비단열 화학 반응에 대해 들어본 적 있나요? 비단열 화학 반응이란 전자 상태의 변화가 일어나는 화학반응을 뜻합니다. 이러한 전자 상태의 변화는 분자와 재료의 전자적 및 자기적 특성을 크게 바꾸어, 일반적이지 않은 흥미로운 화학 변화를 만들어 냅니다.
전이 금속을 포함한 분자와 재료에서는 이 비단열 화학 변화를 자주 발견할 수 있습니다. 그 이유는 전이 금속이 전자를 주고 받는 능력(양자 화학적으로 전자 상태가 쉽게 변화할 수 있는 능력)이 뛰어나기 때문입니다.
생명체는 전이금속 복합체를 활용해 다양한 생화학적 기능을 수행하며, 화학자는 전이금속을 포함하는 촉매나 산화물 재료를 사용하여 흥미로운 화학을 가능하게 합니다. 이러한 분자와 재료에서 일어나는 비단열 화학 반응을 이해하는 것은 새로운 소재를 개발하는데 중요한 단서가 됩니다.
하지만, 비단열 화학반응은 화학자가 직관적으로 이해하기 어려운 양자화학적 과정입니다. 따라서, 다양한 이론적, 실험적 연구를 통해 베일에 싸인 화학적 원리를 탐구해 나가야 합니다.
전자 구조 이론은 현대 과학에서 분자와 재료의 전기적/자기적 특성을 이해하는 핵심적인 이론적 도구로 여겨집니다. 지난 수십 년 동안, 양자 화학자는 화학 시스템의 세부적인 특성을 정확히 모사할 수 있는 다양한 시뮬레이션 기법을 개발해왔습니다. 그럼에도 불구하고, 전이금속을 포함해 전자 간 강한 상호작용이 있거나, 단백질 또는 재료 시스템과 같은 크고 복잡한 시스템의 전자구조 시뮬레이션은 여러 도전적인 문제들을 갖고 있습니다.
우리 연구팀은 전이금속을 포함한 분자와 재료 시스템에서 일어나는 중요한 비단열 화학 변화를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 탐구 합니다. 이를 위해 이 화학 변화를 정확히 시뮬레이션 할 수 있는 효율적이고 검증 가능한 양자 화학 방법론을 개발합니다.
전이금속 생화학 촉매 반응 비단열 과정 연구
생체 내 효소의 약 40% 는 금속을 포함한 효소로 알려져 있습니다. 많은 경우 전이금속은 이 효소들의 활성 중심에서 촉매 활동을 담당합니다. 전이금속의 역할과 어떤 요소가 효율적인 촉매 활동을 가능하게 하는지 이해하는 것은 새로운 촉매를 개발하는데 중요한 이정표가 됩니다. 양자화학 전자구조 이론은 어떤 정보를 제공 할 수 있고, 이를위해 극복해야 할 과제는 무엇이 있을까요?
더 알아보기 →전이금속 산화물 비단열 과정 연구
전이금속 산화물 재료는 주변 환경 변화에 따라 전기적/자기적 특성이 크게 바뀔 수 있어, 화학적 활용 가치가 매우 높습니다. 실제로, 배터리 양극재, 태양광 전지, 고온 초전도체, 촉매 등 다양한 과학 및 기술 분야에서 활용 되고 있습니다. 양자화학 방법을 재료 시스템에 적용하면, 환경 변화에 따른 재료의 물성 변화를 이해할 수 있습니다. 이론적 시뮬레이션의 어려움과 그 해결책은 무엇일까요?
더 알아보기 →전이금속 클러스터 전자구조 연구
두 개 이상의 전이금속이 연결 된 분자를 전이금속 클러스터라 부릅니다. 금속 효소의 활성 중심에서 발견되는 금속 클러스터는 일산화탄소를 탄화수소로, 질소를 암모니아로, 물 분자를 산소로 바꿔주는 반응의 촉매로 활용 됩니다. 계산 화학자는 시뮬레이션을 통해 이러한 화학 반응을 이해하고 싶어 하지만, 전이금속 클러스터의 바닥상태 전자 구조를 시뮬레이션 하는 것 조차 가장 도전적인 과제 중 하나로 알려져 있습니다. 어떤 해결책이 있을 까요?
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