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

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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。