次世代反応分離膜の理論設計を可能にする新規第一原理分子動力学計算手法の開発と応用

新型第一原理分子动力学计算方法的开发和应用，使下一代反应分离膜的理论设计成为可能

• 批准号: 01J08176
• 负责人: 小林 泰則
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J08176/
• 关键词: 膜透過; 膜分離; 分子シミュレーション; 計算科学; 無機膜; 分子設計

本年度は下記の課題について検討すると共に、学会発表、学術雑誌への投稿、博士論文の執筆などを行った。1.従来のグランドカノニカル分子動力学計算よりも精度の高いシミュレーションが可能なDual Ensemble Molecular Dynamics(DEMD)およびDual Ensemble Monte Carlo(DEMC)プログラムの開発を行い、NaYゼオライト膜による二酸化炭素/窒素ガス分離、NaYゼオライト膜によるベンゼン/シクロヘキサン蒸気分離、MFIゼオライト膜による水/エタノール蒸気透過分離に適用し、設計に有効な分子論的知見を得た。2.Tight-binding近似に基づく量子化学計算に第一原理計算に基づく非経験的パラメータフィッティングを導入した新規高速化量子分子動力学計算手法を用いて、燃料電池の燃料となる水素の精製に用いられるパラジウム膜内への水素侵入過程のシミュレーションを行った。本研究により水素とパラジウムの電子状態の変化とダイナミクスについて新たな知見を得ることができた。3.解離分子の吸着シミュレーションが可能な新規グランドカノニカルモンテカルロ計算プログラムの開発を行った。本手法をパラジウムへの水素吸蔵シミュレーションに適用し、水素吸蔵サイトの特定に成功した。4.計算化学的手法による、より高速な膜材料設計手法の実現を目指し、キネティックモンテカルロ法に基づく高速膜分離シミュレーションプログラムの開発を行った。本手法により、マイクロメートルオーダーの膜厚での膜分離シミュレーションの可能性が示された。以上本研究により、次世代理論設計を可能にする新規計算化学手法の開発を行い、代表的省エネルギー・低環境負荷型膜分離プロセスへ応用することで、その有効性を示すことができた。

This year, we will continue to review and discuss the following topics, publish academic papers, submit academic journals and write doctoral theses. 1. Molecular dynamics calculations with high accuracy are possible in the development of Dual Ensemble Molecular Dynamics(DEMD) and Dual Ensemble Monte Carlo(DEMC) programs. MFI membrane water/gas permeation separation application, design, molecular theory knowledge 2.Tight-binding approximation is used in quantum chemistry calculation, which is based on the first principle calculation of non-quantum chemistry. The new method of quantum molecular dynamics calculation is used in the purification of fuel elements in fuel cells. In this study, the change of electronic state of water element and water element is studied. 3. It is possible to develop a new type of molecular adsorption system for dissociating molecules. This method is applicable to the specific conditions of water absorption in the case of water absorption. 4. Computational chemistry techniques for the development of high speed membrane separation systems This method shows the possibility of membrane separation due to membrane thickness. In this study, the next generation theoretical design is possible, the new computational chemistry method is developed, and the representative of the low environmental load membrane separation is used.

项目成果

Y.Yokoi, et al.: "Monte Carlo simulation of pyridine base adsorption on heulandite (010)"Applied Surface Science. 188. 377-380 (2002)

Y.Yokoi 等人：“片沸石 (010) 上吡啶碱吸附的蒙特卡罗模拟”应用表面科学。

Y.Kobayashi, et al.: "Computational chemical study on separation of benzene and cyclohexane by NaY zedite membrane"Desalination. 147. 339-344 (2002)

Y.Kobayashi等人：“NaY zedite膜分离苯和环己烷的计算化学研究”脱盐。

C.Jung, et al.: "Development and application of non-eguilibrium simulation program for ion diffusion battery"Solid State Ionics. 152-153. 279-284 (2002)

C.Jung等人：“离子扩散电池非平衡模拟程序的开发与应用”Solid State Ionics。