2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of theoretical methods to investigate an electron transfer at electrode-electrolyte interface
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18K14179
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中農 浩史 京都大学, 工学研究科, 助教 (20711790)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電気化学 / 電子移動 / 電極 / 電解液 / 界面 / 分子動力学 / 電子状態計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は、電極電解液系と電子移動を理論的に調べるための方法開発と解析に取り組み、以下の三つの成果をあげた：
（１）架橋された電子ドナー・アクセプター間の超交換電子移動の電子カップリングを第一原理量子化学計算により求める方法を開発し、学術誌に発表した。この方法により、これまで正確な計算が困難であった超交換電子カップリングの効率的な精密計算が可能になった。また同時に、これまで間違って解釈されることもあった、超交換電子カップリングに対する溶媒効果の正しい理解の仕方を示した。
（２）一定電圧に制御された電極電解液界面で起こる電子移動を解析する分子動力学計算法を確立し、学術誌に発表した。電極と電解液はともに電子分極するようにモデル化しているため、鏡像電荷の影響も含め、界面で起こる電子移動の再配列エネルギーを正しく評価出来る。再配列エネルギーの計算により、電極表面から離れた領域では溶媒の電子分極効果が非常に大きく寄与するが、電極に近いとその寄与は小さくなり、代わりに電極電子の分極効果（鏡像電荷との相互作用）が大きく寄与することが明らかになった。
（３）一定電圧に制御された二つの電極の電子状態を、強束縛密度汎関数法により決定する方法を開発し、学術誌に発表した。これにより、古典分子動力学計算でよく扱われる、一定電圧に制御された二枚電極からなる電気化学セルのモデルを、電子状態計算を用いてより正確に扱えるようになった。一定電圧条件の新たな定式化を示し、また実際の金属電極が、古典分子動力学計算においてよく用いられる完全導体モデルより電子分極効果がかなり大きい可能性があることを示した。
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