물리화학적 연구 방법인 계산화학은 화학반응을 이론적으로 이해하는 데 도움을 주는 중요한 역할을 지닌다. 밀도범함수 이론(DFT)은 다체 시스템의 전자구조 에너지를 계산하는 수치해석적 방법으로, 광촉매의 반응 메커니즘과 전자구조를 이해하는 데 핵심적이다.
해당 논문에서는 DFT를 활용하여 나노클러스터 광촉매인 Au₁₂Ag₃₂가 수소 발생 반응에서 뛰어난 활성도를 나타내는 원인을 설명한다. Au₁₂Ag₃₂는 HOMO 에너지 준위의 감소로 인해 전하 분리 성질이 향상되었으며, Band edge position 도표를 통해 이러한 변화가 반응 활성도에 미친 영향을 밝힌다. 광촉매의 전자구조를 예측하기 위한 예측을 통해 Au₁₂Ag₃₂의 HOMO 에너지 준위 감소가 금 코어 치환 효과로 인한 것임을 MO 분석을 통해 확인하였다. 또한 MO 분석 결과, 셀레늄 제거가 흡광구조와 전자구조에 영향을 미칠 것으로 보여, 광촉매의 흡광도 안정성 변화를 암시한다. 또한 Au₁₂Ag₃₂는 Ag₄₄에 비해 리간드 제거 반응이 덜 일어나므로, 흡광도의 안정성이 향상됨을 설명된다. 이러한 결과는 DFT를 통해 나노클러스터 광촉매의 활성도, 전자구조, 리간드 제거에 대한 이해를 제공하며, 광촉매의 새로운 설계 및 개발에 유용한 정보를 제공할 수 있다.