| Project/Area Number |
10131213
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山下 晃一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40175659)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中島 徹 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (70292779)
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| Project Period (FY) |
1998
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 1998)
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| Budget Amount *help |
¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
Fiscal Year 1998: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
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| Keywords | 密度汎関数法 / 電場効果 / Pt電極表面 / 吸着水分子 / プロトン移動反応 / プロトン化水分子 / 外部電場 / 吸着構造 |
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| Research Abstract |
密度汎関数法に外部電場を一電子演算子として導入し、Pt表面上における(1)水分子(一量体、二量体)の吸着構造、(2)吸着水分子間のプロトン移動反応、(3)プロトン化水分子の吸着構造、についての電場効果を検討した。
<Pt(111)面上の水分子(一量体、二量体)の吸着構造> EF=0の場合、水分子の分子面がPt(111)面に対して平行から約16度ずれた構造をとり、相互作用が水分子の孤立電子対の方向に支配されていることがわかった。EF<0の場合、水素原子を上にした表面に垂直な構造が予想されるが、孤立電子対と表面の相互作用も加わって、平行から約41度ずれた構造となった。一方EF>0の場合は、電場の方向から予想されるように、酸素原子を上にした表面に垂直な構造が得られた。EF=0の場合に、水分子をもう一分子、最初の分子と水素結合を作るように吸着させると、最初に吸着していた水分子の分子面は表面にほぼ平行となった。
<吸着水分子間のプロトン移動反応> 外部電場の方向により、プロトン移動のポテンシャル曲線は大きく影響され、二重井戸構造が消滅し、それぞれEF>0の場合はO1側に、EF<0の場合はO2側に最安定構造をもつ一重井戸構造となった。
<プロトン化水分子の吸着構造> さらにプロトン移動により生成したプロトン化水分子(H_3O^+)の吸着構造を調べた。EF=0の場合は2つの水素原子を下にした吸着構造、EF<0の場合は、プロトン化水分子は吸着せず表面から脱離した。またEF>0の場合はプロトン化水分子から表面へのプロトン移動を起こした解離性吸着構造が得られた。以上の計算結果により外部電場下の場合、吸着水分子間のプロトン移動反応に加えて、プロトン化水分子から表面へのプロトン移動反応も重要な過程になりうることを示唆した。
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