酸化チタンナノクラスターの光触媒反応メカニズムに関する理論的研究

点击翻译按钮获取中文摘要

計算コストを削減するOrderN法の開発や計算機の発展などにより、酸化チタンナノクラスターなどの大規模系に対する計算が盛んに行われている。しかし、それに対する解析手法の開発はあまり進んでおらず、定量的な議論をするのが困難であった。そこで、我々は、系全体のエネルギーを構成原子に分割する新しい解析手法、エネルギー密度解析(EDA)を開発してきた。この手法は、今まで困難であった反応の活性部位などの特定を可能とする方法であり、今まで分子動力学や諸熊一北浦のエネルギー分割との組み合わせなどで多くの成果を挙げてきた。本研究では、EDAを用いてルチル型の酸化チタン(001)、(110)、(100)などの表面に関して検討した。BLYP/6-21Gを用いた周期境界条件計算を行った。格子定数は、実験値を用いた。表面部とバルク部の安定性を比較したところ。バルク部分は、面依存性が少なかったが、表面部分は、強い面依存性を示した。特に、(001)面においては、表面とバルクには、約1.5eVのエネルギー差があり、表面が大きく不安定化していることがわかった。更に、ルチル型(001)表面に関して詳しく検討を行った。バルク部分の3配位酸素、6配位チタンと比較して、表面部分で配位不飽和となった2配位酸素、4配位チタンがその不安定性の原因となっていることがわかる。以上の研究で、EDAを用いて酸化チタンに関する詳細な解析に成功した。