• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제5회(2016년)
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• pp.1-7
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• 2016

Triphenylsulfonium 양이온(TPS)은 잘 알려진 광산 생성자(photoacid generator, PAG)중 하나로 양이온성 중합반응(cationic polymerization)의 개시제로 널리 사용됐으며, 유기발광다이오드의 활성층, 폴리머 발광다이오드의 전자주입층을 구성하는 재료로도 사용되고 있다. TPS는 200nm 주변의 빛을 흡수하면 탄소-황 결합이 끊어져 페닐 라디칼과 diphenylsulfonium 양이온 라디칼로 분해되는 것이 알려져 있다. 본 연구에서는 밀도범함수이론과 시간의존 밀도범함수이론을 이용 triphenylsulfonium 이온의 광학적 특성을 조사하였다. 가장 안정한 구조를 기준으로 자외선 흡광 스펙트럼을 계산하였고, 실험값에 잘 맞는 것을 확인하였다. TPS의 빛에 의한 해리 과정을 알아보기 위해 페닐-황 결합 길이를 변화시키며 TPS의 흡광 스펙트럼을 계산, 여기상태 포텐셜 에너지 곡선을 구할 수 있었다. 결합의 분해에 이용되는 상태들은 주로 점유 분자 오비탈에서 최저준위 비점유 분자 오비탈(LUMO)로 들뜨는 성분을 가지고 있었는데, 이는 LUMO가 반결합성 오비탈이기 때문이다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제6회(2017년)
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• pp.118-127
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• 2017

형광화학센서는 형광분자의 화학적으로 유도된 형광의 소광 또는 증광을 통해 생체 등에서 특정 물질을 관찰할 수 있기에 그 활용도가 높다. 본 연구에서는 두 개의 서로 다른 킬레이트 결합자리를 가지는, 파이렌 이중체를 발색단의 형광분자(Pyex)를 이용하여, PET (photoinduced electron transition)와 AID (absorbance intensity decreasing)의 형광 소광 원리에 집중하여, 전자구조계산과 TD (time-dependent) 계산을 근거로 금속 양이온의 형광 소광 원리를 분류하고, 더불어 그에 관여하는 금속 양이온의 원자오비탈까지 탐색하였다. 그 결과 Pyex와 그 칼륨이온 복합체에서는 실험값과 일치하는 형광이, 납과 은 이온 복합체에서는 소광이 나타났다. 구체적으로는 납 이온의 경우 PET를 주된 원인으로 AID와 함께 작용하여 소광을 발생시키고, 은 이온의 경우는 AID에 의해 소광이 일으키는 것으로 밝혀졌다. 또한 납 이온의 p 오비탈이 소광에 관여하는 것으로 볼 수 있는 결과도 나타났다.

• 대한화학회지
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• 제46권3호
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• pp.179-186
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• 2002

$TiO_2$(110) 표면에서 물의 OH 결합 활성화가 어떤지 전자적 메카니즘에 의해 이루어지는 extended Hiickel 방법을 통해 알아보았다. 물분자는 $3a_1$오비탈의 시그마 상호작용 겨로가로 5배위 $Ti^{4+}$원자바로위에 수직으로 흡착한다. 이 결합구조에서는 물분자의 H원자가 $TiO_2$의 2배위 bridging $O^{2-}(O_b)$원자와 너무 멀리 떨어져 있으므로 OH 결합 해리를 촉진시키는 수소결합 상호 작용을 할 수 없으므로 물분자를 $O_b$ 원자쪽으로 기울여 수소결합이 형성되도록 한다. 이 경우 $O_b$ P 오비탈로부터 흡착 물분자의 LUMO $2b_1$반 결합성 오비탈로 전자밀도의 이동이 일어나고 또 물의 $3a_1$오비탈(약한 결합성)로부터 $Ti^{4+} 3d_{z2}$오비탈로 전자밀도의 이동이 일어남으로써 물의 OH 결합이 상당히 약화됨을 확인할 수 있었고 그 결과 OH와 H로 해리할 것이라는 해석이 가능하다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제4회(2015년)
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• pp.167-170
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• 2015

이 연구에서는 다양한 유기 반응에 등장하는 propellane의 흥미로운 안정성 특성을 이해하기 위해 시뮬레이션을 통해 접근하였다. [1.1.1]propellane은 ring strain이 비교적 약한 [2.2.2]propellane보다도 안정적이다. EDISON에 업로드 되어있는 GAMESS 패키지 및 wxMacmolplt을 활용하여 이러한 현상에 대해 이론적 연구를 진행하였다. 이를 통해 실제로 보고된 이례적인 안정성을 여러 종류의 propellane 분자에 대한 시뮬레이션 결과 비교를 통해서도 확인하였으며, 분자오비탈 모양과 같은 정성적인 시뮬레이션 결과뿐만 아니라 계산된 에너지준위 간격, 진동자 강도 등의 정량적인 수치들 역시 이러한 안정성과 합치하는 결과를 보였다.

• 대한화학회지
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• 제50권4호
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• pp.291-297
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• 2006

Cyclopropyl 링과 할로겐 원소가 결합된 붕소원자 사이의 hyperconjugation 효과를 알아보기 위하여 CPDFB와 CPCFB 분자의 여러 conformation과 transition state 구조들에 대해 DFT와 ab initio 방법을 사용하여 다양한 레벨에서 구조최적화 및 NBO 분석을 수행하였다. 그 결과 주요 상호작용 형태는 화합물에 따라 단일결합 오비탈 (C1-C3, C2-C3) n* (B9) 또는 *(B9-Cl11) 오비탈로 전자를 제공하는 것이었고 이때 안정화 에너지는 CPDFB 분자의 경우 6.63 kcal/mol, CPCFB 분자의 경우는 conformation에 따라 6.97(E-form)/6.79(Z-form) kcal/mol 이었다. 또한, BF2와 BFCl 기의 내부회전에 의한 회전장벽의 크기는 각각 5.3~6.7 kcal/mol과 5.7~6.5 kcal/mol로 기존에 보고된 실험값과 잘 일치함을 보였다. 마지막으로 CPCFB 분자의 conformers 중에서 Z-form이 global minimum으로 확인되었고 E-form 보다 0.2 kcal/mol 정도 안정하였다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제6회(2017년)
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• pp.165-171
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• 2017

Diels-Alder 반응은 고리형 탄소화합물을 만드는 유기 합성 과정에서 매우 중요한 반응이다. 이 반응은 중간생성물 없이 오직 1 step으로 진행되는데, diene이나 dienophile에 결합한 치환기의 electron donating 및 electron withdrawing 성질에 따라 반응성이 달라진다고 알려져 있다. 이 때 반응물인 diene과 dienophile의 분자 오비탈 및 전이 상태의 에너지 변화를 계산화학을 통해 분석한다면 Diels-Alder 반응을 보다 심도 있게 이해할 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 DFT 계산을 통하여 치환기에 따른 활성화 에너지의 크기와 diene의 nucleophilicity 및 dienophile의 electrophilicity를 비교하였다. 이를 통해 electron withdrawing group의 경우 분자의 electrophilicity를 증가시키고, electron donating group의 경우 nucleophilicity를 증가시킨다는 것을 확인할 수 있었다. 그 결과, Diels-Alder 반응이 일어날 때 dienophile의 경우 치환된 electron withdrawing group에 의해 electrophilicity가 증가함에 따라 활성화 에너지가 낮아져 반응이 잘 일어나고, 반대로 diene의 경우 electron donating group이 치환되어 있을 때 nucleophilicity의 증가에 따라 반응이 잘 일어난다는 것을 알 수 있었다.

• 대한화학회지
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• 제50권4호
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• pp.281-290
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• 2006

Hybrid DFT 계산 방법을 이용하여 1H-Indene과 Mono-sila-1H-indene 분자의 구조와 특성에 관한 이론적 연구를 수행하였다. 이 분자들의 방향족성 특성 연구를 위하여 MO, 비등방성 자기 민감도 등을 계산하였다. 1H-Indene과 Mono-sila-1H-indene 분자들에 대한 X8-X9 결합의 상대적인 안정도와 특성을 이해하기 위하여 NBO 계산을 수행하였다. 그 결과, 8, 9 위치의 Si 원자들이 C 원자들로 치환되었을 때, p orbital의 기여도가 증가하였다. 이러한 결과는 X8-X9 결합 길이는 하이브리드 오비탈의 p 오비탈 기여도에 크게 영향받는 사실을 보여준다. NBO계산을 통하여 X8-X9로부터 *X8-X9 결합 오비탈로의 비편재화에 기인하는 정량적인 에너지 안정화 세기를 결정하였다. MO 분석 결과 연구 대상 분자들의 방향족성은 3개의 비편재화된 pMO와 2개의 비편재화된 sMO에 의해서 주로 영향 받는다는 사실을 알 수 있었다.

• 대한화학회지
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• 제37권4호
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• pp.396-400
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• 1993

소랄렌의 광-피부증감의 구조-활성화 관계를 MM2, FMO 그리고 분자 connectivity법으로 연구하였다. DNA 염기에 끼워져 가교를 형성하는 소랄렌이 착물을 형성하는능력이 서로 다르다는 것을 DNA와 광-피부증감 소랄렌사이에 형성되는 분자착물로써 논의하였다. 광-피부증감을 소랄렌 유도체들의 활성화 자리의 입체 기하학 모델에 대해 분석하였고, 프론티어 오비탈 밀도는 광-피부증감 발암 활성도와 밀접한 관련이 있음을 알았다.

• 한국염색가공학회:학술대회논문집
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• 한국염색가공학회 2009년도 제41차 학술발표회
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• pp.21-22
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• 2009

최근, 헵타메틴 시아닌색소(heptamethinecyanine)는 그 적용 범위가 넓기 때문에 많은 연구자들의 관심을 받고 있다. 특히, photo-sensitizers, dye lasers, optical recordings와 storage media 등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 헵타메틴 시아닌색소의 주된 특징은 polymethine 사슬에 연결된 cyclohexene 고리에 의하여 근적외선 부근에서 흡수가 이뤄진다는 것이다. 근적외선 색소의 흡수 특성을 HOMO와 LUMO 에너지 전위를 사용하여, 수치화 함으로써 분자간, 분자내 상호작용을 분석 할 수 있다. 따라서, 본 실험은 헵타메틴 시아닌 색소의 치환체에 따른 전기화학적 특성을 순환 전압-전류법(Cyclic voltammetry)과 분자 모델링을 통하여 HOMO와 LUMO의 에너지 준위를 구하고, 치환체 효과가 헵타메틴 시아닌색소에 미치는 전기화학적 특성을 UV-Vis와 계산으로부터 얻어진 에너지준위를 분석하고자 한다. 본 실험에 사용된 Uv-Vis 스펙트럼 측정은 Agilent 8453 UV-Vis spectrophotometer를 사용하였고, 전기화학적 분석 방법인 순환 전압-전류법은 Versa STAT 3 (Princeton allied research in USA)를 사용하였다. 순환전압-전류법의 측정은 Acetonitrile 용액에 $TBAPF_6$ (Tetrabutylammonium hexafluorophosphate)를 전해질로 하고, Ag/$Ag^+$을 기준전극으로 사용하여 주사 속도를 50mV/s로 하여 측정 하였다. 치환체에 의한 영향을 알아보기 위하여 분자구조 최적화 모델링을 사용하였다. 3차원 분자입체 특성 및 에너지 준위 상태는 Materials studio 4.2를 사용하여 특성을 예측 하였다. 본 연구에서는, 헵타메틴 시아닌 색소의 기본 골격에 각기 다른 치환체를 치환 시켜 치환체에 의한 영향을 전기화학적인 방법인 순환 전압-전류법(Cyclic voltammetry)와 분자 모델링 방법을 사용하여, HOMO와 LUMO에너지 준위 값을 구함으로써 치환체에 의한 영향을 알아보았다. 치환체로는 Dye 1과 Dye 2로 치환된 헵타메틴 시아닌 색소를 사용하였다. 이렇게 얻어진 HOMO/LUMO 에너지 준위 값으로부터 이온화 에너지($I_p$)와 전자 친화도($E_a$) 또한 구할 수 있는데, $I_p$와 $E_a$는 분자 오비탈과 전자전이에 관련된 값들이고, 이는 계산을 통하여 얻을 수 있다. 순환 전압-전류법의 계산 방법은 봉우리 전위(peak postential)와 (onset potential)방법이 있는데, 이 계산을 통한 전위 값들이 봉우리 전위 계산 방법이 onset potential 방법에 비하여 작은 전위 값으로 나타난다. 하지만 이 두 가지 방법 모두 현재 순환 전압-전류법을 사용하여 HOMO/LUMO 에너지 준위를 측정하는 방법에 쓰이고 있으며, 어떠한 계산 방법이 더 정확하다고는 말 할 수 없지만, 본 실험 결과를 통하여 비교 분석한 결과 onset potential 계산 방법이 봉우리 전위 계산 방법에 비하여 정확하다고 판단된다. Dye 1과 Dye 2를 순환 전압-전류법으로 측정한 결과 각기 다른 전위를 나타내고 이것을 계산을 통하여 정량화하면 Dye 2가 Dye 1에 비하여 높은 전위 값을 갖음을 알 수 있는데, 이것은 ethyl 에 비하여 surful 원자의 전자공여성이 더 크다고 할 수 있다.

• 대한화학회지
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• 제35권4호
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• pp.316-323
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• 1991

초전도체 이트륨계 계열 중 임계온도 95 K인 YBa$_2Cu_3O_{7-x}$ 초전도계(123 system)와 80 K 인 YBa$_2Cu_4O_8$ 초전도계(124 system)의 차이점을 확장 Huckel 분자궤도론(EHT)으로 계산하였다. 123계와 124계의 layer와 chain에 대한 하전 Cu-O cluster 모델을 각각 계산한 다음 원자가 전자분포(Valence Electron Population, VEP), 환산 겹침분포(Reduced Overlap Population, ROP) 그리고 알짜 전하(net charge)를 비교하였다. 그 결과 123 및 124계의 layer에 있어서 구리원자의 원자가 전자는 d$_{x^2-y^2}$ 오비탈 보다는 d$_{z^2}$ 오비탈에 더 많이 분포되어 있음을 알 수 있었고, chain에 있어서 구리원자의 원자가 전자는 d$_{z^2}$ 오비탈보다는 d$_{y^2-z^2}$ 오비탈에서 더 많이 분포되어 있음을 알 수 있었다. 123계에 있어서 ROP는 Y 방향의 Cu(1)-O(2)보다 X 방향의 Cu(1)-O(1)가 더 크다는 것을 알 수 있었고, 124계에 있어서 layer의 ROP는 X 방향의 Cu(1)-O(1)보다 Y 방향의 Cu(1)-O(2)가 더 크다는 것을 알 수 있었다. 그러나 123 및 124 계에 있어서 chain의 ROP는 Y 방향의 Cu(2)-O(3)보다 Z 방향의 Cu(2)-O(4)가 더 크다는 것을 알 수 있었다. 123계의 layer에 존재하는 구리의 알짜 전하는 chain에 존재하는 구리의 알짜 전하보다 더 큰 반면 124계의 chain에 존재하는 구리의 알짜 전하는 layer에 존재하는 구리의 알짜 전하보다 더 크다는 것을 알 수 있었다.)-O(2)가 더 크다는 것을 알 수 있었다. 그러나 123 및 124 계에 있어서 chain의 ROP는 Y 방향의 Cu(2)-O(3)보다 Z 방향의 Cu(2)-O(4)가 더 크다는 것을 알 수 있었다. 123계의 layer에 존재하는 구리의 알짜 전하는 chain에 존재하는 구리의 알짜 전하보다 더 큰 반면 124계의 chain에 존재하는 구리의 알짜 전하는 layer에 존재하는 구리의 알짜 전하보다 더 크다는 것을 알 수 있었다.