2020 Fiscal Year Research-status Report
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20K05597
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
中田 謙吾 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 情報処理推進室, 特任専門職員 (40815271)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本間 徹生 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 産業利用・産学連携推進室, 主幹研究員 (50443560)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / XAS計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、Pdクラスター構造を ZrO2やCeO2 担体へ吸着させ、その電子状態の違いから触媒活性のメカニズムの理解を進めることにある。今年度はまず、Pdクラスター (Pd2, Pd3, Pd4, Pd5, Pd6, Pd7, Pd13, Pd19)の安定構造を探索し、安定構造の元でのXANESスペクトルの理論計算を行った。理論計算は、Pd-foil において、様々なパラメーター(MT半径など）の元で計算を行い、実験結果と比較をすることで最適化をしたパラメーターを用いた。理論計算の特徴として、Pdクラスターの各サイト毎のスペクトル構造を求めることが出来る。特にクラスーター内部と表面では大きくPdの電子状態が異なり、XANESスペクトルが大きく異なることを見いだした。次にこの作成したクラスターをZrO2表面に吸着させた。この吸着には様々なパターンが考えられる。クラスターモデル毎に、Pdクラスターの各サイトをZrO2上の各サイトに吸着させたいくつかのモデル構造を仮定して計算を行った。その結果、最安定の吸着エネルギーと、それぞれのクラスターの移動エネルギーなどの結果を得た。さらに、担体表面におけるクラスターの被覆率の違いを理解するために、ZrO2 のスーパーセル構造を複数仮定し、それぞれ同様にクラスター吸着計算を行った。また、得られた電子状態から、Pd-cluster/ZrO2 におけるPd-K 吸収端のXANESスペクトルの理論計算を行った。ZrO2 との相互作用に起因するスペクトル起源の探索などの詳細な電子状態の解析まではまできていないが、Pd/ZrO2 から Pd小数クラスタ/ZrO2 へと連続変化する Pd-K スペクトルを得ることが出来ている。これらのクラスター数によるスペクトルの変化の傾向は、実験と一致する方向であることを見いだしている。詳細な議論は現在進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
２０２０年度はコロナ第一波による非常事態宣言の影響で、予定していたスパコンのリソース購入が全く進めらなかった。そのため、予定していた計算リソース不足のため研究の進捗は遅れている。また、担体へのPdクラスター吸着計算において、当初考えていたスーパーセル構造よりも大きな構造をいくつか仮定していることも遅延の原因である。全体としては許容できる遅延であり、計算のプロジェクトしては想定の範囲内であると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
計算の進捗速度は、ほぼ計算機の能力に律速されている。２０２０年度のリソース確保に失敗したために余った予算と２０２１年度の予算の両方を用いることで、入手できる計算リソースを増やすことを考えている。現在把握しているスパコンの速度は、申請時よりも能力が大きいことを把握しているため、予算によるリソース確保さえ出来れば迅速に計算は可能である。Pd/ZrO2計算の大部分はすでに終えているが、Pdクラスターを吸着する担体のZrO2のスーパーセル構造のパターンを追加しつつ、Pd/ZrO2計算の詳細な解析を進める。さらに、前年度作成したPdクラスターを CeO2(非欠陥)に吸着させた計算を当初の計画通りに進める。
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| Causes of Carryover |
２０２０年度はコロナ第一波による非常事態宣言の影響で、予定していたスパコンのリソース購入が思うように進められなかった。繰り越し分の予算では、スパコンのリソースはさらに追加で購入する予定となっている。
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