2010 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ空間における溶液物性と電気化学過程の理論的解明
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21244045
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
塚田 捷 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (90011650)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
赤木 和人 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (50313119)
濱田 幾太郎 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (80419465)
田村 宏之 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (60390655)
真砂 啓 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助手 (70510551)
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| Keywords | ナノ空間 / 固液界面 / 計算機シミュレーション / 溶液物性 |
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| Research Abstract |
1.第一原理計算の結果を用いて古典分子動力学計算のパラメータを最適化する枠組みを整備し、水/固体表面系の大域構造を調べた。また、高次構造に着目して水素結合ネットワークを解析するためのプログラム群を開発し、界面近傍の水の内部構造とダイナミクスを評価した。その結果、モデル電極表面の親水性/疎水性および表面電荷分布を反映し、界面近傍には7員環構造を主とするバルク水の構造と比べて少数員環構造が出現しやすくその寿命も長くなる傾向にあった。表面のナノ構造の存在はバルク水からのズレを顕著にすることも示唆された。「固液界面」の理解には「水素結合ネットワーク」からの視点が非常に重要かつ有用であると思われる。
2.金属電極における水-清浄表面、及び水-水素吸着表面の相互作用を解明する目的でロジウム(111)表面についての第一原理シミュレーションを実行し、水素の被覆率の増大に伴ってロジウム表面が親水性から疎水性に変わる様子を調べた。このとき水素のs軌道と水のHOMO-LUMO軌道との相互作用に起因して水分子の配向が規定されるが、これは比較的シンプルであるとされる水素極側でも、水/水素/電極界面の平衡を意識した取り扱いが重要であることを意味している。
3.H21年度に開発した「電子状態の透熱化の方法論」を拡張し、モデル光励起系として、オリゴチオフェンとフラーレンの界面での電子移動における吸収スペクトル・励起子の電荷分離機構・スタッキング構造の影響等を評価し、実験を半定量的に再現する結果が得られた。これにより、比較的小さな系に対する量子化学計算に基づくパラメータを用いて大域的な励起子の挙動を予測する道具立ての足がかりができた。
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