Noble metals such as Pt have been used for catalyst in fuel cell. However, due to the high price of noble metals, there have been many efforts for reducing the Pt amount or substituting Pt. As a part of this research, our group has researched Ag-base bimetallic nanoparticles. In this study, we researched structural stability of AgCu bimetallic nanoparticles and their catalytic property. We prepared 13-atom and 38-atom nanoparticle which include Ag, Cu, and AgCu systems. Through the DFT calculations and MD simulation, we determined the stable structure of each nanoparticle and suggest the nano phase diagram. We also studied oxygen adsorption on each nanoparticle, and determined strong adsorption site. Oxygen molecule adsorption energy difference is founded by changing size and system. The oxygen dissociation is the rate determining step in Oxygen reduction reaction (ORR). Thus we calculated energy barriers against the oxygen dissociation. Through the oxygen adsorption energy and energy barrier against oxygen dissociation, we compared the catalytic property of each nanoparticle. As a result, we found the effect of Cu substitution for catalytic property in Ag nanoparticle.
현대사회의 큰 화두는 에너지와 환경이다. 에너지의 고갈과 환경오염은 재사용 가능하고 친환경적인 에너지 자원을 요구하고 있다. 특히 연료전지는 이러한 요구에 잘 맞아떨어지고 있다. 특히 연료전지의 효율을 결정하는 촉매에 대한 연구는 많은 관심을 받고 있다. 백금과 같은 귀금속물질은 연료전지의 촉매로서 사용되고 있다. 하지만 귀금속의 값비싼 가격으로 인해 백금의 양을 줄이거나 대체하려는 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 연구의 일환으로 본 연구그룹에서는 은 기반의 이원계 나노입자에 대해 연구하고 있다. 본 연구에서는 AgCu 이원계 금속나노입자의 구조적 안정성과 촉매활성에 대해 연구했다. Ag, Cu, AgCu 시스템에 대해서 각각 13개와 38개의 원자를 가지는 나노입자를 준비 했다. 밀도범함수이론과 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 각각의 시스템에서 안정한 구조를 찾고, 나노상태도를 제안하였다. 또한 각 시스템에 산소를 흡착시켜 강한 흡착 사이트를 확인해보았다. 나노입자의 크기와 시스템의 변화에 따라 흡착에너지 역시 다르게 나타났다. 산소해리반응은 산소환원반응에서 속도결정반응으로 알려져있어, 본 연구에서는 산소분자의 흡착과 산소원자의 흡착을 이용하여 산소해리반응의 에너지베리어를 계산하였다. 그 후 산소분자의 흡착에너지와 산소해리반응의 에너리 베리어를 이용하여 시스템간의 분석을 수행하였고, 구리원자의 치환으로 인한 촉매효과를 확인해 보았다
