Density functional theory (DFT) is an electronic structure method, which provides an efficient and reasonably accurate way to explore large-sized molecules and materials. We mainly perform theoretical simulations based on DFT to understand chemical reactions at catalytic materials and develop a novel and advanced DFT-based methods to tackle the limitations in the current DFT methods.

밀도 범함수 이론(density functional theory; DFT)은 전자 구조를 계산하는 방법론 중의 하나로, 기존의 파동함수 이론(wavefunction theory; WFT)에 비해 상대적으로 빠르면서 상당히 정확하게 예측하여, 크기가 큰 분자나 고체 소재에 적합한 방법론입니다. 우리 연구실에서는 DFT를 기반으로 촉매 소재에서 일어나는 화학 반응을 전산모사하거나, 현재 DFT가 갖는 단점들을 극복할 수 있도록 새로운 고등 방법론을 개발하고 있습니다.

van der Waals (vdW) interactions are ones of noncovalent interactions - dipole-dipole, dipole-induced dipole and induced dipole-induced dipole interactions. The last one, also known as London dispersion force, exists everywhere in nature and determines the structures and energetics of biomolecules and chemical species of catalytic processes. Therefore, it is crucial to accurately describing vdW interaction based on theoretical methods. We are developing advanced methods for improving the description of vdW interactions based on DFT.

반데르발스 상호작용은 비결합성 상호작용 중 하나로써, 쌍극자-쌍극자 상호작용(dipole-dipole interactions: Keesom force), 쌍극자-유도쌍극자 상호작용(dipole-induced dipole interactions; Debye force), 유도쌍극자-유도쌍극자 상호작용(induced dipole-induced dipole interactions; London force)으로 구성됩니다. 그 중 London force 혹은 분산 상호작용(dispersion interactions)은 자연계에 항상 존재하며 화합물이 갖는 구조를 결정짓는 중요한 요소입니다. 현재의 DFT는 이러한 분산력을 정확하게 예측하지 못하므로 DFT 기반 분산력 보정 방법론을 개발하는 연구를 수행하고 있습니다.

Design of energy-conversion materials

Current environmental issues lead our attentions to develop sustainable and eco-friendly energy materials - energy conversion from electric and solar energy to chemical bonds. In silico materials design based on theoretical methods provides us with efficient exploration of economical and clean materials with the least cost of time and money. We have outstanding experimental collaborators to explore energy materials and design a novel catalyst.

오늘날 환경 문제를 해결하기 위해 지속가능하고 친환경적인 에너지 생산, 전환, 저장을 에너지 손실 없이 효율적으로 진행할 수 있도록 돕는 촉매 소재들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 컴퓨터를 기반으로 한 소재 설계는 실험에서 드는 비용과 시간을 절약하고 효과적으로 새로운 고효율 저비용 촉매를 개발하는 데에 큰 도움이 됩니다. 이를 위해 실험 연구진과 함께 촉매 소재에서 일어나는 화학 반응 메커니즘을 규명하는 연구를 수행합니다.