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第一原理分子動力学法によるカーボンナノチューブ生成初期過程の解明

利用第一性原理分子动力学方法阐明碳纳米管形成的初始过程

基本信息

批准号：
18J22727
负责人：
福原智
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和2年度は，Metadynamics法によってナノ粒子触媒からの炭素原子析出過程を解析し，炭素原子濃度の増加によって，析出状態の自由エネルギーが安定になること，活性化自由エネルギーが小さくなることを明らかにし，論文として出版した．解析には令和元年度にベルギーアントワープ大学・化学科・Erik Neyts准教授グループ滞在中に開発した手法を用いた．さらに，炭素原子析出過程を解析する手法を拡張し，カーボンナノチューブの初期構造であるCap構造形成過程を解析する手法を開発し，Cap構造が高温で自由エネルギー的に安定となることを明らかにした．自由エネルギーの計算にはCap構造の形成と消失を繰り返す計算が必要であるが，時間スケールがナノ秒程度に限られる通常の分子動力学では難しく，適切な反応座標を設定したMetadynamicsを用いた本手法ならではの成果である．特に，炭素原子が高濃度でナノ粒子上に存在するときにはネットワーク形成そのものよりも，Cap構造が触媒からLift-offする過程に自由エネルギー障壁があることを解明できたのは，自由エネルギー解析による成果である．また，第一原理分子動力学による炭素源分子の解離過程解析，加速分子動力学による炭素原子拡散過程解析，Metadynamicsによる炭素組織形成過程解析と，発展的な分子動力学を用いてカーボンナノチューブ形成過程の一連のプロセスを熱力学および動力学起源を原子スケールの立場から明らかにしたこれまでの研究を博士論文として総括した．

In the second year of 2002, the Metadonomics method was used to analyze the precipitation process of carbon atoms, the increase of carbon atom concentration, the free generation of precipitation state, the stability of precipitation state, the activation of free generation process, and the publication of this paper. Analysis of the year and the year before the beginning of the year, Erik Neyts, Associate Professor of Chemistry, started to develop methods. In addition, the method of analyzing the precipitation process of carbon atoms has been developed, and the method of analyzing the formation process of the Cap structure in the initial structure of the Kakonanokai has been developed. It is now clear that the Cap structure can be stable and free from high temperatures. The calculation of free space structure is necessary. The calculation of free space structure is necessary. In particular, carbon atoms are present in high concentrations on particles, resulting in the formation of free radicals in the process of catalyst Lift-off. First principles molecular dynamics analysis of carbon source molecular dissociation process, accelerated molecular dynamics analysis of carbon atom dispersion process, Metadynamics analysis of carbon tissue formation process, development of molecular dynamics applications, thermodynamics and dynamics of carbon source molecular dissociation process, atomic origin of the position.