CO detection 중심으로 분석한 TD-DFT, DFT 설계 리포트

소개

"CO detection 중심으로 분석한 TD-DFT, DFT 설계 리포트"에 대한 내용입니다.

목차

1. Introduction
2. Method
3. Result
4. Discussion
5. Conclusion
6. Reference

본문내용

1-1. 산업 및 연구 배경
독성으로 인체와 환경에 해로운 CO gas가 많은 산업 분야에서 발생함에 따라 CO detection의 중요성이 강조되고 있으며 특히 연료전지 산업에서 더욱 주목하고 있다. 연료전지는 높은 효율, 낮은 오염, 넓은 응용범위로 없어서는 안 되는 존재이지만 전지의 연료에는 약 1~10%의 CO를 함유하며, 이 CO는 전극을 오염시키며 전지 촉매의 활성을 감소시킨다. 따라서 연료전지의 더 나은 application에 적용하기 위해서도 CO 검출은 매우 중요하다.

1-2. 논문 선정 이유
이러한 산업적 배경에서 유기소재를 활용한 CO detection 방법에 대해 조사하였고 그 중 CNT를 활용한 방법을 찾게 되었다. 이 논문에서는 기존의 방법으로 CNT로 CO를 감지할 때 사용되는 방법의 문제점을 지적하며 이를 doping을 통해 개선하는 방향에 대해 소개하였다.
또한 DFT를 활용해 B, N dopant가 CNT의 CO detection sensitivity에 미치는 영향을 조사하고, dopant 종류와 위치에 따른 활성화 정도의 차이를 나타내며 가장 효율적인 doped-CNT에 대한 결과를 나타냈다. 비교적 단순한 구조인 CNT를 doping을 통한 개질 방법으로 활성화시켜 여러 능력을 부여한다는 점에서 다른 원소를 사용해 doping하거나 doping 외의 방법으로 활성화를 시키는 등 다양한 application 적용 가능성을 찾을 수 있을 것이라 생각하여 해당 논문을 선택하였다.

1-3. 기존 방법의 문제점
기존 전이금속을 촉매로 사용한 CNT는 CO 검출에서 중요한 역할을 하였다. 그 중 Pt decorated-CNT는 연료전지 device application에 많이 사용되었다. 순수 CNT에 금속을 결합시킬 경우 대부분의 연구에서 CO에 대한 CNT의 반응성이 향상됨을 보였다. 그러나 천연 매장량, 가격 등의 문제로 metal기반 sensor에는 한계가 존재하며, 따라서 먼 관점에서는 metal의 사용을 줄이거나 대체하여 궁극적으로는 금속이 없는 device를 개발해야 한다.

참고자료

· [Enhancing the reactivity of carbon-nanotube for carbon monoxide detection by mono- and co-doping of boron and nitrogen heteroatoms: A DFT and TD-DFT study]-Mahdi Abbasi a,*, Ebrahim Nemati-Kande b,**
· a Multisimulation&Multiphysic Group, Iranian Center for Quantum Technologies (ICQTs), Tehran, Iran b Department of Physical Chemistry, Faculty of Chemistry, Urmia University, Urmia, Iran