Theoretical Investigation for the Adsorption of Various Gases (CO_x, NO_x, SO_x) on the BN and AlN Sheets

N과 AlN 시트에 다양한 기체(CO_x, NO_x, SO_x)의 흡착에 관한 이론 연구

The adsorption of various atmospheric harmful gases ($CO_x$, $NO_x$, $SO_x$) on graphene-like boron nitride(BN) and aluminum nitride(AlN) sheets was theoretically investigated using density functional theory (DFT) and MP2 methods. The structures were fully optimized at the $B3LYP/6-31G^{**}$ and $CAM-B3LYP/6-31G^{**}$ levels of theory and confirmed to be a local minimum by the calculation of the harmonic vibrational frequencies. The MP2 single-point binding energies were computed at the $CAM-B3LYP/6-31G^{**}$ optimized geometries. Also the zero-point vibrational energy (ZPVE) and 50%-basis set superposition error (BSSE) corrections were included. The adsorptions of gases on the BN sheet were predicted to be a physisorption process and the adsorptions of gases on the AlN sheet were predicted to be a physisorption process for $CO_x$ and $NO_x$ but to be a chemisorption process for $SO_x$.

본 연구는 그래핀과 유사한 2차원 붕소-질소(BN)와 알루미늄-질소(AlN) 시트에 여러 대기 유해 가스($CO_x$, $NO_x$, $SO_x$)가 흡착될 때의 구조적 특징과 결합에너지를 밀도 범함수 이론(DFT)과 MP2 방법을 사용하여 연구하였다. 분자 구조는 $B3LYP/6-31G^{**}$와 $CAM-B3LYP/6-31G^{**}$이론 수준에서 최적화하고, 진동 주파수를 계산하여 열역학적으로 가장 안정한 분자 구조를 확인하였다. 결합에너지는 $MP2/6-31G^{**}$ 이론 수준에서 한 점(single point) 에너지를 계산하고, 영점 진동에너지(ZPVE)와 바탕집합 중첩에러(BSSE)를 모두 보정하였다. BN 시트에 가스의 흡착은 모두 물리흡착으로 예측되었으며, AlN 시트에 대한 가스 흡착은 $CO_x$나 $NO_x$에 대해서는 물리흡착이 그리고 $SO_x$에 대해서는 화학 흡착이 일어날 것으로 예측되었다.