酸化チタンナノクラスターの光触媒反応メカニズムに関する理論的研究

• Project/Area Number: 04J01602
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 今村 穣 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2006: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: エネルギー密度解析 / 酸化チタン / ルチル型 / 面依存性 / Pseudospectral法 / 基底関数依存性 / 空間分割関数 / 時間依存密度汎関数理論 / 交換相関汎関数 / 内殻励起 / 価電子励起

Research Abstract

計算コストを削減するOrderN法の開発や計算機の発展などにより、酸化チタンナノクラスターなどの大規模系に対する計算が盛んに行われている。しかし、それに対する解析手法の開発はあまり進んでおらず、定量的な議論をするのが困難であった。そこで、我々は、系全体のエネルギーを構成原子に分割する新しい解析手法、エネルギー密度解析(EDA)を開発してきた。この手法は、今まで困難であった反応の活性部位などの特定を可能とする方法であり、今まで分子動力学や諸熊一北浦のエネルギー分割との組み合わせなどで多くの成果を挙げてきた。本研究では、EDAを用いてルチル型の酸化チタン(001)、(110)、(100)などの表面に関して検討した。BLYP/6-21Gを用いた周期境界条件計算を行った。格子定数は、実験値を用いた。表面部とバルク部の安定性を比較したところ。バルク部分は、面依存性が少なかったが、表面部分は、強い面依存性を示した。特に、(001)面においては、表面とバルクには、約1.5eVのエネルギー差があり、表面が大きく不安定化していることがわかった。更に、ルチル型(001)表面に関して詳しく検討を行った。バルク部分の3配位酸素、6配位チタンと比較して、表面部分で配位不飽和となった2配位酸素、4配位チタンがその不安定性の原因となっていることがわかる。以上の研究で、EDAを用いて酸化チタンに関する詳細な解析に成功した。

Research Products

• [Journal Article] Analysis of self-interaciton correction for describing core excited states (2007)
  • Author(s): Y.Imamura, H.Nakai
  • Journal Title: International Journal of Quantum Chemistry 107 Pages: 23-29
• [Journal Article] Grid-based energy density analysis : Implementation and assessment (2007)
  • Author(s): Y.Imamura, A.Takahashi, H.Nakai
  • Journal Title: Journalof Chemical Physics 126 Pages: 34103-34103
• [Journal Article] Time-dependent density functional theory calculations for core-excited states : Assessment of standard exchange-correlation functionals and development of a novel hybrid functional (2006)
  • Author(s): A.Nakata, Y.Imamura, T.Ostuka, H.Nakai
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics 124 Pages: 94105-94105
• [Journal Article] Hybrid exchange-correlation functional for core, valence, and Rydberg excitations : Cor-valence-Rydberg B3LYP (2006)
  • Author(s): A.Nakata, Y.Imamura, H.Nakai
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics 125 Pages: 64109-64109
• [Journal Article] Time-dependent density functional theory (TDDFT) calculations for core-excited states : Assessment of an exchange functional combining the Becke88 and van Leeuwen-Baerends-type functionals (2006)
  • Author(s): Y.Imamura, H.Nakai
  • Journal Title: Chemical Physics Letters 419 Pages: 297-303
• [Journal Article] Description of core excitations by time-dependent density functional theory with local density approximation, gereralized gradient approximation, meta-Generealized approximation, and hybrid functionals
  • Author(s): Y.Imamura, T.Otsuka, H.Nakai
  • Journal Title: Journal of Computational Chemistry (in press)
• [Journal Article] Extension of the Core-Valence-Rydberg B3LYP Functional to Core-Excited-State Calculations of Third-Row Atoms
  • Author(s): A.Nakata, Y.Imamura, H.Nakai
  • Journal Title: Journal of Chemical Theory and Computation (in press)
• [Journal Article] Time-dependent density functional theory calculations for core-excited states : Assessment of standard exchange-correlation functionals and development of a novel hybrid functional
  • Author(s): A.Nakata, Y.Imamura, T.Ostuka, H.Nakai
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics in press