2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of combined plane wave and localized orbital electronic structure calculation and application of proton transfer in hydrophobic nano structure
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18K05035
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
石元 孝佳 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (50543435)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | プロトン移動 / 疎水ナノ細孔 / ハイブリッド法 / 電子状態計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
疎水ナノ細孔中ではバルク中よりも高速にプロトン伝導することが実験的に観測されているが、そのメカニズムや新規プロトン伝導材料設計につながる有力な知見はほとんどない。そこで、本申請では、疎水性ナノ細孔における高速プロトン移動機構の起源を明らかにするために、大規模系を計算可能な平面波基底と高精度計算に有利な局在基底の双方の特徴を併せ持つ平面波局在基底混合電子状態計算の開発および開発手法を用いて疎水性ナノ細孔における水の水素結合ネットワーク構造および高速プロトン移動機構の起源を解明する。
本年度は、平面波局在基底混合電子状態計算手法の開発に取り組み、エネルギーだけでなく解析的な構造最適化計算が可能になった。また、非ボルン－オッペンハイマー型量子化学計算(non-BO法)を実装したことで、水素・重水素の同位体効果の解析を実現した。今年度の大きな成果としては、カーボンナノチューブ内の水が形成する水素結合ネットワークにおけるH/D置換による構造の違いやプロトン移動に伴う活性化エネルギーのH/D同位体効果を解析することが出来た。HとDでは安定な水素結合構造が異なる可能性が示唆され、カーボンナノチューブの細孔径サイズ依存性などの解析に取り組んだ。
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