해수 기반 음이온 교환막 수전해(AEMWE)는 염소 산화 반응을 억제하면서 비귀금속 촉매 적용이 가능하다는 점에서 높은 가치를 지닌다. 이러한 시스템에서 염소 이온(Cl?)이 촉매 표면에 미치는 영향을 원자 수준에서 규명하는 것은 산소생성반응(OER)의 반응 선택성을 이해하는 데 필수적이다. 본 연구에서는 제일원리 전산모사법을 이용하여 코발트 산화물 촉매 표면에서 Cl의 흡착 거동과 이에 따른 OER 메커니즘 변화를 분석하였다. 밀도범함수이론(DFT)을 통해 Cl 와 주요 OER 중간체(OH*, O*, OOH*)의 흡착 특성 및 자유에너지 변화를 평가하였다. 또한 실제 촉매 환경을 반영하기 위해 AMP 기반 머신러닝 포텐셜과 Monte Carlo 시뮬레이션을 활용하여 열역학적으로 안정한 산소 결함 구조를 탐색하고, 대표 구조에 대해 DFT 검증을 수행하였다. 본 연구는 Cl와 산소 결함의 복합적 효과가 염화물 환경에서 OER 특성에 미치는 영향을 이론적으로 규명하고, 해수 수전해용 비귀금속 산화물 촉매 설계를 위한 기초적 이해를 제공한다.

Seawater-based anion exchange membrane water electrolysis (AEMWE) has attracted significant attention because it suppresses chlorine oxidation reactions while enabling the use of non-precious metal catalysts. In such systems, an atomistic understanding of the effects of chloride ions on catalyst surfaces is crucial for elucidating the reaction selectivity of the oxygen evolution reaction (OER). In this study, first-principles calculations were employed to investigate the adsorption behavior of chloride ions on cobalt oxide catalyst surfaces and the resulting changes in OER mechanisms. Density functional theory (DFT) was used to evaluate the adsorption characteristics of chloride ions and key OER intermediates (OH*, O*, and OOH*), as well as the associated variations in free-energy profiles. To more realistically capture practical catalytic conditions, thermodynamically stable oxygen vacancy structures were explored using an AMP-based machine-learning interatomic potential combined with Monte Carlo simulations, and representative structures were subsequently validated through DFT calculations. Overall, this study provides theoretical insights into the combined effects of chloride ions and oxygen vacancies on OER behavior in chloride-containing environments and offers fundamental guidance for the design of non-precious metal oxide catalysts for seawater electrolysis.