極低温ヘリウム昇温脱離法を用いたＡｔｏｍｉｓｔｉｃナノ多孔体モデル構築手法の開発

低温氦热解吸法原子纳米多孔材料模型构建方法的开发

• 批准号: 14J01101
• 负责人: 平塚 龍将
• 金额: $ 2.05万
• 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: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01101/
• 关键词: 昇温脱離法; TPDカーブ; 物理吸着; 吸着熱; 表面ラフネス; 最小プローブ原子; 量子効果; 有効原子径; 吸着エネルギー分布; 細孔表面ラフネス; 極低温He昇温脱離法

前年度までに開発した，極低温昇温脱離(TPD)実験による固体表面の吸着エネルギー分布測定手法の妥当性を検証すべく，実際のTPD過程を模した分子動力学シミュレーションを行った。ここでは，簡単のため量子効果を無視できる重い原子であるArを吸着原子として採用し，前年度までに構築したAtomisticシリカ表面モデルを用いてシミュレーションを行った。能勢フーバー法により温度を制御しつつ，一定速度で昇温することで，昇温速度に応じて脱離ピークの異なる複数のTPDカーブを計算した。この複数のTPDカーブに対して脱離速度と温度についてのアレニウスプロットを行い，その傾きから吸着熱を得た。得られた吸着熱は，吸着量が少ない場合は，固体壁との強い相互作用を示唆する高い値となる一方，吸着量がBET解析により得られる単分子容量よりも十分に多い場合は，蒸発熱と同程度の値となり，吸着シミュレーションにより計算される吸着熱の吸着量依存性と同様の傾向を示すことを確認した。これにより，吸着熱・吸着エネルギー分布の簡便な測定を可能にする極低温TPD実験および得られるTPDカーブの解析手法が妥当であることが確認できた。また，表面ラフネス評価の重要性を示すべく，表面ラフネスを加味したAtomistic規則シリカ多孔体モデルを用いて，メソ孔を含む多孔性材料において観測される毛管凝縮挙動の検討を行った。遷移状態理論により毛管凝縮の速度定数を計算し，実験結果との比較により，「実験の平衡待ち時間の間に毛管凝縮を観測し得る十分速い速度」を表す臨界速度定数を決定することで，毛管凝縮の温度・細孔径依存性を定量的に予測することに成功した。以上の結果は，表面ラフネスを合理的に加味したAtomistic規則シリカ多孔体モデルを用いて初めて得られたものであるので，表面ラフネスを合理的に評価することの重要性を示した結果であると言える。

In the past year, the development of TPD has demonstrated the suitability of adsorption distribution measurement methods on solid surfaces, and the molecular dynamics model of TPD process has been implemented. This is a simple quantum effect that can be ignored by heavy atoms and Ar adsorbed atoms. In the past year, it has been constructed into an atomistic surface. The energy potential is determined by temperature control, temperature rise at a certain rate, temperature rise at a certain rate, temperature rise at The temperature and temperature of the separation are different. In the case where the heat of adsorption is small, the strong interaction between the solid wall and the adsorption is high, the adsorption is BET analysis, the single molecular capacity is obtained, and in the case where the heat of evaporation is high, the adsorption is calculated, and the dependence of the adsorption on the adsorption is determined. A simple method for determination of adsorption heat distribution is possible. In addition, the importance of surface growth evaluation was demonstrated. Surface growth was modified according to atomistic rules. Porous materials were used in the study of capillary shrinkage behavior in porous materials. The migration state theory is used to calculate the velocity constant of capillary condensation, and the results are compared with each other. The critical velocity constant of capillary condensation is determined according to the measured velocity of capillary condensation during equilibrium waiting time. The temperature and pore diameter dependence of capillary condensation are quantitatively predicted. The above results show the importance of surface growth in the evaluation of the rationality of atomistic rules for porous materials.

项目成果

規則シリカ多孔体における毛管凝縮挙動の熱力学的モデル

有序多孔二氧化硅毛细管冷凝行为的热力学模型

• 发表时间: 2015
• 作者: Tatsumasa Hiratsuka;Hideki Tanaka and Minoru T. Miyahara,;Yutaka Kubo;Koji Naoda and Atsuhiro Osuka;平塚 龍将，髙田 健斗，田中 秀樹，宮原 稔;平塚 龍将，田中 秀樹，宮原 稔
• 通讯作者: 平塚 龍将，田中 秀樹，宮原 稔

細孔表面ラフネスを考慮した規則シリカ多孔体モデルによる吸着ヒステリシス機構の解明

使用考虑孔表面粗糙度的有序二氧化硅多孔材料模型阐明吸附滞后机制

• 发表时间: 2015
• 作者: Tatsumasa Hiratsuka;Hideki Tanaka;Minoru T. Miyahara;平塚 龍将，田中 秀樹，宮原 稔;平塚 龍将
• 通讯作者: 平塚 龍将

規則シリカ多孔体における毛管凝縮過程のモデル化

有序多孔二氧化硅毛细管冷凝过程的模拟

• 发表时间: 2015
• 作者: Tatsumasa Hiratsuka;Hideki Tanaka;Minoru T. Miyahara;平塚 龍将，田中 秀樹，宮原 稔
• 通讯作者: 平塚 龍将，田中 秀樹，宮原 稔

吸着挙動の予測を可能にする規則シリカ多孔体モデル構築手法の開発

开发有序二氧化硅多孔模型构建方法，能够预测吸附行为

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Hiratsuka;H. Tanaka and M. T. Miyahara;久保 豊;平塚 龍将，田中 秀樹，宮原 稔
• 通讯作者: 平塚 龍将，田中 秀樹，宮原 稔

Molecular modeling of ordered mesoporous silica with surface roughness

具有表面粗糙度的有序介孔二氧化硅的分子建模

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Hiratsuka;H. Tanaka and M. T. Miyahara
• 通讯作者: H. Tanaka and M. T. Miyahara