Heterogeneous catalysts have attracted much attention because of its wide applicability in many industries. However, understanding on their microscopic structure and phenomena has been limited due to its complexity, even though it is necessary to control the macroscopic properties of the catalysts. We believe that multiscale simulation involving atomic and molecular level of understanding can be a solution to elucidate the complex problems in the catalyst systems and to design more advanced catalysts. Hence, we have been working on (1) the mechanistic investigations on the complicated catalytic processes over several heterogeneous catalysts such as hydrogen spillover based catalysis on zeolite-encapsulated Pt catayst, direct synthesis of hydrogen peroxide on carbon-coated Pt catalyst, and nitrite reduction on Pd catalyst, and (2) further designing of new catalysts such as isoelectronic alloy catalyst for $H_2$ dissociation, Ag-based catalysts for electrochemical reduction of carbon dioxide, and Pt-based catalysts for electrochemical oxygen reduction reaction by performing multiscale modelling and simulation.
불균일 촉매 시스템은 여러 산업 분야에서의 넓은 응용성으로 인해 활발히 연구가 되어오고 있다. 하지만 촉매 반응성을 향상시키는 데 있어 촉매 소재의 미세 구조 및 촉매 현상에 대한 이해가 필수적임에도 불구하고, 이는 불균일 촉매 소재 자체가 지니는 복잡성으로 인해 제한 되어 오고 있다. 이에 소재 및 현상에 대한 원자/분자 수준의 분석을 가능하게 하는 멀티스케일 시뮬레이션 기법은 촉매 시스템 내 복잡한 구조 및 현상들을 이해하고, 더 나아가 더 발전된 촉매 시스템을 디자인 하는데 있어 하나의 대안이 될 수 있을 것이라 생각한다. 따라서, 본 학위논문에서는 멀티스케일 시뮬레이션을 기반으로 (1) 여러 불균일 촉매 시스템들 내 복잡한 반응 메커니즘을 이해하고, 더 나아가 (2) 새로운 촉매를 디자인하는 연구들에 대해 다루었다.
