酸化チタンへの水素修飾効果の第一原理熱力学

氢对氧化钛改性作用的第一性原理热力学

• 批准号: 19656161
• 负责人: 田中 功
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19656161/
• 关键词: 第一原理計算; 酸化チタン; 光触媒; 相安定性; 点欠陥; 格子振動

第一原理熱力学計算により水素修飾された酸化チタン多形間の相対的安定性を議論することを目的として,第一原理に基づいてフォノン振動数の計算および熱力学関数の計算を行った.また,理論的検討と並行して,合成方法や水素含有量の異なる酸化チタン試料や比較のための標準試料を用いて系統的な熱処理実験を行い,結晶相の変化,熱重量,脱離水素の分析を行った.また,ルチルとアナターゼの光触媒機能の差の起源と考えられる伝導帯の電子構造について,水素修飾の影響という新しい観点から理論的に検討した.具体的には,様々な水素修飾酸化チタン多形や関連化合物について第一原理計算に基づいたフォノン計算により比熱の温度依存性を求め,それを積分することにより自由エネルギーを算出した.有限温度下での水素の配置・分布を精確に求めるため,振動のエネルギー・エントロピーを含めて考察した.また,水素修飾の光触媒機能への影響を調べるため,バンドギャップ近傍の一電子軌道のエネルギーや化学結合状態の変化を詳細に調べた.検証実験としては,合成方法や水素含有量の異なる酸化チタン試料や比較のための標準試料について,熱処理に伴う結晶相の変化,熱重量と脱離水素量を分析した.含水素量と,アナターゼールチル転移温度の関係,転移点と熱重量変化,脱離水素量との関係などを調べた.これらの結果,酸化チタン及び関連化合物の安定性やその中での水素の配置及び化学結合状態が定量化された.

First principles of thermodynamics calculation に よ り water element modified さ れ た acidification チ タ ン polymorphic の phase between the stability of seaborne を comment す る こ と を purpose と し て, first principle に base づ い て フ ォ ノ ン vibration number calculates の お よ び thermodynamics masato line number calculates の を っ た. ま た, theory of beg と 検 parallel し て, synthesis や の water element contains quantity different な る acidification チ タ ン sample や ratio Standard sample is の た め の を with い て system heat な 処 principle be 験 を い, crystalline phase の variations, thermogravimetric, line out of the water element analysis の を っ た. ま た, ル チ ル と ア ナ タ ー ゼ の photocatalytic function poor の の origin と exam え ら れ る 伝 guide 帯 の electronic structure に つ い て, water, modified の influence と い う new し い 観 point か ら theory に beg し 検 た. Specific に は, others 々 な water element modified acidification チ タ ン polymorphic や masato even compound に つ い て first principles calculation に base づ い た フ ォ ノ ン computing に よ り heat の temperature dependency を め, そ れ を integral す る こ と に よ り free エ ネ ル ギ ー を calculate し た. Finite temperature で の の water element configuration, distribution を precise に o め る た め, vibration の エ ネ ル ギ ー · エ ン ト ロ ピ ー を containing め て investigation し た. ま た, water element function of modified の light-accelerant へ の influence を adjustable べ る た め, バ ン ド ギ ャ ッ プ nearly alongside の one electron orbital の エ ネ ル ギ ー や chemical combination state の variations change を detailed に adjustable べ た. 検 card be 験 と し て は, synthesis や の water element contains quantity different な る acidification チ タ ン sample や is の た め の standard sample に つ い て, hot 処 Richard に with う crystalline phase の variations, thermogravimetric と out of the water element analysis を し た. Water quantity と, ア ナ タ ー ゼ ー ル チ ル planning move temperature の masato department, planning to move some と thermogravimetric variations, and out of the water element quantity と の masato is な ど を adjustable べ た. こ れ ら の results, acidification チ タ ン and び masato even compound の stability や そ の in で の の water element configuration and chemical combination state が び quantitative さ れ た.

项目成果

第一原理熱力学に基づいた機能元素の材料設計

基于第一性原理热力学的功能元件材料设计

• 发表时间: 2008
• 作者: Isao Tanaka and Fumiyasu Oba;田中 功
• 通讯作者: 田中 功