量子化学計算による材料表面の化学修飾

使用量子化学计算对材料表面进行化学修饰

• 批准号: 13750699
• 负责人: 高橋 英明
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 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-13750699/
• 关键词: 量子化学計算; 二酸化チタン; 二酸化炭素; 吸着; 化学修飾; 電荷移動相互作用; 分極相互作用; 静電相互作用

本研究において、量子化学計算を基礎とする新しい表面化学修飾法を提案した。その概要は、以下の様である。(1)表面と吸着分子との相互作用を定性的に理解可能な種々の項に分解する。(2)分解されたそれぞれのエネルギー項でどれが支配的であるかを見極め、吸着エネルギーを増大させるために支配的なエネルギー項をさらに増大させる。(3)電荷移動相互作用が支配的なエネルギーである場合・表面から気体分子へ電荷移動が起こる→電気陰性度が小さい原子で化学修飾・気体分子から表面へ電荷移動が起こる→電気陰性度が大きい原子で化学修飾分極相互作用が支配的なエネルギーである場合・原子の固さが小さい原子で化学修飾二酸化チタン(110)面における二酸化炭素の吸着に着目し、上記の指針に基づいて化学修飾し、量子化学計算を用いて吸着エネルギーを計算した。化学修飾は、チタン原子よりも電気陰性度の大きなカルシウム原子の導入と、分極相互作用を増大させるためにチタン原子よりも柔らかいアルミニウム原子の導入を行った。いずれの場合も吸着エネルギーが増大し、化学修飾の指針の妥当性を確認した。また、分解された吸着エネルギーの一つである静電相互作用において、定性的・定量的に理解する上で重要な原子の部分電荷を計算する方法を開発した。この方法は、対象分子を内包する空間をグリッドに区切り、それぞれのグリッドの電子密度を基に、最小二乗法を用いて部分電荷を求める。この方法を二酸化チタン(110)面における二酸化炭素の吸着に適用したところ、Mulliken-chargeによる計算よりもはるかに精度の良い結果を得た。従って、この方法を用いた表面ー気体分子間の静電相互作用エネルギー計算は、十分な指針となり得ることが解った。

In this paper, we propose a new surface chemical modification method based on quantum chemical calculation. The following is a summary of the following. (1)A qualitative understanding of molecular interactions on surfaces is possible. (2)The decomposition of all kinds of organic compounds is the most important factor in the development of organic compounds. (3)Charge transfer interactions dominate in case of surface charge transfer → electron-negative degree → small atom chemically modified·gas molecule → surface charge transfer → electron-negative degree → large atom chemically modified polar-polarized interactions dominate in case of atom solid → small atom chemically modified diacid (110) The adsorption of carbon atoms on the surface of the carbon atom was studied by chemical modification and quantum chemical calculation. Chemical modification increases the degree of electron-negative interaction between atoms and polar interactions. In this case, the increase in the number of organic compounds and the appropriateness of chemical modifications were confirmed. A method for calculating the partial charge of an important atom is developed in the qualitative and quantitative understanding of electrostatic interaction. This method is based on the electron density and the least squares method. This method is applicable to the adsorption of diacidified carbon on the diacidified carbon (110) surface and provides excellent results with high accuracy in Mulliken-charge calculations. This method is used to calculate the electrostatic interaction between molecules on the surface.

项目成果

Hideaki Takahashi: "Chemical Modification of Rutile TiO_2(110) Surface by Ab Initio Calcula-tions for the Purpose of CO_2 adsorption"Fluid Phase Equilibria. 194-197. 153-160 (2002)

Hideaki Takahashi：“通过从头算计算对金红石TiO_2(110)表面进行化学改性以实现CO_2吸附”流体相平衡。

Hideaki Takahashi: "Chemical Modification of Rutile TiO_2(110) Surface by Ab Initio Calculations for the Purpose of CO_2 adsorption"Fluid Phase Equilibria. (in press). (2002)

Hideaki Takahashi：“以CO_2吸附为目的，通过从头计算对金红石TiO_2(110)表面进行化学改性”流体相平衡。