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遷移金属酸化物ナノシートおよびナノチューブの第一原理熱力学

过渡金属氧化物纳米片和纳米管的第一原理热力学

基本信息

批准号：
10J01289
负责人：
森正弘
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

水熱法等水溶液下で合成される遷移金属酸化物ナノシートの構造と熱力学安定性を,第一原理熱力学計算により議論することを目的として研究を遂行した.本年度は層状チタン酸化物ナノシートに関して,水溶液との平衡状態にある場合の組成とその構造安定性を第一原理熱力学計算より効率的に求める手法の検討を行った.水溶液下においてはナノシート表面において,層の剥離前に存在していた陽イオンの離脱,また多数の水分子の吸着が起こり,非常に複雑な水和構造を計算する必要がある.しかし,この水和構造は実験的に観測することが困難であり,また第一原理計算でその構造の探索を行うことも計算コストが過大となり現実的ではない.そこで第一原理計算に用いる初期構造の探索手法として,前年度検討した溶媒和効果を取り入れた分子動力学法を用いた.これにより有限温度におけるナノシートの第一水和圏の平均的な水分子の配位構造を得た.この配位構造を第一原理計算の初期構造として用い構造最適化を行うことでで,尤もらしい水和構造の計算が可能となった.水溶液中のイオンに関しても同様に計算することにより,十分な精度で水溶液中での活量の評価を行うことが可能となった.過去の熱力学計算においては,水溶液中のイオンのエネルギーは熱力学データベースを基に算出していたが,これにより計算のみから算出することができ,データが存在しない物質また仮想的な物質においても熱力学安定性の評価が可能となり,複雑な界面の状態を理解する上で重要な知見が得られるものと期待できる.

The structure and thermodynamic stability of migration metal acids synthesized by hydrothermal method are discussed in this paper. This year, the study of the composition, structural stability and efficiency of layered acidizing compounds in aqueous solution and equilibrium state was carried out. In aqueous solution, the surface of the water layer is separated from the water layer before it is separated, and most of the water molecules are adsorbed. It is necessary to calculate the structure of the water layer. The first principle calculation of water and structure is difficult to measure. The first principle calculation of water and structure is difficult to measure. In addition to the exploration method of the initial structure used in first-principles calculations, molecular dynamics methods were used to extract solvents and effects from previous years 'discussions. The coordination structure of the first water molecule and the average water molecule in the finite temperature range is obtained. First principles calculations of coordination structures, initial structural optimization, especially calculations of water and structures, are possible. Calculation of activity in aqueous solution with high accuracy In the past, thermodynamic calculations have been conducted on the basis of thermodynamic data in aqueous solutions. It is important to understand the existence of substances and the evaluation of thermodynamic stability of desired substances.