제일원리를 이용한 이산화 티타늄 표면 변형에 따른 일산화탄소 분자의 흡착 거동 연구

Abstract

제일원리(Ab initio) 방법을 사용하여 TiO2 Anatase의 표면에서 발생하는 일산화탄소 분자의 흡착 거동을 연구하였다. TiO2 Anatase 박막이 구부러진 구조를 가질 경우 박막의 상부는 인장력(Tensile Force)이 작용하고 하부는 압축력(Compressive Force)이 작용한다. 그 결과 표면에 위치한 이온들의 결합길이와 위치가 변하며 결과적으로 평평한 형태의 박막과는 다른 흡착 성질을 나타낸다. 본 연구는 제일원리 분석을 통해서, TiO2 Anatase 결정구조의 열역학적으로 안정한 (010), (001), (101) 표면에 대하여 일산화탄소 분자의 흡착 거동을 살펴보았으며, 그 결과 0-10%로 격자에 인장 변형이 가해질 때, 일산화탄소 분자의 흡착 에너지가 증가하다가 감소하는 경향성이 나타냈다. 반대로 압축력이 작용할 때, 일산화탄소 분자의 흡착 에너지는 증가하는 경향성이 계산되었다. 이는 압축력에는 강하고 인장력에는 약한 세라믹 재료의 특성에 기인한 현상이다. 또한 일산화탄소 분자가 TiO2 Anatase 결정의 (010), (001), (101) 표면에 존재하는 티타늄 이온과의 결합에너지를 비교하였으며, 그 결과 표면의 티타늄 이온과 일산화탄소의 탄소 원자와의 결합이 티타늄이온과 일산화탄소의 산소이온과의 결합보다 더 강한 결합을 하는 것으로 나타났다.