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 | | Simulator |
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 > Research > Simulator |
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| 본 연구실의 Simulation 그룹은 원자단위 시뮬레이션인 Molecular Dynamics (MD), Monte-Carlo Method (MC)와 전자단위 계산법인 Density functional Theory (DFT)를 유기적으로 결합하여 나노 재료를 해석, 설계하고 있다. |
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< 소재의 크기와 시간에 따르는 다양한 실험/전산모사 방법 >
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| 일반적인 전산모사 그룹들은 MD나 MC와 같은 분자단위 시뮬레이션과 DFT나 ab-initio 계산과 같은 전자단위 계산 연구를 독립적으로 수행하는 경우가 대부분이다. 하지만 본 연구실은 국내에서는 드물게 여러 전산모사 방법론에 대해 폭넓은 이해를 바탕으로 멀티스케일 시뮬레이션 환경을 구현하고 있으며, 이를 바탕으로 신소재공학과 내부적으로는 물론 미국 UC-Santa Barbara, UT-Austin, Univ. of Pennsylvania, KAIST 화학과, 한국표준과학연구원, KIST 등과 함께 공동 연구를 진행하고 있다. |
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1. Structural Stability of Nano-Materials
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/ Bimetallic
nanoparticles /
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| 나노 입자는 그 구조에 따라 매우 다양한 물리적, 화학적, 광학적 특성을 갖는다. 따라서 실제 응용을 위해, 주어진 조건에서 나노 입자가 갖는 구조에 대한 정확한 예측은 매우 중요하다. 본 연구실에서는 단원계 뿐만 아니라, 이원계 나노 입자의 종류, 온도, 크기, 조성에 따른 입자의 구조 안정성에 대한 연구를 활발히 수행하고 있다. |
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< Ag-Pd 나노 입자의 온도의존 구조 변화(a) 300; (b) 400; (c) 500; (d) 700 K > |
< 광학적 특성으로 주목 받는 Nanoprism의 성장 mechanism 규명 > |
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| 나노 입자는 bulk와는 달리 부피 대비 표면적의 비율이 높아 매우 낮은 녹는점을 갖는다. 위와 같은 온도 의존 구조 변화 데이터를 확장하여 나노 입자의 상태도를 제작, 응용한다. |
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Ag-Pd 나노 입자의 크기별 Nano-Phase
Diagram (a) D=2.5nm (b) D=2.9nm (c) D=3.5nm) >
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/ Nanowires /
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| 1D 나노 입자는 물론 2D 나노 와이어의 경우에도 그 성장 메커니즘과 물성에 대한 다각적인 연구를 수행 중이다. |
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Au Nanowire의 성장 메커니즘 규명
(KAIST 화학과와 공동연구) |
Bimetallic nanowire의 Mechanical Property |
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2. Computational Design of Nano-Catalysts
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Simulation group의 가장 핵심적인 연구 테마는 MD/MC/DFT등 멀티 스케일 Simulation기법을 이용한 나노 촉매의 설계이다. 특히 Bimetallic Nano Particle및 Oxide-Metal Composite 촉매를 이용한 Selective Oxidation 촉매와 Fuel cell 촉매 연구분야에서 두드러진 성과를 거두고 있다. |
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< Partially Reduced Rutile-TiO2 supported Au를 이용한 Fuel Cell용 나노 촉매 > |
< 0.6 nm Ag 나노 입자에 의한 CO의 selective oxidation > |
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또한 TiO2, CeO2등 Metal-oxide nano촉매를 이용한 selective oxidation, Water Gas Shift Reaction (Hydrogen generation), dehydrogenation에 대한 연구도 함께 수행하고 있다. |
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< Doped-Rutile TiO2촉매를 이용한CO의 Selective > |
< Rutile supported vanadium oxide에 의한 methanol의 oxidativedehydrogenation > |
< Au-doped CeO2에서 일어나는 Water Gas Shift Reaction > |
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3. System Optimization of Nano-Catalysts
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| 나노 입자를 이용한 촉매는 이미 자동차 배기가스 정화용 촉매, Fuel-Cell 촉매 등으로 적용되고 있다. 이때 촉매 입자들의 aggregation 현상을 방지하면 나노 촉매의 내구성을 향상시킬 수 있다. 본 연구실은 graphite와 CNT에 지지된 나노 입자 촉매 시스템에서 나노 입자의 diffusion mechanism 및 pathway를 밝힘으로써 내구성을 증가시킬 수 있는 최적화된 시스템 환경을 제안하였다. |
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< 나노 입자의 구조에 따른 bottom layer의 구조 및 흑연과의 matching 형상, 나노 입자의 diffusion을 결정하는 요소가 된다 > |
< Mixed bottom layer를 가진 나노 입자의 total atomic movement > |
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| Graphite와 CNT에 지지된 나노 입자는 서로 다른 mechanism을 통해 diffusion한다. Graphite에 지지된 나노 입자의 경우는 나노 입자의 bottom layer의 구조에 확산이 의존하지만 CNT의 경우 bottom layer 뿐 아니라 CNT의 chirality및 반지름에 의해 확산의 방향 및 정도가 결정된다. |
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| < CNT에 지지된 Pt 나노 입자의 diffusion pathway > |
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| [ Simulation group 연구 성과 : 2011년 이후 ] |
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H. Y. Kim, D. H. Kim, and H. M. Lee, J. Nanosci. Nanotechnol. 11, 2251 (2011) |
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J. M. Yuk, K. Kim, B. Aleman, W. Regan, J. H. Ryu, J. Park, P. Ercius, H. M. Lee, A. P. Alivisatos, M. F. Crommie, J. Y. Lee, and A. Zettl, Nano Letters 11, 3290 (2011) |
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J. H. Ryu, S. S. Han, D. H. Kim, G. Henkelman and H. M. Lee, Acs Nano 5, 8515 (2011) |
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D. H. Kim, K. Shin and H. M. Lee, J. Phys. Chem. C 115, 24771 (2011) |
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H. S. Jang, H. Y. Kim, Y.-S. Kim, H. M. Lee and D. Y Jeon, Opt Express (2012) |
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H. Y. Kim, H. M. Lee and G. Henkelman, J. Am. Chem. Soc. (2012) |
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S. C. Yeo, D. H. Kim, K. Shin and H. M. Lee, Phys. Chem. Chem. Phys (2012) |
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K. Shin, D. H. kim, S. C. Yeo and H. M. Lee, Catal Today (2012) |
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I. Jung, K. Shin, N. R. Kim and H. M. Lee, J. Mater. Chem. C (2013) |
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S. C. Yeo, S. S. Han and H. M. Lee, Phys. Chem. Chem. Phys. (2013) |
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K. Shin, D. H. Kim and H. M. Lee, ChemSusChem (2013) |
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S. C. Yeo, S. S. Han and H. M. Lee, J. Phys. Chem. C (2014) |
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J. C. Park, S. C. Yeo, D. H. Chun, J. T. Lim, J.-I. Yang, H.-T. Lee, S. Hong, H. M. Lee, C. S. Kim and H. Jung, J. Mater. Chem. A (2014) |
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S. C. Yeo, Y. C. Lo, J. Li, and H. M. Lee, J. Chem. Phys (2014) |
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