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反応経路自動探索法の周期系への拡張と結晶の特性予測

Research Project

Project/Area Number 18J10122
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionYokohama City University (2019)
Hokkaido University (2018)

Principal Investigator

高木 牧人  横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科, 特別研究員(PD) (80867846)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords人工力誘起反応法 / 結晶構造探索 / 炭素結晶 / 高圧 / 結晶構造予測 / 量子化学計算 / 反応経路自動探索 / 速度論的安定性 / リン光
Outline of Annual Research Achievements

私はこれまで、人工力誘起反応法を固体系へ拡張することで結晶構造および反応経路探索法(PBC/AFIR法)の開発を行ってきた。本研究ではPBC/AFIR法の応用として、①複雑系への応用を行った。また、②高圧条件下での結晶構造探索をできるように手法の拡張を行った。また、③実験との共同研究も実施した。
①複雑系への適用:本手法を用いて炭化ケイ素の結晶構造探索を行なった。得られた構造に対しバンドギャップの計算も行い、構造の特徴との関連を議論した。探索の結果、10000構造以上が得られた。この中には熱力学的に安定で欠損を有し、バンドギャップがこれまで報告されているものよりも小さい構造が得られた。
②高圧条件下での結晶構造探索:ポテンシャルエネルギー曲面に圧力と体積の積を加えたエンタルピー曲面上をPBC/AFIR法を用いて探索することで、任意の圧力下での結晶構造探索、反応経路探索を可能とした。本手法の適用例として、炭素結晶構造探索を0 GPaと100 GPaでそれぞれ行った。100 GPaでは 0 GPaに比べ、密度の高い分布が得られた。また、100 GPaではダイヤモンドよりも密度の高い3つの新規構造が得られた。
③実験グループとの共同研究
岡山大学の羽田助教(当時)とカーボンナノチューブを束ねたものを加熱することで、カーボンナノチューブ間に存在するアモルファスカーボンがグラファイト様構造に変化する過程の反応経路を解析し、最適な加熱時間や温度条件の予測を行った。さらに、横浜国立大学の藪内教授とは、リチウム酸化物を結晶構造探索を行い、準安定構造の構造解明を試みている。また、物質・材料研究機構の若原博士とフラーレン/ポルフィリン共結晶の近赤外光応答の実験に対する、理論計算の共同研究も実施した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2019 2018

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] One-minute Joule Annealing Enhances the Thermoelectric Properties of Carbon Nanotube Yarns via the Formation of Graphene at the Interface2019

    • Author(s)
      M. Hada, T. Hasegawa, H. Inoue, M. Takagi, K. Omoto, D. Chujo, S. Iemoto, T. Kuroda, T. Morimoto, T. Hayashi, T. Iijima, T. Tokunaga, N. Ikeda, K. Fujimori, C. Itoh, T. Nishikawa, Y. Yamashita, T. Kiwa, S. Koshihara, S. Maeda, Y. Hayashi
    • Journal Title

      ACS Applied Energy Materials

      Volume: 2 Issue: 10 Pages: 7700-7708

    • DOI

      10.1021/acsaem.9b01736

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] One-Dimensional Fullerene/Porphyrin Cocrystals: Near-Infrared Light Sensing through Component Interactions2019

    • Author(s)
      Wakahara Takatsugu、Nagaoka Kahori、Nakagawa Akari、Hirata Chika、Matsushita Yoshitaka、Miyazawa Kun’ichi、Ito Osamu、Wada Yoshiki、Takagi Makito、Ishimoto Takayoshi、Tachikawa Masanori、Tsukagoshi Kazuhito
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 12 Issue: 2 Pages: 2878-2883

    • DOI

      10.1021/acsami.9b18784

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural and Electronic Properties, Isomerization, and NO Dissociation Reactions on Au, Ag, Cu Clusters2019

    • Author(s)
      Yusuke KONDO, Rina TAKAHARA, Hirono MOHRI, Makito TAKAGI, Satoshi MAEDA, Takeshi IWASA, Tetsuya TAKETSUGU
    • Journal Title

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      Volume: 18 Issue: 1 Pages: 64-69

    • DOI

      10.2477/jccj.2018-0044

    • NAID

      130007603140

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Combined Automated Reaction Pathway Searches and Sparse Modeling Analysis for Catalytic Properties of Lowest Energy Twins of Cu132019

    • Author(s)
      T. Iwasa, T. Sato, M. Takagi, M. Gao, A. Lyalin, M. Kobayashi, K. Shimizu, S. Maeda, T. Taketsugu
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry A

      Volume: 123 Issue: 1 Pages: 210-217

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.8b08868

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A Systematic Study on Bond Activation Energies of NO, N2, and O2 on Hexamers of Eight Transition Metals2019

    • Author(s)
      Ichino Tomoya、Takagi Makito、Maeda Satoshi
    • Journal Title

      ChemCatChem

      Volume: 11 Issue: 4 Pages: 1346-1353

    • DOI

      10.1002/cctc.201801595

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Understanding CO oxidation on the Pt(111) surface based on a reaction route network2019

    • Author(s)
      Sugiyama Kanami、Sumiya Yosuke、Takagi Makito、Saita Kenichiro、Maeda Satoshi
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 印刷中 Issue: 26 Pages: 14366-14375

    • DOI

      10.1039/c8cp06856a

    • NAID

      120006781558

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exploring potential crossing seams in periodic systems: Intersystem crossing pathways in the benzene crystal2018

    • Author(s)
      Saita Kenichiro、Takagi Makito、Harabuchi Yu、Okada Haruki、Maeda Satoshi
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 149 Issue: 7 Pages: 072329-072329

    • DOI

      10.1063/1.5025023

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 人工力誘起反応法を用いた高圧条件下での結晶構造探索2019

    • Author(s)
      高木 牧人, 前田 理, 立川 仁典
    • Organizer
      第22回理論化学討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 人工力誘起反応法を用いた結晶構造予測: 炭化ケイ素への適用2019

    • Author(s)
      高木 牧人, 前田 理, 立川 仁典
    • Organizer
      シンポジウム「化学反応経路探索のニューフロンティア2019」
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 人工力誘起反応法を用いた炭化ケイ素の結晶構造予測2019

    • Author(s)
      高木 牧人, 前田 理, 立川 仁典
    • Organizer
      第13回分子科学討論会2019名古屋
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Crystal structure prediction by artificial force induced reaction method: Applications to silicon carbide2019

    • Author(s)
      Makito Takagi, Satoshi Maeda, Masanori Tachikawa
    • Organizer
      APATCC2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Systematic Crystal Structure Prediction by Artificial Force Induced Reaction Method: A case study on carbon crystal2019

    • Author(s)
      Makito Takagi, Satoshi Maeda, Masanori Tachikawa
    • Organizer
      JTTCC2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 炭素結晶構造の網羅探索と物性に基づく解析:構造の特徴とバンドギャップの相関2018

    • Author(s)
      高木 牧人, 前田 理
    • Organizer
      シンポジウム「化学反応経路探索のニューフロンティア2018」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 炭素結晶の構造の特徴とバンドギャップの相関2018

    • Author(s)
      高木 牧人, 前田 理
    • Organizer
      第12回分子科学討論会2018福岡
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 人工力誘起反応法による結晶の速度論的安定性の予測: Cco-C8(Z-Carbon)への適用2018

    • Author(s)
      高木 牧人, 住谷 陽輔, 前田 理
    • Organizer
      第21回理論化学討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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