エンタルピー・エントロピー第一原理計算による電気化学界面反応へのアプローチ

使用熵和熵的第一原理计算电化学界面反应的方法

• 批准号: 22K05049
• 负责人: 中農 浩史
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05049/
• 关键词: 電気化学; 固液界面; 理論計算; 分子動力学シミュレーション; QM/MM; 界面; 化学反応; 自由エネルギー; エントロピー

電池における閉回路/開回路条件が電気化学界面における電解液の液体構造とダイナミクスに対しどのように影響を与えるかを理解するため、閉回路/開回路条件を同じ理論的枠組みのもとで取り入れることの出来る古典分子動力学シミュレーション法を開発した。この方法では、先行研究では正しく考慮されていなかった金属電極の分極効果がどちらの回路条件でも等しく取り入れられるため、それまでは混同されていた界面の構造・ダイナミクスに対する"回路条件の違いによる効果"と"金属電極の分極効果"を分離して調べることが可能になった。界面のダイナミクスは、電極の分極効果というより回路条件の違いにより大きく変化し、開回路条件下では非平衡溶媒構造による不十分な静電遮蔽により電解液分子・イオンのダイナミクスが大きく加速されることを示した。電極-電解液界面上の分子の構造と電子状態は電極と周囲の電解液分子・イオンとの相互作用、さらに印加電圧から大きく影響を受け、反応性や光応答性などが変化する。この効果を定量的に調べるため、注目する界面分子のみを量子化学的に扱い、電極と電解液分子・イオンを古典的に扱い、さらに印加電圧の効果を取り入れることの出来る定電圧QM/MM法を開発した。動きの遅い電解液分子・イオンの熱運動効果を十分に記述するための工夫も取り入れることで、従来法では非常に困難であった電気化学界面現象に対する統計力学的な議論も可能である。アセトニトリル電解液中の金属電極上のキノン分子に対し計算を行い、分子の構造と電子状態が界面における相互作用と印加電圧によりどのように変化するかを明らかにした。

The electrochemistry interface of the cell, the chemical interface, the liquid, the liquid and the liquid. In this paper, the method is used, and the research is carried out in advance. There is a significant impact on the performance of metal electronics. the results show that there are significant differences in the circuit conditions, such as circuit conditions, and so on. The interface is very important because the circuit conditions are different. Under the open-loop condition, the non-equilibrium solvent generator is not completely shielded. The molecules of the hydrolytic solution are not completely shielded. On the cathode-electric solution interface, the molecules on the cathode-electric solution interface generate electronic state electrons, the interaction between the molecules in the solution, the interaction between the molecules in the solution, the interaction between the molecules in the electrolyte interface, the interaction between the molecules in the electrolyte interface, the interaction between the molecules in the electrolyte interface, the interaction between the molecules in the electrolyte interface, the interaction between the molecules in the electrolyte interface, the interaction between the molecules in the electrolyte interface, the interaction between the molecules in the electrolyte interface, the interaction between the molecules in the electrolyte interface, the interaction between the molecules in the electrolyte, the interaction between the molecules in the electrolyte, the interaction between the molecules in the electrolyte, the interaction between the molecules in the electrolyte, the interaction between the molecules in the electrolyte, the interaction between the molecules in the electrolyte, the interaction between the molecules in the electrolyte, the interaction between the molecules in the electrolyte, the interaction between the molecules in the As a result, the quantitative measurement, the measurement of the interface molecules, the quantum chemistry analysis of the interface molecules, the classical electron microscopy of the molecules of the electrolysate, and the application of the QM/MM method are introduced. The chemical reaction of molecules in the hydrolysate is very important. It is very difficult to analyze the chemical interface of the electrochemistry like the statistical mechanics of mechanics. In the thermal solution, the metal electrodes are used in the calculation of the molecular dynamics of the metal electrodes, and the molecular devices are used to create the electronic state interface. The interaction is printed on the computer.

项目成果

Unified polarizable electrode models for open and closed circuits: Revisiting the effects of electrode polarization and different circuit conditions on electrode-electrolyte interfaces

开路和闭路的统一可极化电极模型：重新审视电极极化和不同电路条件对电极-电解质界面的影响

• DOI: 10.1063/5.0093095
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Chemical Physics
• 作者: Takahashi Ken;Nakano Hiroshi;Sato Hirofumi
• 通讯作者: Sato Hirofumi

Accelerated constant-voltage quantum mechanical/molecular mechanical method for molecular systems at electrochemical interfaces

电化学界面分子系统的加速恒压量子力学/分子力学方法

• DOI: 10.1063/5.0128358
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Chemical Physics
• 作者: Takahashi Ken;Nakano Hiroshi;Sato Hirofumi
• 通讯作者: Sato Hirofumi