• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제13권2호
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• pp.237-253
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• 2022

The methyl 2-(1,3-dithietan -2- ylidene)-3-oxobutanoate (MDYO) and 2-(1,3-dithietan-2-ylidene) cyclohexane -1,3-dione (DYCD) were synthesized and tested at various concentrations as corrosion inhibitors for 316L stainless steel in 1 M HCl using weight loss, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potentiodynamic polarization (PDP), surface analysis techniques (SEM / EDX and Raman spectroscopy) and Functional Density Theory (DFT) was also used to calculate quantum parameters. The obtained results indicated that the inhibition efficiency of MDYO and DYCD increases with their concentration, and the highest value of corrosion inhibition efficiency was determined in the range of concentrations investigated (0.01 × 10^-3 - 10^-3 M). Polarization curves (Tafel extrapolation) showed that both compounds act as mixed-type inhibitors in 1M HCl solutions. Electrochemical impedance spectra (Nyquist plots) are characterized by a capacitive loop observed at high frequencies, and another small inductive loop near low frequencies. The thermodynamic data of adsorption of the two compounds on the stainless steel surface and the activation energies were determined and then discussed. Analysis of experimental results shows that MDYO and DYCD inhibitors adsorb to the metal surface according to the Langmuir model and the mechanism of adsorption of both inhibitors involves physisorption. SEM-EDX results confirm the existence of an inhibitor protective film on the stainless steel surface. The results derived from theoretical calculations supported the experimental observation.

• Advances in nano research
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• 제15권1호
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• pp.59-65
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• 2023

In this present article, the mechanical behavior of single-walled black phosphorene nanotubes (SW-αPNTs) is simulated using molecular dynamics (MD). The proposed model is subjected to the axial loading and the effects of morphological parameters, such as the mono-vacancy defect and strain rate on the tensile behavior of the zigzag and armchair SW-αPNTs are studied as a pioneering work. In order to assess the accuracy of the MD simulations, the stress-strain response of the current MD model is successfully verified with the efficient quantum mechanical approach of the density functional theory (DFT). Along with reproducing the DFT results, the accurate MD simulations successfully anticipate a significant variation in the stress-strain curve of the zigzag SW-αPNTs, namely the knick point. Predicting such mechanical behavior of SW-αPNTs may be an important design factor for lithium-ion batteries, supercapacitors, and energy storage devices. The simulations show that the ultimate stress is increased by increasing the diameter of the pristine SW-αPNTs. The trend is identical for the ultimate strain and stress-strain slope as the diameter of the pristine zigzag SW-αPNTs enlarges. The obtained results denote that by increasing the strain rate, the ultimate stress/ultimate strain are respectively increased/declined. The stress-strain slope keeps increasing as the strain rate grows. It is worth noting that the existence of mono-atomic vacancy defects in the (12,0) zigzag and (0,10) armchair SW-αPNT structures leads to a drop in the tensile strength by amounts of 11.1% and 12.5%, respectively. Also, the ultimate strain is considerably altered by mono-atomic vacancy defects.

• Advances in nano research
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• 제15권3호
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• pp.263-275
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• 2023

The electron transport properties of Y-type zigzag branched carbon nanotubes (CNTs) are of great significance for micro and nano carbon-based electronic devices and their interconnection. Based on the semi-empirical method combining tight-binding density functional theory and non-equilibrium Green's function, the electron transport properties between the branches of Y-type zigzag branched CNT are studied. The results show that the drain-source current of semiconducting Y-type zigzag branched CNT (8, 0)-(4, 0)-(4, 0) is cut-off and not affected by the gate voltage in a bias voltage range [-0.5 V, 0.5 V]. The current presents a nonlinear change in a bias voltage range [-1.5 V, -0.5 V] and [0.5 V, 1.5 V]. The tangent slope of the current-voltage curve can be changed by the gate voltage to realize the regulation of the current. The regulation effect under negative bias voltage is more significant. For the larger diameter semiconducting Y-type zigzag branched CNT (10, 0)-(5, 0)-(5, 0), only the value of drain-source current increases due to the larger diameter. For metallic Y-type zigzag branched CNT (12, 0)-(6, 0)-(6, 0), the drain-source current presents a linear change in a bias voltage range [-1.5 V, 1.5 V] and is symmetrical about (0, 0). The slope of current-voltage line can be changed by the gate voltage to realize the regulation of the current. For three kinds of Y-type zigzag branched CNT with different diameters and different conductivity, the current-voltage curve trend changes from decline to rise when the branch of drain-source is exchanged. The current regulation effect of semiconducting Y-type zigzag branched CNT under negative bias voltage is also more significant.

• 통합자연과학논문집
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• 제16권3호
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• pp.81-95
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• 2023

Colorectal cancer is one of the most common types of cancer worldwide, ranking third after lung and breast cancer in terms of global prevalence. With an expected 1.93 million new cases and 935,000 deaths in 2020, it is more prevalent in males than in women. Evidence has shown that during the later stages of colon cancer, STAT1 promotes tumor progression by promoting cell survival and resistance to chemotherapy. Recent studies have shown that inhibiting STAT1 pathway leads to a reduction in tumor cell proliferation and growth, and can also promote apoptosis in colon cancer cells. One of the recent approaches in the field of drug discovery is drug repurposing. In drug repurposing approach we have virtually screened FDA database against STAT1 protein and their interactions have been studied through Molecular docking. Cross docking was performed with the top 10 compounds to be more specific with STAT1 comparing the affinity with STAT2, STAT3, STAT4, STAT5a, STAT5b and STAT6. The drugs that showed higher affinity were subjected to Conceptual - Density functional theory. Besides, the Molecular dynamic simulation was also carried out for the selected leads. We also validated in-vitro against colon cancer cell lines. The results showed mainly Acetyldigitoxin has shown better binding to the target. From this study, we can predict that the drug Acetyldigitoxin has shown noticeable inhibitory efficiency against STAT1, which in turn can also lead to the reduction of tumor cell growth in colon cancer.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.378-384
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• 2023

본 연구에서는 신경망포텐셜(Neural Network Potential)의 효율성과 정확도를 동시에 달성할 수 있는 기술자 벡터 조건을 도출하고자 한다. 소재 시스템은 단원소 소재인 실리콘으로 선정하였으며, 인공신경망 학습을 위한 원자 구조별 에너지 데이터는 밀도범함수이론 계산을 통하여 생성하였다. Behler-Parrinello 타입의 원자중심대칭함수를 기술자 벡터로 사용하였고, 다양한 벡터 길이에 대한 신경망포텐셜 생성 후 분자동역학 시뮬레이션에 적용하여 실리콘 소재의 구조 및 기계적 물성 재현성을 평가하였다. 실험 결과, 물성 재현 정확도를 유지하면서 학습 및 계산 효율성을 동시에 달성할 수 있는 기술자벡터의 최소 길이는 약 50이고, 소재의 기계적 물성이 이 길이에 더 큰 영향을 받으며, 같은 길이의 조건에서는 방사 대비 각도 방향 대칭함수를 더 반영하면 신경망포텐셜의 정확도가 올라감을 발견하였다. 이를 토대로 신경망포텐셜의 효율성과 정확도 동시 달성을 위한 최적의 기술자벡터 설정 가이드라인 제공이 가능할 것으로 기대된다.

• 대한화학회지
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• 제61권1호
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• pp.16-24
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• 2017

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.

• 한국광물학회지
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• 제30권2호
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• pp.59-70
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• 2017

$SiO_2$는 지각과 맨틀을 구성하는 풍부한 물질로 고압 상태의 $SiO_2$ 원자구조를 결정짓는 전자구조적 특성에 대한 상세한 이해는 지구 내부의 탄성과 열역학적 성질에 대한 통찰을 제공한다. $SiO_2$처럼 경원소(low-z)로 이루어진 지구 물질의 고압상 전자구조는 in situ 고압 XRS (x-ray Raman scattering) 실험을 통해 연구되어 왔다. 하지만 기존의 고압 실험 방법으로는 물질의 국소 원자구조와 XRS 스펙트럼 간 상관관계를 밝히는데 한계가 있다. 이를 극복하고 더 높은 압력에서 존재하는 $SiO_2$에 대한 XRS 정보를 얻기 위해 밀도 범함수 이론(density functional theory; DFT)에 기반을 둔 제1원리(ab initio) 계산법을 이용한 XRS 스펙트럼 계산 연구들이 진행되고 있다. 비탄성 X-선 산란에 의하여 원자핵 주변 1s 오비탈에 만들어지는 전자-정공(core-hole)은 경원소 물질의 국소 전자구조에 크게 영향을 미치기 때문에 O K-edge XRS 스펙트럼 형태를 계산할 때 중요하게 고려해야 한다. 본 연구에서는 온-퍼텐셜 선형보충파(full-potential linearized augmented plane wave; FP-LAPW) 방법론에 기반하는 WIEN2k 프로그램을 사용하여 ${\alpha}-quartz$, ${\alpha}-cristobalite$ 그리고 $CaCl_2$-구조를 갖는 $SiO_2$에 대한 O 원자 전자 오비탈의 부분 상태밀도(partial density of states; PDOS)와 O K-edge XRS 스펙트럼을 계산하였다. 또한, $CaCl_2$-구조를 갖는 $SiO_2$의 O 원자 PDOS의 전자-정공 효과의 적용 여부에 따른 차이를 비교하여, 원자핵 부근 전자구조 변화에 따른 PDOS의 피크 세기와 위치 변화가 크게 나타났다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한 계산된 각 $SiO_2$ 구조의 O K-edge XRS 스펙트럼이 각 $SiO_2$ 구조에서 계산된 O 원자의 $p^*$ 오비탈의 PDOS 결과와 매우 유사한 형태를 갖고 있음을 확인하였다. 이는 O K-edge XRS 스펙트럼이 갖는 대부분의 특징적인 피크들이 O 원자의 점유 1s 오비탈에서 $2p^*$ 오비탈로의 전자전이에 기인하기 때문이다. 본 연구의 결과는 $SiO_2$에 대한 정확한 O K-edge XRS 스펙트럼을 계산하는데 있어 전자-정공 효과를 고려해야 한다는 사실을 보여준다. 또한, 실험적으로는 재현이 어려운 고압 환경에 존재하는 $CaCl_2$-구조를 갖는 $SiO_2$ (~63 GPa)에 대한 O K-edge XRS 스펙트럼 계산을 통해, 제1원리 계산이 고압상 물질의 물성 연구에 이용될 수 있다는 사실을 보여준다.

• 한국광물학회지
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• 제27권1호
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• pp.1-15
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• 2014

지구시스템 이해에 중요한 지구 내부 맨틀 물질의 거시적인 성질을 이해하기 위해서는 고압상태의 Mg-규산염 결정질 및 비정질 물질에 대한 원자구조와 그에 수반하는 전자구조에 대한 이해가 필요하다. 근래에 in-situ 고압 실험의 어려움을 피하여 고압환경에 존재하는 지구물질의 원자구조와 그 전자구조를 규명하기 위한 방법론으로서 밀도 범함수 이론에 기반을 둔 양자화학계산이 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 FP-LAPW (full-potential linearized augmented plane wave) 방법론을 이용하는 WIEN2k 프로그램을 통하여 25 GPa와 120 GPa의 $MgSiO_3$ 페로브스카이트(Pv)의 전자 오비탈의 PDOS (partial density of states)와 O원자 K-전자껍질 ELNES (energy-loss near-edge structure) 스펙트럼을 계산하였다. 두 압력 조건의 $MgSiO_3$ Pv에 대하여 계산된 전자 오비탈의 PDOS와 O원자 K-전자껍질 ELNES 스펙트럼은 뚜렷한 차이를 보이고 있었다. 이와 같은 결과는 $MgSiO_3$ Pv에서 압력 증가에 의한 Si 원자 배위수의 변화가 나타나지 않더라도 Si-O 결합거리, O-O거리, Mg-O거리와 같은 O원자 주변 국소 원자구조의 변화가 O원자 주변 전자구조에 뚜렷한 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 본 연구의 결과는 $MgSiO_3$ 결정질 및 비정질 물질의 압력에 의한 전자구조 변화의 미시적 기원을 이해하고 더욱 나아가 다양한 지구물질의 압력에 의한 원자구조 변화와 그에 수반되는 전자구조 변화의 관계를 이해하는데 많은 도움을 줄 수 있을 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.65-65
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• 2015

In this talk, I will introduce two topics. The first topic is the polymer light emitting diodes (PLEDs) using graphene oxide quantum dots as emissive center. More specifically, the energy transfer mechanism as well as the origin of white electroluminescence in the PLED were investigated. The second topic is the facile synthesis of eco-friendly III-V colloidal quantum dots and their application to light emitting diodes. Polymer (organic) light emitting diodes (PLEDs) using quantum dots (QDs) as emissive materials have received much attention as promising components for next-generation displays. Despite their outstanding properties, toxic and hazardous nature of QDs is a serious impediment to their use in future eco-friendly opto-electronic device applications. Owing to the desires to develop new types of nanomaterial without health and environmental effects but with strong opto-electrical properties similar to QDs, graphene quantum dots (GQDs) have attracted great interest as promising luminophores. However, the origin of electroluminescence (EL) from GQDs incorporated PLEDs is unclear. Herein, we synthesized graphene oxide quantum dots (GOQDs) using a modified hydrothermal deoxidization method and characterized the PLED performance using GOQDs blended poly(N-vinyl carbazole) (PVK) as emissive layer. Simple device structure was used to reveal the origin of EL by excluding the contribution of and contamination from other layers. The energy transfer and interaction between the PVK host and GOQDs guest were investigated using steady-state PL, time-correlated single photon counting (TCSPC) and density functional theory (DFT) calculations. Experiments revealed that white EL emission from the PLED originated from the hybridized GOQD-PVK complex emission with the contributions from the individual GOQDs and PVK emissions. (Sci Rep., 5, 11032, 2015). New III-V colloidal quantum dots (CQDs) were synthesized using the hot-injection method and the QD-light emitting diodes (QLEDs) using these CQDs as emissive layer were demonstrated for the first time. The band gaps of the III-V CQDs were varied by varying the metal fraction and by particle size control. The X-ray absorption fine structure (XAFS) results show that the crystal states of the III-V CQDs consist of multi-phase states; multi-peak photoluminescence (PL) resulted from these multi-phase states. Inverted structured QLED shows green EL emission and a maximum luminance of ~45 cd/m2. This result shows that III-V CQDs can be a good substitute for conventional cadmium-containing CQDs in various opto-electronic applications, e.g., eco-friendly displays. (Un-published results).

• 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.