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결정 구조가 PtFe 산소 발생 반응 전기 화학적 촉매에 미치는 영향 원문보기

EDISON SW 활용 경진대회 논문집. 제4회(2015년), 2015 Mar. 19, 2015년, pp.308 - 311  

정원석 (전산재료연구실, 재료공학부, 서울대학교)

초록
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https://nano.edison.re.kr/에서 제공하는 Linear Combination of Atomic Orbitals 기반 Density Functional Theory 전자구조계산 SW을 이용하여 정렬된 FCC 결정구조의 PtFe와 원자의 배열이 무질서한 PtFe의 산소 발생 반응의 과전압을 알아보았다. 화학 반응에 참여하는 정렬된 FCC PtFe의 표면 방위는 표면 에너지 계산을 통해 (111) 면으로 설정하였다. 과전압 값은 산소 발생 반응의 각 단계의 자유 에너지 변화를 계산하여 양의 반응 에너지이다. 과전압 측정 결과 정렬된 FCC 결정구조의 PtFe와 원자의 배열이 무질서한 PtFe의 과전압은 각 각 0.623875eV, 0.603118eV 이다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • Linear Combination of Atomic Orbitals 기반 Density Functional Theory 전자구조계산 SW을 통해 일반화된 기울기 근사법(GGA)과PerdewBurke-Ernzerhof (PBE) 교환 상관관계 모수화 방법(exchange-correlation parameterization)을 사용한 밀도범함수이론(Density functional theory, DFT) 계산해 정렬된 FCC 결정구조의 PtFe와 원자의 배열이 무질서한 PtFe의 산소 발생 반응의 정렬된 o-PtFe의 표면 방위는 표면 에너지가 가장 낮은 방위인 (111) 면을 잡아서 계산을 하였다. 과전압을 알아보았다.
  • 해당 소프트웨어에서 일반화된 기울기 근사법(GGA)과 Perdew-BurkeErnzerhof (PBE) 교환 상관관계 모수화 방법(exchange-correlation parameterization)을 사용한 밀도범함수이론(Density functional theory, DFT)을 계산했다. [2][3] 소프트웨어에 내장 된 pseudopotential을 사용하였으며 MeshCutoff를 36.7493 Ry(=500eV)로 설정하였다.
  • Linear Combination of Atomic Orbitals 기반 Density Functional Theory 전자구조계산 SW을 통해 일반화된 기울기 근사법(GGA)과PerdewBurke-Ernzerhof (PBE) 교환 상관관계 모수화 방법(exchange-correlation parameterization)을 사용한 밀도범함수이론(Density functional theory, DFT) 계산해 정렬된 FCC 결정구조의 PtFe와 원자의 배열이 무질서한 PtFe의 산소 발생 반응의 정렬된 o-PtFe의 표면 방위는 표면 에너지가 가장 낮은 방위인 (111) 면을 잡아서 계산을 하였다. 과전압을 알아보았다. 화학 반응에 관여하는 과전압 측정 결과 o-PtFe와 d-PtFe의 과전압은 각각 0.
  • 따라서 수소 에너지의 대량 생산과 상용화가 가능한 환경 친화적이며 값싼 고효율 촉매의 개발이 필요하다. 본 실험에서는 Pt와 Fe가 1 대 1 로 결합한 PtFe의 산소 발생 반응 촉매로써의 역할을 분석했다. 분석은 정렬된 FCC 결정구조를 이루고 있는 PtFe(이하 o-PtFe)와 원자의 배열이 무질서한 PtFe(이하 d-PtFe)의 두 가지 경우에 대해 실시해 PtFe의 구조가 촉매 역할에 미치는 영향을 알아보았다.
  • 본 실험에서는 Pt와 Fe가 1 대 1 로 결합한 PtFe의 산소 발생 반응 촉매로써의 역할을 분석했다. 분석은 정렬된 FCC 결정구조를 이루고 있는 PtFe(이하 o-PtFe)와 원자의 배열이 무질서한 PtFe(이하 d-PtFe)의 두 가지 경우에 대해 실시해 PtFe의 구조가 촉매 역할에 미치는 영향을 알아보았다.

이론/모형

  • Linear Combination of Atomic Orbitals 기반 Density Functional Theory 전자구조계산 SW을 통해 계산을 수행하였다. 해당 소프트웨어에서 일반화된 기울기 근사법(GGA)과 Perdew-BurkeErnzerhof (PBE) 교환 상관관계 모수화 방법(exchange-correlation parameterization)을 사용한 밀도범함수이론(Density functional theory, DFT)을 계산했다.
  • Linear Combination of Atomic Orbitals 기반 Density Functional Theory 전자구조계산 SW을 통해 계산을 수행하였다. 해당 소프트웨어에서 일반화된 기울기 근사법(GGA)과 Perdew-BurkeErnzerhof (PBE) 교환 상관관계 모수화 방법(exchange-correlation parameterization)을 사용한 밀도범함수이론(Density functional theory, DFT)을 계산했다. [2][3] 소프트웨어에 내장 된 pseudopotential을 사용하였으며 MeshCutoff를 36.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Pt의 단점은 무엇인가? 현재 사용되는 물 분해 반응의 촉매 중 과전압을 낮추는데 가장 효율적인 것은 Pt이다. 그러나 Pt는 희소 금속의 특성상 가격이 매우 비싸며 제조과정이 까다롭다. 따라서 수소 에너지의 대량 생산과 상용화가 가능한 환경 친화적이며 값싼 고효율 촉매의 개발이 필요하다.
물 분해 반응의 촉매 중 과전압을 낮추는 가장 효율적인 것은 무엇인가? 현재 사용되는 물 분해 반응의 촉매 중 과전압을 낮추는데 가장 효율적인 것은 Pt이다. 그러나 Pt는 희소 금속의 특성상 가격이 매우 비싸며 제조과정이 까다롭다.
수소 에너지의 대량 생산이 가능한 고효율 촉매의 개발이 필요한 이유는? 현재 사용되는 물 분해 반응의 촉매 중 과전압을 낮추는데 가장 효율적인 것은 Pt이다. 그러나 Pt는 희소 금속의 특성상 가격이 매우 비싸며 제조과정이 까다롭다. 따라서 수소 에너지의 대량 생산과 상용화가 가능한 환경 친화적이며 값싼 고효율 촉매의 개발이 필요하다.
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