2009 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 Nagoya University, 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, 准教授 (10144213)
湯川 宏 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教 (50293676)
関根 理香 静岡大学, 理学部, 准教授 (50211321)
折茂 慎一 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40284129)
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| Keywords | 水素貯蔵材料 / 量子材料設計 / 電子密度分布 / 分子軌道法 / 電子状態 / 水素脆性 / 水素トラップ |
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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。
本年度は、水素化物の電子状態計算とラマン分光スペクトルの測定などを行い、以下の研究成果を得た。
1.原子化エネルギーによる水素化物の脱水素化触媒反応の解明
金属系、無機系、有機系水素化物の化学結合を、「エネルギーの尺度」で定量的に表すことに初めて成功した。すなわち、電子系の全エネルギーを構成原子へ分割し、各構成原子の原子化エネルギーを決定した。化学結合様式が異なるすべての水素化物を、1枚の「原子化エネルギー図」の中で整理した。この成果に基づき、水素化物の「脱水素化反応触媒」に焦点を当て研究を行い、MgH_2やNaAlH_4の脱水素化反応を促進するための、各種金属酸化物(例:Nb_2O_5)や金属塩化物(例:TiCl_3)の触媒効果を、原子化エネルギーを使って定量的に理解した。
2.AlH_3およびAlD_3のIRスペクトルおよびラマンスペクトルの理論スペクトルを第一原理計算により求めた。
3.各種化合物の原子化エネルギー解析
各種化合物(ホウ化物、炭化物、窒化物、酸化物、フッ化物、硫化物)の原子化エネルギーの解析を行い、水素化物の化学結合の特徴を明らかにした。
これら一連の研究を総合して、水素貯蔵材料のみならず、水素化物の脱水素化触媒材料、耐水素脆性材料などの水素関連分野の統一的な理解に資する新しい材料学の構築を行った。
4.原子化エネルギーの金属の水素脆性研究への応用
上記1で得られた知見は、水素脆性の理解に応用した。すなわち、原子化エネルギーと水素トラップサイトの生成とを関連付けることにより、水素をトラップしやすい構成元素を選択し、耐水素脆化合金の組成設計を行うための糸口が明らかになった。
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