Yoo group
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : Density functional theory 계산을 통한 루테늄의 표면 변형에 따른 암모니아 합성 반응 효율 연구
영문 : Effect of strain on Ru surfaces for ammonia synthesis using Density Functional Theory calculations
과제 팀명
Yoo group
지도교수
유종석 교수님
개발기간
2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 화학공학과 20183400** 이** (팀장)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 민** (팀원)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 박** (팀원)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 신** (팀원)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 이** (팀원)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 이** (팀원)
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
◇ DFT(Density Functional Theory) 계산을 통해 원자 단위에서 루테늄 표면 변형에 따른 암모니아 합성의 활성 파악.
◇ 루테늄 표면에 인장 변형을 걸어 변형에 따른 경향성을 파악하고 암모니아 합성에 어떤 영향을 미치는지 다방면에서 분석.
◇ 인장 변형으로 인한 영향들이 발생하는 이유를 표면의 전자 구조면에서 d-band를 분석해 근본적인 이유 탐색
◇ MKM(Microkinetic Modeling)을 통해 표면 변형에 따른 암모니아 수득률의 변화를 계산하고 이유 분석
개발 과제의 배경 및 효과
◇ 암모니아는 비료 생산에 중요한 역할을 담당해 인구 성장에 큰 기여를 했고 현재에도 암모니아의 거의 80%가 비료 산업에 사용돼 전 세계 식량 보급에도 막대한 영향을 미침. [Fig 1] 또한, 최근에는 높은 수소 함량, 에너지 밀도, 간편한 저장 및 운송으로 carbon free energy carrier로 주목받음.
파일:그림 1 World population growth (from Outworld in Data) [Fig 1] World population growth (from Outworld in Data)
◇ 산업적으로 암모니아를 대량 생산하는 것은 주로 하버보슈 공정에 의해 주도됨. 하지만 하버보슈 공정에서 수소 기체 생산을 위해 세계 천연 가스의 3~5%를 소비하고, 고온ᐧ고압 조건을 유지하기 위해 세계 연간 에너지 소비량의 약 1.4%를 차지해 재생 불가능한 자원 소비와 온실 가스 생산이 발생하게 된다는 부작용이 존재함. [Fig 2]
개발 과제의 목표 및 내용
◇ 촉매의 대표적 표면인 terrace와 step 표면에서의 인장 변형이 촉매의 활성에 어떤 영향을 미치는지 DFT를 이용해 분석.
◇ 선행 논문들에서는 단순 인장 변형의 결과에 대해 나열했고 kinetic 분석이 부족한 경향을 보여 이를 보완하면서 연구 진행.
◇ 인장 변형의 영향을 흡착 에너지, 활성 site, 활성화 에너지, TOF(Turnover Frequency) 면에서 다양하게 분석해 촉매의 열역학적, kinetic 특성을 파악.
◇ 인장 변형의 원인을 촉매의 전자 구조에서 분석하기 위해, d-band center와 d-band width를 계산하여 d orbital로 인해 생성된 d band의 변화를 관찰.
완료작품의 평가방법
관련 기술의 현황
State of art
내용
특허조사
내용
특허전략
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적 및 사회적 파급효과
내용
목표 달성을 위한 설계방법
연구 범위
내용
연구 수행 방법
내용
포스터
내용
개발 과제 핵심 결과
연구 내용
내용
연구 결과
내용
===산업체 애로사항 해결사항(X-Urban)
개발 과제 평가
내용
개발 과제 관련 향후 전망
연구결과 활용방안
내용
추가 연구의 필요성 및 차년도 연구계획
내용
