 한계를 극복하며, OER 메커니즘 이해의 새로운 장을 열었다. 같은 해 발표된 Preview 논문(Engineered Dissolution for Better Electrocatalysts)에서는 촉매 용해를 설계 변수로 활용하는 Wang et al.의 NiMoFeO 시스템을 비평적으로 분석하며, 열역학적 Pourbaix diagram 기반 용해 예측과 in situ 분광법의 중요성을 강조했다.

2022~2023년에는 연구 다각화가 두드러진다. 타이로신 매개 아날로그 저항 스위칭 연구(Peptide-bio 팀)에서는 Y₇C 펩타이드 멤리스터에서 상대 습도를 조절하여 점진적 아날로그 스위칭을 구현하고, Fashion-MNIST ANN 시뮬레이션으로 인공신경망 하드웨어 적용 가능성을 검증했다. Whitlockite 기반 Pb 재활용 연구(2022)에서는 생체광물 WH의 독특한 Ca²⁺/Mg²⁺ 사이트 구조를 활용해 Pb²⁺ 흡착 용량 2339 mg g⁻¹(기존 HAP 대비 1.68배)를 달성하고, 흡착 후 단결정 HPy로 완전 전환되어 잔류 금속 양이온 없이 고순도 PbI₂ 회수가 가능함을 입증했다. 이는 페로브스카이트 태양전지의 폐쇄형 Pb 순환 공정 구현이라는 새로운 연구 영역으로의 확장을 보여준다.

Lab 내 좌표: 실험 정밀도의 수호자, 다학제 협업의 연결자

조강희는 이혜은·김령명·한정현 등 corresponding author급 선임 연구자와 임상원·하인한 등 동년배 핵심 연구자 사이에서 실험 정밀도와 재현성을 담보하는 기술 중심축(technical anchor) 역할을 수행했다. 이혜은이 Mn₃O₄ 나노입자의 초기 합성법을 확립했다면, 조강희는 이를 4 nm 수준으로 정밀 제어하고 메틸아민 리간드 교환, Ni 도핑 등 다층적 표면 엔지니어링으로 발전시켰다. 김령명(Hongmin Seo)과는 in situ Raman 분광법 개발에서 긴밀히 협력하며 측정 조건 최적화를 공동 수행한 것으로 추정된다(Capturing Manganese Oxide Intermediates 논문에서 공저). 한정현(Jung Sug Hong)과는 Whitlockite 기반 Pb 재활용 연구에서 협업하며, 조강희의 전기화학 전문성이 에너지 소재 재활용 분야로 확장되는 계기를 마련했다.

Lab 내 역할 분화 측면에서, 조강희는 corresponding 역할을 맡지 않았으나 22편이라는 높은 논문 참여 빈도와 3개 팀(Oxidation, CO₂, Peptide-bio)을 넘나드는 협업 패턴은 그가 단순 실험 보조가 아닌 다학제 프로젝트의 핵심 연결자(inter-team connector)였음을 시사한다. Oxidation 팀에서 20편의 논문에 기여하며 양적 다수를 차지한 것은 Mn 기반 OER 촉매가 lab의 주력 연구 라인이었음을 반영하며, 동시에 CO₂ 전환(13편)과 펩타이드 생화학(5편) 팀 참여는 전기화학 촉매 전문성을 다른 연구 맥락에 적용하는 전략적 협업 구조를 보여준다. 이는 삼성 Advanced Institute 내 다학제 연구 환경에서 촉매 화학 전문가로서 수평적 협업을 주도한 것으로 해석된다.

핵심 paper 5편: 방법론적 혁신의 궤적

1. Methylamine Treated Mn₃O₄ Nanoparticles (2019)
중성 조건에서 메틸아민 리간드 교환을 통한 표면 전하 제어 전략을 최초 제시. 과전압 66 mV 감소(523 → 458 mV)를 달성하며, 열처리 없는 나노입자 표면 친수화 방법을 확립했다. 제타 전위·전위차 적정으로 표면 탈양성화를 정량화하고, 다양한 아민 pKa와 OER 활성 간 상관관계를 규명하여 리간드 전하 제어의 일반화 가능성을 입증했다.

2. Uniform, Assembled 4 nm Mn₃O₄ Nanoparticles (Adv Functional Mater, 2020)
나노입자 크기를 8 nm → 4 nm로 축소하여 표면적 증가를 통한 active site 극대화를 실현. 열분해법 개량(OA/OAm 비율 0.2, 승온 6 °C min⁻¹, 반응 10분)으로 sub-5 nm 균일 나노입자 합성에 성공하고, Tafel slope·pH 의존성 분석으로 메커니즘 동일성을 검증하여 활성 향상이 구조적 요인임을 증명했다.

3. Nickel-Doping Effect on Mn₃O₄ Nanoparticles (2020)
6종 3d 전이금속 체계적 도핑 스크리닝으로 Ni가 최적 도핑 원소임을 발견(과전압 458 mV). XRD 피크 이동 분석으로 Ni 도핑이 정방정계 스피넬에 이방성 격자 왜곡을 유도하며, 이것이 왜곡된 Mn(III) 종 안정화로 이어진다는 구조-활성 연결고리를 규명했다.

4. Capturing Manganese Oxide Intermediates (2021)
In situ Raman 분광법으로 전기화학적 물 산화 중 말단 MnⁱᵛV=O 중간체를 최초 포착. 전해질 두께·레이저 출력·전해질 종

참여 논문

총 22편