Fuel cell electric vehicles (FCEVs) have been developed for renewable energy system and for reducing greenhouse has emission. The sluggish kinetics oxygen reduction reaction (ORR) at the cathode of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) has been identified as the main bottleneck for this application. In this thesis, we designed an ORR catalyst through first-principles high-throughput screening. We investigated physical and chemical properties of the candidate including the reaction mechanism on this material surface. We also performed the detailed reaction mechanistic study under electrochemical environment using grand canonical calculations. We believe this study can give an insight to develop better ORR catalysts for commercializing FCEVs.
자동차용 연료전지 개발은 자연친화적 에너지 순환 시스템 및 온실가스 저감을 위한 대안으로 각광받고 있다. 이를 위해서는 공기극의 산소환원 촉매 개발이 가장 중요한 요인으로 손꼽힌다. 본 학위논문에서는 높은 활성 및 안정성이 기대되는 촉매 후보를 대용량의 제일원리 계산을 통해 설계하고, 이러한 재료 위에서의 자세한 촉매 반응 거동 이해 및 여러 물리적 • 화학적 특성을 살펴본다. 또한 상용적으로 쓰이고 있는 백금 촉매의 반응 메커니즘을 화학 포텐셜이 고정된 밀도범함수 계산을 통해 원자수준에서 이해함으로써, 산소환원용 촉매 개발에 근본적인 지침을 주고자 한다.
