2019 Fiscal Year Annual Research Report
第一原理分子動力学法によるカーボンナノチューブ生成初期過程の解明
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18J22727
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
福原 智 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / metadynamics / 分子動力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，カーボンナノチューブの生成過程を原子論の立場から明らかにし，新たなカーボンナノチューブ合成触媒の設計指針を与えることを目的としている．
令和1年度は特に触媒に溶解した炭素原子が析出してカーボンナノチューブの初期構造となる炭素組織を形成する過程に着目して研究を行った．炭素組織形成過程は炭素原子の拡散現象を含むが，拡散現象は通常の分子動力学計算の時間スケールで扱うことは難しい．そこで，分子動力学の時間スケール拡張手法について研究した．まずは平成30年度に提案した複数の反応を並列して加速する手法について，反応間で加速率を同期させるアルゴリズムを加え，論文として出版した．
さらに炭素組織形成過程の自由エネルギー変化を解析するために，炭素原子が触媒に溶解した状態と析出した状態を区別する反応座標をアントワープ 大学留学中に開発した．開発した反応座標をもとに，分子動力学法の加速手法を用いることで炭素組織が形成される過程の自由エネルギー変化が詳細に計算されることが期待される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
通常の分子動力学では解析が困難な拡散現象を解析するための分子動力学の新規加速手法の開発に成功するとともに，加速手法をカーボンナノチューブの初期構造形成過程解析に適用するために必要となる反応座標を開発するなど，おおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和1年度までの研究によって開発した手法を用いてカーボンナノチューブの初期構造形成過程について自由エネルギー変化を詳細に解析する．さらに，炭素原分子解離過程と炭素組織形成過程の解析を総合することで，カーボンナノチューブ形成の熱力学と速度論について理論を構築する．
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