Solid-liquid interface is a place where various physicochemical reaction (such as heterogeneous catalyst reaction, wetting, DNA/protein folding etc.) take place and is a system that must be understood in order to regulate chemical reaction or properties. However, unlike other surfaces, the interface is not exposed and the direct observation is challenging. It triggered the active research of computational chemistry that can simulate the interface by controlling the environment at the atomic / molecular level. However, it is still challenging to quantitatively estimate even the wettability, which is the most fundamental concept of the interfacial phenomena. In this thesis, it is covered not only a single simulation method for catalytic reaction, which is one of the representative interfacial phenomena, but also a multiscale method for qualitative and quantitative prediction of the wettability, furthermore, the possibility of applying it to graphene and metal systems is also shown. In particular, in case of the interface where the solid and the liquid coexist, since the size of the system is large and high accuracy is required, the multiscale simulation method is applied. This will provide theoretical guidance to understand the wetting and the chemical reactions of current materials (that is not easy to measure by stability issues etc.) as well as future materials.
고체-액체 계면은 다양한 물리화학 반응이 일어나는 곳으로 화학 반응 혹은 물성을 제어하기 위해서는 필수적으로 이해가 수반되어야 하는 시스템이다. 그러나 일반적인 표면과 달리 계면은 노출되어 있지 않기 때문에 직접적인 관찰이 어려운 실정이다. 이에 따라 원자/분자 수준으로 환경을 제어하며 계를 모사할 수 있는 전산모사를 활용한 계면 시스템 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 아직까지 계면 현상 중 가장 근본적인 젖음도라는 물성조차 정량적으로 예측하기 힘든 것이 현실이다. 본 학위 논문에서는 대표적인 계면 현상 중 하나인 촉매 반응에 대한 단일 시뮬레이션 방법론 뿐만 아니라 고체와 액체가 혼재하였을 때 가장 원론적인 현상인 젖음도에 대해 정성적, 정량적인 예측이 가능한 멀티스케일 방법론에 대해 소개하고 그 가능성을 그래핀과 금속 시스템에 적용하여 보여주고자 한다. 이를 통해 산화에 취약한 금속표면과 같이 정확하게 표면을 제련하기 힘든 물질뿐만 아니라 아직 합성되지 않은 미래 물질에 대한 젖음도 및 화학반응에 대해 이해할 수 있는 이론적 지침을 제공할 것이다.
