In this dissertation, the surface and interface of metal oxides and two-dimensional transition metal nanomaterials were investigated for their physical and chemical properties using first-principles calculations. First, the interface between Pt metal and TiO2 metal oxide, which is chemically bonded, was analyzed, and the reaction mechanism of oxygen gas and harmful gas was studied. It was proposed that oxygen vacancy in TiO2 support generate excess electrons, and that the electron transfer toward Pt may affect the properties of the Pt metal in contact and the surface gas reaction. Second, the interfacial properties of two-dimensional transition metal dichalcogenides, such as MoS2 and MoTe2, that physically interact with the tip and substrate were investigated. At the interface of physically weak bonds caused by van der Waals forces, the heat transport can be different depending on the unique phonon properties of each material. In addition, the atomic structure of the surface modifies the potential energy of interaction with the tip, resulting in a difference in the energy barrier experienced by the tip. This, in turn, is closely related to the magnitude of the friction force at the nanoscale.
본 학위 논문에서는 제일원리 계산법을 이용하여, 금속 산화물 그리고 이차원 전이금속 나노 소재의 표면 및 계면에서 나타나는 물리 및 화학적 물성을 연구하였다. 첫째, 화학적 결합을 하는 백금 금속과 이산화 타이타늄 금속 산화물 계면을 분석하고, 산소기체 및 유해기체 반응 기작을 연구하였다. 이산화 타이타늄 지지체의 산소결함은 잉여전자를 생성하고, 전자의 계면이동은 접촉한 백금 금속의 특성 및 표면의 기체반응에 영향을 미칠 수 있음을 제안하였다. 둘째, 이황화 몰리브덴 및 몰리브덴 텔루라이드 같은 이차원 물질의 표면이 팁 및 기판과 물리적으로 상호작용할 때의 계면 물성을 연구하였다. 반데르발스 힘에 의한 약한 물리적 결합 계면에서는, 각 물질의 포논 특성에 따라 열 수송 능력이 달라질 수 있다. 또한 표면의 원자구조는 팁과의 상호작용하는 위치 에너지를 달라지게 하여, 팁이 느끼는 에너지 장벽의 차이를 가져온다. 이는 결국 나노범위에서 마찰력 크기와 밀접한 연관이 있다.
