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2014 Fiscal Year Annual Research Report

複合クラスターにおける酸素還元反応の分子軌道計算

Research Project

Project/Area Number 25630336
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

上野 智永  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20611156)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Keywords触媒 / ナノクラスター / 分子軌道計算 / 酸素還元反応
Outline of Annual Research Achievements

燃料電池の正極では、酸素還元反応の触媒として白金が使用されている。しかし、白金はコストと資源量の問題から新しい触媒系の探索が進められており、代替触媒の候補として、ナノクラスター触媒が注目されている。バルクからナノクラスターとなることで、非連続的な物性の変化が現れ、従来知られていない新たな触媒性の発現が期待されている。本研究では、「触媒探索の指針設計」の構築を目的として、分子軌道計算を用いてナノクラスターの触媒性を明らかにする。本研究では、金、白金等の貴金属および鉄、ニッケル、コバルト等の遷移金属元素についてクラスターの電子状態を評価した。非経験的分子軌道法計算ソフトウェア “Gaussian09”を用い、金属には基底関数としてLanL2DZ 等を用い、O, H 等の軽元素には、6-311+G(2df, 2p)を基底関数として用いた。本研究では、ナノクラスターの構造安定性を解析し、安定化した対称性の低い構造での電子状態評価と酸素吸着状態の評価を行った。白金は、フェルミエネルギー近傍の状態密度が大きく、酸素吸着を行うと、白金の非占有軌道が酸素と反応し、反結合性軌道が非占有軌道に存在することが分かった。また、酸素と白金の間の電子が非局在化することを明らかにした。これらは、金や銅においては見られず、酸素還元反応に対する白金の触媒性に寄与するものと考えられる。また、以上の知見から、複数の成分による合金構造、コアシェル構造を作製して、白金の電子状態および酸素吸着時の電子状態を目指した材料設計を行い、それらの解析を行った。

  • Research Products

    (5 results)

All 2015 2014

All Presentation (5 results)

  • [Presentation] A Computational Investigation of Metal Nanocluster Structure and Electronic Property2015

    • Author(s)
      T. Morishita, T. Ueno, N. Saito
    • Organizer
      ISPlasma2015/IC-PLANTS2015
    • Place of Presentation
      Nagoya University
    • Year and Date
      2015-03-27 – 2015-03-27
  • [Presentation] Electronic States Analysis of Metal Nanocluster for Oxygen Reduction Catalyst in Fuel Cells2014

    • Author(s)
      T. Morishita, T. Ueno, N. Saito
    • Organizer
      5th International Symposium on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials (AMDI-5)
    • Place of Presentation
      Tokyo Medical and Dental University
    • Year and Date
      2014-11-19 – 2014-11-19
  • [Presentation] Oxygen Reduction Mechanism Analysis by DFT Calculation2014

    • Author(s)
      T. Morishita, T. Ueno, N. Saito
    • Organizer
      Second International Conference of Young Researchers on Advanced Materials (IUMRS-ICYRAM2014)
    • Place of Presentation
      Hainan, Chaina
    • Year and Date
      2014-10-25 – 2014-10-25
  • [Presentation] 密度汎関数法による金属ナノクラスター表面上酸素還元反応機構の解析2014

    • Author(s)
      森下哲典、上野智永、齋藤永宏
    • Organizer
      第155回秋期金属学会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2014-09-22 – 2014-09-22
  • [Presentation] A DFT Calculation of Oxygen Behavior on Metal Nanocluster2014

    • Author(s)
      T. Morishita, T. Ueno, N. Saito
    • Organizer
      The IUMRS International Conference in Asia 2014
    • Place of Presentation
      Fukuoka University
    • Year and Date
      2014-08-29 – 2014-08-29

URL: 

Published: 2016-06-01  

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