Solar cells based on p-conjugated donor-acceptor (D-A) organic molecular systems are a promising alternative to conventional electrical energy generation. D-A molecular systems, which have a triphenylamine (TPA) moiety linked with a benzothiadiazole (BTD) moiety, open the potential development of new small molecule donors for bulk heterojunction (BHJ) solar cells. Here, a series of donor-acceptor-π-acceptor (D-A-π-A) small molecule donors (SMD) derived from triphenylamine (TPA) donor and benzothiadiazole (BTD) acceptor building blocks, were designed for BHJ organic solar cells. The small molecule donors SMD1-4 were studied using density functional theory (DFT) and time dependent-DFT (TDDFT) methods, to understand the effect of cyano and fluorine group functionalization on their properties. The effect of structure alteration by cyano and fluorine group functionalization on the optoelectronic properties, the calculated highest occupied molecular orbitals (HOMOs) and lowest unoccupied molecular orbitals (LUMOs) and the HOMO-LUMO gaps were theoretically explored. The Voc (open-circuit photovoltage) and fill factor (FF) for SMD1-4 were obtained with a PC71BM acceptor, which showed that these organic small molecules are potential small molecule donors for organic bulk heterojunction solar cells.

Hydroxyl radical (OH radical) is the most harmful free radical amongst the Reactive Oxygen Species (ROS) responsible for numerous diseases of DNA damage like mutagenesis, carcinogenesis and ageing. Therefore, it is important to find a suitable scavenger for OH radical. In the present contribution, we aim to investigate the ability of pristine armchair-SWCNT and B/N/P-doped armchair-SWCNT to scavenge OH radicals using DFT calculations. The calculations reveal that the B/Pdoped armchair-SWCNTs can act as a better scavenger for OH radical compared to pristine armchair-SWCNT but N-doped armchair-SWCNT does not act as a better scavenger for OH radical compared to pristine armchair-SWCNT. Furthermore, the developed scavenger is examined in terms of large-scale availability, biocompatibility, conductivity, stability and reactivity. For both in vivo and in vitro studies, the work is found to useful for enhancing SWCNT as a free radical scavenger.

범밀도이론함수(Density Functional Theory, DFT) 기반의 제일원리전산모사는 기저상태의 DFT 에너지를 구하는데 많은 시간소요 및 전산자원을 소모하였다. 이러한 막대한 전산자원의 소모는 DFT 계산에서 고려할 원자수를 수 백개 이 하로 제한되게 되었으며, 이를 해결하기 위해서는 전자구조 계산이 아닌 원자의 환경 내에 원자간 상호작용을 정의 (Force Field, 힘장)하고 이를 통해 주어진 조성 혹은 구조에 따른 에너지를 빠르게 예측 할 수 있어야 한다. 본 논문에서 는 Behler-Parrinello가 제시한 인공신경망 모델을 활용해 인공지능 다원계 힘장을 개발하고 코발트-구리 산화물의 조성에 따른 에너지를 예측하고 안정한 구조를 탐색하는 연구를 수행하였다. 인공신경망 기술로 부터 구리-코발트 산화물에 대 해 15.7 meV/atom의 에너지 오차와 단위거리당 힘 103.6 meV/Å의 정확도를 가지는 인공신경망 포텐셜을 개발하였다. 이 방법으로 빠르고 정확하게 CuCoO 표면구조의 산소 결함률에 따른 생성에너지를 계산할 수 있었고, 에너지 컨벡스 홀을 도시 조성에 따른 안정한 구조를 예측하였다.

This work reports utilization of apple leaves as a source of activated carbon. Activated carbon from apple leaves is prepared by two different methods, thermal activation where AC1 is obtained and chemical activation using H3PO4 and ZnCl2 where AC2 and AC3 are obtained, respectively. XRD analysis revealed that all types of prepared ACs have a semi-crystalline nature with a mean crystallite size of 13, 21.02, and 39.47 nm for AC1, AC2, and AC3, respectively. To identify the most suitable desorption temperature, the exothermic behavior was discovered for the three types of ACs by DSC. The exothermic onset temperatures are 340 °C, 200 °C, 400 °C, or AC1, AC2, and AC3, respectively. The point of zero charge for the three types of ACs is 8.6, 7.3, and 2.5 for AC1, AC2, and AC3, respectively. The BET surface area analysis data demonstrated that mesoporous structure was developed in AC1 and AC2, while a microporous structure was developed in AC3. Quantum chemical calculations for ACs is carried out using Density Functional Theory (DFT). Application of the prepared ACs in adsorption of basic dye C.I. base blue 47 is studied. The maximum removal efficiency was 65.1%, 96% and 99% for AC1, AC2, and AC3, respectively under the influence of different operating aspects. Adsorption data are modeled by Langmuir, Freundlich, and Temkin isotherms. The data revealed that adsorption of basic dye C.I. base blue 47 on AC1 follows Langmuir isotherm and adsorption on AC2 and AC3 follows Freundlich isotherm.

Single C-vacancy and pyridine-like N3 defect are usually formed on the single-walled carbon nanotube (SWCNT) and they have unique properties for potential applications. In this paper, we use density functional theory to investigate the discrepancies of such two structures from the geometric and electronic aspects. Our results indicate that the existed single vacancy in the SWCNT can lead to somewhat electron localization because of the lone pair electrons; while the N3 embedded SWCNT ( N3-SWCNT) has stronger chemical reactivity and electron localization than the single vacancy SWCNT (SV-SWCNT) due to the great charge transfer between N3 group and C atom on the tube sidewall. Through the investigation of Ag-doping on the above two nano-structures, we found that the single Ag atom is much more stably adsorbed on the N3- SWCNT sidewall compared with SV-SWCNT, forming higher binding energy and higher electron transfer. Our calculation would shed light on the physicochemical property of SWCNT-based material and thus extend their potential applications in many fields.

Based on the M06-2X density functional, the catalytic oxidation of CO by O2 over Mo-embedded graphene was investigated in detail. The model with molybdenum atom embedded in double vacancy (DV) in a graphene sheet was considered. It is found that the complete CO oxidation reactions over Mo-DV-graphene include a two-step process, in which the first step prefers to Langmuir–Hinshelwood mechanism and followed the progress of CO oxidation with a remaining atomic Otop. Compared with the structure of Mo atom decorated at the single carbon vacancy on graphene (Mo-SV-graphene), the catalytic activity of Mo-DV-graphene is weaker. The present results imply that the catalytic activity of Mo-embedded graphene for CO oxidation can be improved by increasing the ratio of single vacancy (SV).

Comprehensive calculations of the Rh decoration effect on zigzag CNTs with n ranging from 7 to 12 were conducted in this work to understand the effect of Rh doping on geometric structures and electronic behaviors upon metallic and semiconducting CNTs. The obtained results indicated that Rh dopant not only contributes to the deformation of C-C bonds on the sidewall of CNTs, but also transforms the electron distribution of related complexes, thereby leading to a remarkable increase of the conductivity of pure CNTs given the emerged novel state within the energy gap for metallic CNTs and the narrowed energy gap for semiconducting CNTs. Our calculations will be meaningful for exploiting novel CNT-based materials with better sensitivity to electrons and higher electrical conductivity compared with pure CNTs.

하수오(Polygonum multiflorum Thunb.)는 여뀌과에 속하는 초본식물로 동아시아와 북아메리카에 자생하고 있다. 하수오는 관상용으로도 이용되며, 한의학에서 뿌리를 약용으로 사용한다. 하지만 월동 이 어렵고 노동력 소모가 많아 최근 재배농가가 감소하고 있다. 본 연구에서는 하수오의 우량종묘를 짧 은 시간에 대량생산하기 위하여 수경재배에 적합한 양액과 조직배양묘의 크기를 조사하였다. 토양에 적 응이 완료된 하수오 종묘는 크기에 따라 Type 1, Type 2 및 Type 3으로 나누어 4종류의 양액에 치상 하였다. 치상 후 양액과 종묘에 따른 생육차이를 확인하기 위하여 생육조사를 실시하였다. 생육조사는 8주 동안 양액에서 생육시킨 후 줄기길이, 잎 수, 마른 잎 수, 줄기 수, 생체중과 건물중에 대해 측정 하였다. 그 결과 양액3에서 Type 1과 Type 2의 뿌리길이는 각각 33.8cm와 29.5cm로 각각 나타났다. 이와 유사한 경향으로 덩굴 길이도 CaCl2가 첨가 된 양액3에서 Type 1과 Type 2가 가장 길게 나타나 우수한 생육을 보였다. 이처럼 뿌리가 증대된 종묘는 밭으로 이식 될 때 활착을 도와 우수한 초기생육 을 나타낼 것이라 사료된다. 반면 Type 3는 잎끝마름과 고사하는 현상을 보여 추후 양액의 적정농도에 대한 추가 실험이 필요할 것이라 사료된다.

주요 엽채류 7종의 주년 안정생산을 위한 담액수경 재배 시 양액의 순환주기가 양액의 용존산소 농도, 엽채류의 생육, 그리고 식물영양소의 함량에 미치는 효과를 검토한 결과, 양액을 1일 10분 순환 처리구는 정식 13일 후 용존산소 농도가 급격하게 떨어지고 17일 후에는 2.8mg L-1, 20일 후에는 최저 1.5mg L-1까지 낮아졌다. 처리 20일 후 7가지 엽채류의 생체중은 1일 10분 처리구에서는 대조구인 10분 순환/110분 정지 처리구에 비해 0~24% 범위에서 낮아졌으며, 10분 순환/10분 정지 처리구에서는 -2~34% 증가하였다. 양액의 순환주기가 짧을수록 식물체 엽내 P의 함량이 증가하였으며, 식물체의 C/N율과 비타민 C 함량은 감소하였다. 이상의 결과, 담액수경 엽채류의 안정적인 생육과 식물영영소의 흡수를 위해서 2시간에 10분 정도의 양액 순환 처리가 효율적이었다.

Tetragonal-Ni1-xPdxSi/Si (001) structure was studied by using density functional theory (DFT). An epitaxial interface between 2×2×4 (001) tetragonal-NiSi supercell and 1×1×2 (001) Si supercell was first constructed by adjusting the lattice parameters of B2-NiSi structure to match those of the Si structure. We chose Ni atoms as a terminating layer of the B2-NiSi; the equilibrium gap between the tetragonal-NiSi and Si was calculated to be 1.1 Å. The Ni atoms in the structure moved away from the original positions along the z-direction in a systematic way during the energy minimization. Two different Ni sites were identified at the interface and the bulk, respectively. The two Ni sites at the interface have 6 and 7 coordination numbers. The Ni sites with coordination number 6 at the interface were located farther away from the interface, and were more favorable for Pd substitution.

국화과 13종과 배추과 14종의 쌈채소류, 그리고 허브류 7종을 담액식 수경재배 시스템에 혼식하여 EC 1.2, 2.4 및 3.6dS·m-1의 배양액을 공급하여 배양액의 pH와 EC 변화, 식물체의 생육과 무기양분 흡수 특성을 조사하였다. pH는 양액농도가 높을수록 낮아졌고, EC는 양액농도가 높은 처리에서 높아 EC 3.6dS·m-1처리에서 4.8dS·m-1까지 높아졌다. 생육은 여름철에는 국화과와 허브류는 EC 1.2dS·m-1, 배추과는 2.4dS·m-1의 배양액에서 양호하였고, 가을철에는 EC 2.4dS·m-1 처리에서 대부분 작물이 생육이 양호하였다. 무기양분의 흡수는 생육이 양호했던 가을철이 여름철보다 T-N과 K 함량이 높았다. 작물별로는 배추과가 국화과와 허브류에 비해서 T-N, K, Ca,그리고 Mg함량이 높았으며, Fe과 Mn 함량은 오히려 국화과에서 높았다. 결과적으로 국화과와 배추과 쌈채소류와 몇 가지 허브류를 혼식하여 한 가지 배양액으로 수경재배 시 여름철에는 EC 1.2dS·m-1, 가을에는 EC 2.4dS·m-1로 재배하면 유리할 것으로 판단되었다.

순환식 양액재배시 계면활성제가 무기이온 흡수 증진에 미치는 영향을 알아보고자 상추의 생육, 광합성율, 증산율 및 무기이온 함량을 분석하였다. 상추 생육은 0.3mg·L-1 PVA-95처리에서 가장 높았으며, l/2배액에서 재배된 상추의 생육도 양호하였다. 칼슘 함량이 증가된 0.3mg·L-1 CLS 처리의 상추는 생육이 낮음에도 불구하고 높은 증산율과 광합성율 및 엽내 카리, 칼슘 및 마그네슘 함량이 높았다. 따라서 높은 생육량과 비료 절감 효과가 인정된 PVA-95 처리와 CLS 처리에 의한 엽내 무기 성분 함량 증가가 인정됨에 따라 수경재배 상추의 고품질 생산에 유용하게 사용 가능하리라고 판단된다.

잔류성유기오염물질(Persistent organic pollutant)은 안정성이 높아 잘 분해되지 않으면서 동시에 강한 독성을 가진 물질이기 때문에 대부분의 국가에서 배출량을 규제하고 있다. 주로 POPs라고 일컫는 이 물질들 중에 다이옥신은 대표적인 비의도적 잔류성유기오염물질이며 그에 따라 많은 연구가 진행되어 왔다. 다이옥신은 PCDD(Polychlorinated dibenzo-p-dioxin), PCDF(Polychlorinated dibenzofuran)의 congener를 통상적으로 지칭하며 염소의 치환 위치와 수에 따라 총 75개의 PCDD, 135개의 PCDF가 존재한다. 그 중 독성을 가진 17개의 다이옥신 congener에 대한 안정성 연구를 순이론적 계산의 일종인 DFT(Density functional theory) 계산을 통해 수행하였다. DFT 계산은 Gaussian09W software를 통해 수행하였으며 B3LYP/cc-pvdz, B3LYP/6-311+G(d,p) level로 구조 최적화와 진동수를 계산을 하였다. 17개의 다이옥신 congener는 모두 평면 구조를 이루고 대칭성에 따라 각각 D2h, C2v, C2h, Cs 의 point group으로 최적화 되었다. 계산 결과를 통해 얻은 열역학적 특성과 HOMO (Highest occupied molecular orbital)-LUMO(Lowest occupied molecular orbital)를 통해 다이옥신 congener의 생성엔탈피, 생성자유에너지, 엔트로피, 이온화포텐셜, 전자친화도 값을 도출하였고 안정성을 잔류성과 연관 지어 평가하였다. 본 계산 연구는 추후 다이옥신 배출 자료와 비교를 통해 congener 패턴을 예측하는 연구를 수행하는데 도움이 될 것이다.