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量子ダイナミクスによる酸素分子表面反応の理論的研究

Research Project

Project/Area Number14J00370
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thin film/Surface and interfacial physical properties
Research InstitutionOsaka University
Research Fellow 清水 康司  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
Project Status Completed(Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost : ¥1,900,000)
Fiscal Year 2015 : ¥900,000 (Direct Cost : ¥900,000)
Fiscal Year 2014 : ¥1,000,000 (Direct Cost : ¥1,000,000)
Keywords酸素分子 / 水素分子 / 密度汎関数理論 / ダイナミクス / 表面 / 吸着 / 量子状態 / 散乱 / アルミニウム / 表面・界面 / 解離吸着反応 / 剥ぎ取り反応 / 回転励起
Outline of Annual Research Achievements

平成27年度は、SrTiO3(001)表面と水素分子の相互作用に関する理論的研究を行い、その電子状態や反応のダイナミクスを明らかにしてきた。まず、密度汎関数理論に基づく第一原理電子状態計算から、水素分子の吸着状態を分子の全内部自由度を考慮して詳細に調査した。その結果、吸着には強い分子配向異方性が存在することを見出した。また、得られたポテンシャルエネルギー曲面を用いて水素分子の吸着量子状態を計算し、SrTiO3表面のような分子配向異方性の強い表面上では、分子の回転状態は気相から大きく変調されることを明らかにした。さらに、水素分子の脱離エネルギーの大きさは、分子の回転状態に依存して異なることを明らかにした。このことから、吸着と脱離のプロセスによって、分子の回転状態を選別することができる、つまり、水素分子の核スピン異性体の分離が可能であることを理論的に示した。さらに、水素分子の散乱反応のダイナミクス計算を行った。その結果、SrTiO3表面に入射させる水素分子の初期条件を適当に設定することで、分子回転状態の励起を介した非弾性散乱をパラ水素のみに起こすことができ、ここでも核スピン異性体の分離可能性を理論計算によって示した。本研究の成果をもとに特許の申請を行ったとともに、これらの成果をEuropean Conference on Surface Science 31等の国内外の学会に参加し発表を行った。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report

Research Products

(12results)

All 2016 2015 2014

All Presentation Patent(Industrial Property Rights)

  • [Presentation] 水素分子のSrTiO3(001)表面吸着時における回転状態2016

    • Author(s)
      清水康司、中西寛、Wilson Agerico Dino
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular Adsorption and Hindered Rotation of H2 on SrTiO3(001)2015

    • Author(s)
      Koji Shimizu, Hiroshi Nakanishi, Wilson Agerico Dino
    • Organizer
      The International Symposium on "Recent Trends in Analysis Techniques for Functional Materials and Devices
    • Place of Presentation
      Osaka University, Japan
    • Year and Date
      2015-12-02
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SrTiO3(001)表面上での水素分子の吸着状態と表面散乱2015

    • Author(s)
      清水康司、中西寛、Wilson Agerico Dino
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] New Insights into the O2/Al(111) Dissociative Adsorption and Abstraction Dynamics2015

    • Author(s)
      Koji Shimizu, Wilson Agerico Dino, Hideaki Kasai
    • Organizer
      European Conference on Surface Science 31
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2015-08-31
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 酸素分子のAl(111)への解離吸着反応における表面振動の影響2015

    • Author(s)
      清水康司、 Wilson Agerico Dino、笠井秀明
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(早稲田キャンパス)
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面反応の量子ダイナミクス2014

    • Author(s)
      笠井秀明、清水康司
    • Organizer
      第55回真空に関する連合講演会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学(I-site なんば)
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Pd(111)への水素吸収反応における表面格子振動の影響と同位体効果2014

    • Author(s)
      清水康司、Wilson Agerico Dino、笠井秀明
    • Organizer
      第55回真空に関する連合講演会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学(I-site なんば)
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular Orientation and Surface Site Dependence of Dissociative Adsorption and Abstraction of O2/Al(111)2014

    • Author(s)
      Koji Shimizu, Wilson Agerico Dino, Hideaki Kasai
    • Organizer
      7th Vacuum and Surface Science Conference of Asia and Australia
    • Place of Presentation
      Hsinchu, Taiwan
    • Year and Date
      2014-10-05 – 2014-10-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面反応の量子ダイナミクス2014

    • Author(s)
      笠井秀明、清水康司
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌キャンパス)
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Pd(111)表面での水素原子の吸収・放出ダイナミクスにおける同位体効果2014

    • Author(s)
      清水康司、Wilson Agerico Dino、笠井秀明
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学(春日井キャンパス)
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamics of O2 Dissociative Adsorption on Al(111): Effects of Molecular Rotation and Orientation2014

    • Author(s)
      Koji Shimizu, Wilson Agerico Dino, Hideaki Kasai
    • Organizer
      European Conference on Surface Science 30
    • Place of Presentation
      Antalya, Turkey
    • Year and Date
      2014-08-31 – 2014-09-05
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 水素分離方法、水素分離装置および水素液化システム2015

    • Inventor(s)
      清水康司、笠井秀明、福谷克之、山下誠二、その他
    • Industrial Property Rights Holder
      清水康司、笠井秀明、福谷克之、山下誠二、その他
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2015-08-31
    • Application Year
      2015
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

URL :

Published : 2015-01-22   Modified : 2016-12-27  

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