2014 Fiscal Year Annual Research Report
金属凝集性の量子化学的定量評価に基づく電極触媒の経時劣化因子の解明
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25820002
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 愛 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (40463781)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 凝集性 / d軌道 / 3d, 4d, 5d / 自己拡散 / 金属内部結合エネルギー / 量子化学計算 / 触媒設計 / 耐久性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで、燃料電池および自動車用触媒などの様々な触媒について、特定した元素の性質に限定した理論研究を行ってきたが、実用触媒は複数成分から成る合金や酸化物様々な元素が配合されて用いられる為、遷移金属全般に亘る普遍的な量子化学的性質の解釈が望
まれている。しかし様々な元素種を扱うほど、その混合物の中でどの成分が触媒性能に寄与し耐久性を支えているのか、という判断が難しくなってくる。3d, 4d, 5d遷移金属全ての凝集性に関する実験データ、理論計算データを統合して把握する事で、触媒開発時の
指針に役立つ情報が一度に公開できる可能性がある。そこで、量子化学的性質を得る事に加え、既往の金属の凝集性に関する実験的研究成果と照合してみると、3ｄ,4ｄ,5ｄ元素種の凝集性に関する諸物性について、共通した凝集性に関する量子化学的性質が見出され
た。3d, 4d, 5d遷移金属の金属間結合エネルギーを調べ、金属間結合エネルギーを算出したところ、ｄ電子占有順に大きくなり、ｄ電子が半分占有された元素で最大になり、ｄ電子が全く占有されていないか、もしくは、全て占有された元素で最小になる事がわかった
。この性質は3d, 4d, 5d遷移金属全般に通用する性質であった。高温下の金属ナノ微粒子は表面エネルギーなど金属の凝集特性が顕著に現れる. 凝集エネルギー、表面エネルギー、拡散開始点のTamman温度は、いずれもｄ電子が半分占有された元素Re,Tc,Mnでその大きさが対称になる. 量子化学計算によるバルク金属の金属‐金属内部結合エネルギーは凝集諸物性と同様にRe,Tc,Mnで対称にな火山型の定量性が示された. 金属-金属間の結合エネルギーが強いほど自己拡散係数の活性化エネルギーは高く,凝集エネルギー、表面エネルギー、Tamman温度は高くなる傾向が見いだされた.
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