First-principles based density functional theory (DFT) is a total energy theory, which provides a wealth of understanding on the electronic structures of materials, with a reasonable computational cost, however has several limitations apart from its efficiency. It is the inaccuracy in the calculation of material’s band gap and size difference of computable theoretical size of nanoparticles and the size in experiments, which is one of the difficulties in catalyst calculation. To improve this, we used self-consistent hybrid DFT and Hubbard model to calculate structural and electrical characteristics of titanium dioxide, and compared the results with formal DFT and experimental results. Also, we developed improved cluster expansion model to investigate the CO2 reduction reaction of real size gold nanoparticle. We found out that improved model shows good agreement with formal experimental data. In addition, using the DFT theory, we investigate magnetocrystalline anisotropy energy of rare-earth free hard magnet and phase transition mechanism of PVDF.
제일원리를 기반으로 한 밀도범함수 이론은 총 에너지 이론으로, 합리적인 계산 비용으로 물질의 전자 구조에 대한 풍부한 이해를 제공하지만, 그 효율성과는 별개로 다양한 한계를 가지고 있다. 물질의 띠간격 계산의 부정확성과 나노 입자의 계산 가능한 이론적 크기와 실험에서의 크기 차이 등이 그것이며, 이는 촉매 계산에서의 어려움 중 하나이다. 이를 개선하기 위하여, 본 연구에서는 자체-일관성 혼성 밀도범함수 이론과 허버드 모델을 이용하여 이산화 타이타늄의 구조적, 전기적 특성을 분석하고, 기존 밀도범함수 이론 및 실험 결과와 비교 분석 하였다. 그리고 개선된 클러스터 확장 모델을 개발하여 실제 크기와 비슷한 금 나노 입자의 이산화탄소 환원 반응에 대하여 연구하였으며, 개선된 모델이 기존의 실험 결과와 일치하는 것을 확인하였다. 또한 밀도범함수 이론을 이용하여, 비희토류 영구자석의 자기 이방성의 향상과 플루오르화 폴리비닐리덴의 상변화 메커니즘에 대하여 연구하였다.
