2005 Fiscal Year Annual Research Report
電子密度分布に基づく水素貯蔵材料の統一的な理解と量子材料設計への新しい展開
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17106008
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
森永 正彦 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50126950)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村田 純教 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10144213)
湯川 宏 名古屋大学, 大学院工学研究科, 助手 (50293676)
関根 理香 静岡大学, 理学部, 助教授 (50211321)
折茂 慎一 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (40284129)
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| Keywords | 水素貯蔵材料 / 量子材料設計 / 電子密度 / 分子軌道法 / 化学結合 / 水素化物 / ラマン分光 / エネルギー密度解析 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、水素貯蔵材料を電子レベルから基礎的に理解し、量子材料設計の新しい展開を図ることにある。そのために、各種水素化物中の水素-金属(または非金属)原子間の化学結合に注目し、電子構造の計算とラマン分光スペクトル等の実験を組み合わせて研究を進めている。本年度に得られた研究成果は、以下の通りである。
1.マリケン(Mulliken)のpopulation analysisに代わる電子密度の新しい解析法であるエネルギー密度解析法(Energy Density Analysis)を用いて、ペロブスカイト型水素化物AMgH_3(A=Na, K, Rb)のH-Mg原子間の結合エネルギーを求めた(例:NaMgH_3では1.6eV)。結合エネルギーは水素原子のエネルギー密度と密接に関係し、水素化物の相安定性を左右していることが分かった。
この外、これらペロブスカイト型水素化物を合成し、その脱水素化反応を明らかにした。
2.有望な水素貯蔵材料の一つであるアラネートMg(AiH_4)_2をメタセシス反応を用いて合成し、その脱水素化反応を調べた。反応触媒としてTiCl_3を混ぜてミリングすることにより、水素が100℃以下の低温で放出することが分かった。しかし、再水素化反応は30MPaの高圧水素下でも難しいことが明かになった。
3.錯体水素化物NaAlH_4のラマンスペクトルを測定し、その解析をGaussian03を用いて行った。1700cm^<-1>近傍に現れるピークは、H-Al原子間の伸縮振動モードに由来していることが分かった。NaAlH_4が水素を放出するときに現れる水素化物Na_3AlH_6では、これに対応するピークは、1600cm^<-1>以下に現れ、H-Al原子間の結合は少し弱くなっている。エネルギー密度解析によれば、その結合エネルギーは、NaAlH_4では3.6eV、Na_3AlH_6では3.2eVと見積もられ、実験結果とよく対応していた。
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