2021 Fiscal Year Annual Research Report
Prediction of Catalytic Activity of Multinary Alloy Nanoparticle by Real-system All-electron Calculations
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21H01739
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
古山 通久 信州大学, 先鋭領域融合研究群先鋭材料研究所, 教授(特定雇用) (60372306)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / 合金ナノ粒子 / 実在系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
理論触媒科学において標準的概念である「dバンド中心」が提案されて20年以上が経った。“理論触媒科学の近年の進展にも関わらず、計算機支援による触媒材料設計は実現に遠い”とされる現状を打破し、理論・情報科学を活用した計算機支援による触媒材料設計を有効な選択肢の一つとするため、新たなアプローチが必要である。現在のアプローチは、実在系の構造と乖離した構造に基づくものであり、活性予測に対する限界も指摘されている。
本研究では、(1)ナノ粒子の不均一な構造を考慮した第一原理計算データの蓄積、(2) 記述子の網羅的探索による一般化記述子の構築、に取り組む。従来の簡易的なモデル構造を用いたdバンド中心の予測性の限界を突破し、合金ナノ粒子触媒への各種分子の吸着特性に関する一般化記述子を構築し、高活性触媒の創製に資する基盤技術の構築を目標とする。
本年度は、１．実在系第一原理計算データの蓄積、２．記述子の網羅的探索による一般化記述子の構築、に取り組んだ。具体的には、これまで単元素系で蓄積してきた、およそ1000点のデータを2元・3元合金へと展開していくための並列化第一原理のデータを蓄積した。
様々な元素からなる多元合金ナノ粒子の機能予測のためには、物理に基づく予測の実現が
重要である。機械学習では、手法の選択や高度化に着目しがちだが、本研究では、どのような記述子を用意するかを重視して取り組む。膨大な組み合わせの中から有効な二次記述子・三次記述子を網羅的かつ高速に探索するツールを実装し、有効な記述子の発見を加速し、様々な元素に普遍的に適用可能な記述子を見出すための基礎を得た。
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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
初年度は、データの蓄積と記述子の開発のためのツール開発を主眼として取り組んできた。計算資源は、東北大学金属材料研究所計算材料学センターのスーパーコンピューティングシステムを148,900ノード・時間分確保することができ、データの蓄積を進めることができた。また、記述子の網羅的解析のためのツールの実装も行った。
以上より、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、触媒活性の予測に必要となる、多元素系合金に対する分子吸着に関するデータの蓄積を加速する。これまで、2元系で開発してきた元素固有の記述子の有効性を示すとともに、多元素系への展開に取り組み、多元素合金の触媒活性の基盤となる吸着特性の予測を実現する。
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