大規模第一原理計算によるナノ物質触媒機能の研究

利用大规模第一性原理计算研究纳米材料的催化功能

• 批准号: 05J00529
• 负责人: 古賀 裕明
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J00529/
• 关键词: 第一原理計算; クラスター; 触媒; 金; 表面反応; 電子状態計算; CO酸化; グリーンケミストリー; ナノファブリケーション; ナノワイヤ; 非経験的電子状態計算; クラスタ; 銀; 選択成長; 表面拡散

金クラスターは、エネルギー消費の少ない低温反応プロセスを可能にする触媒として期待されているが、実用触媒として使うためには、安定性・耐久性向上が必須である。当研究では、金クラスターをCOで覆って安定化すること(カルボニル化)を想定し、カルボニル化しても金クラスターが高いCO酸化触媒活性を示すことを、以下のように第一原理計算(平面波擬ポテンシャル法による密度汎関数計算)により見出した。まず、金クラスターをCOで覆った構造が安定で、COが脱離しにくいことを計算により確かめた。(モデル系として、二十面体13原子クラスターを選んだ。このクラスターの表面は低配位原子のみで構成されるので、高い活性が期待される。)さらに、酸素は金クラスターではなく吸着子COの対に吸着して反応する(2CO+O_2→2CO_2)ので、吸着熱が反応に使われて、クラスター本体の熱崩壊が起りにくい。また反応熱も、生成した2個の二酸化炭素分子が即脱離して放出される。反応のエネルギー障壁の計算値は0.27eVで、低温でも反応速度が大きいと期待できる。反応により生じた空サイトが気相COにより占有されると、もとのカルボニル化クラスターに戻って触媒サイクルが閉じる。このように、触媒活性を保ちながら金クラスターを安定化する手段としてカルボニル化が有望であることを、理論計算により示すことができた。

金クラスターは, エネルギーconsuming の小ないlow temperature reaction プロセスをpossible にするcatalyst としてIt is necessary to look forward to the improvement of the catalyst and the improvement of the stability and durability. When researching では, 金クラスターをCO で cover って stabilization すること(カルボニル化)を scenariosし、カルボニ化しても金クラスターが高いThe activity of the CO acidification catalyst is shown by the following first principle calculation (planar wave quasi-tonsing method and density pan-off number calculation).まず、金クラスターをCOででったstructuringが stabilizationで、COがdeviationしにくいことをcalculationにより正かめた. (モデルとして, icosahedral 13-atom クラスターを选んだ. このクラスターの table The surface is made of low-coordinated atoms, high activity, and high activity.金クラスターではなく偮対に偗てanti応する(2CO+O_2→2C O_2) ので, absorbing heat が 応 に わ れ て, クラ ス タ ー body の heat collapse 壊 が り に く い. It reacts with heat and generates two dicarboxylated carbon molecules, which are then separated and released. The calculated value of the reaction barrier is 0.27eV, and the low temperature reaction speed is large and expected. The reaction is the same as the original one.とのカルボニル化クラスターに戻ってcatalyst サイクルが开じる.このように、catalyst active をちながら金クラスターを stabilization するmeans としThere is hope for the improvement of てカルボニル化が, and the theoretical calculation shows すことができた.

项目成果

DFT study of CO oxidation catalyzed by Au clusters: Oxygen dissociation site formed on CO molecules

Au簇催化CO氧化的DFT研究：CO分子上形成的氧解离位点

• 发表时间: 2007
• 作者: Ito T.;Fujimura S.;Matsufuji Y.;Miyaji T.;Nakagawa T.;Tomizuka N.;古賀裕明;古賀裕明;古賀裕明;古賀裕明;古賀 裕明;古賀 裕明;古賀裕明
• 通讯作者: 古賀裕明

First-principles study of the stability of atomic Ag lines epitaxial to self-assembled Bi nanolines

原子Ag线外延至自组装Bi纳米线稳定性的第一性原理研究

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Physics: Condensed Matter 19
• 作者: Ito T.;Fujimura S.;Matsufuji Y.;Miyaji T.;Nakagawa T.;Tomizuka N.;古賀裕明;古賀裕明
• 通讯作者: 古賀裕明

Growth of noble metal nanostructures on the Bi nanoline surface: A first-principles study

Bi纳米线表面贵金属纳米结构的生长：第一性原理研究

• 发表时间: 2007
• 期刊: Materials Science & Engineering B 140
• 作者: Ito T.;Fujimura S.;Matsufuji Y.;Miyaji T.;Nakagawa T.;Tomizuka N.;古賀裕明
• 通讯作者: 古賀裕明

First-principles study of the geometry of Ag nanowires growing on a self-assembled Bi nanoline

自组装 Bi 纳米线上生长的 Ag 纳米线几何形状的第一性原理研究

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Physics: Condensed Matter 19
• 作者: Ito T.;Fujimura S.;Matsufuji Y.;Miyaji T.;Nakagawa T.;Tomizuka N.;古賀裕明;古賀裕明;古賀裕明
• 通讯作者: 古賀裕明

Misoriented Bi dimers blocking Ag nanowire growth along the Bi nanoline: A first-principles study

错误取向的 Bi 二聚体阻碍银纳米线沿 Bi 纳米线生长：第一性原理研究

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Physics: Condensed Matter 19
• 作者: Ito T.;Fujimura S.;Matsufuji Y.;Miyaji T.;Nakagawa T.;Tomizuka N.;古賀裕明;古賀裕明;古賀裕明;古賀裕明
• 通讯作者: 古賀裕明