半導体溶液界面反応向けの空間電荷層・電気二重層・電位をくりこんだ第一原理手法構築

• 研究課題/領域番号: 15K05138
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 館山 佳尚 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, グループリーダー (70354149)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 物性基礎論 / 表面界面物性 / 触媒・化学プロセス / 化学物理 / 計算物理 / 表面・界面物性 / 触媒

研究成果の概要

本研究課題は（１）半導体電極―電解質（電解液）界面における電子・ホールおよびイオンの挙動をより正確に記述可能な新タイプの第一原理計算手法の開発を行うことと、（２）半導体電極界面における電子・ホールおよびイオン移動が関連する様々電池・触媒系の問題について第一原理計算解析を行い、手法確立の肝となる本質的な問題の抽出を行いつつ、現行技術による解決も行うことを目的としました。その結果、界面“電荷”移動に関して様々な物性・モデリングに関する知見が得られ、今後の手法開発および触媒・電池系内反応の微視的機構解明に資することが期待されます。それらは触媒・電池の高効率化指針提案にもつながると考えられます。

研究成果

• [国際共同研究] CNR-IOM DEMOCRITOS(イタリア)
• [雑誌論文] Oxygen redox in hexagonal layered NaxTMO3 (TM =4d elements) for high capacity Na ion batteries (2018)
  • 著者名/発表者名: M. H. N. Assadi, Masashi Okubo, Atsuo Yamada, Yoshitaka Tateyama
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 6 号: 8 ページ: 3747-3753
  • DOI: 10.1039/c7ta10826e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First-Principles Study of Electron Injection and Defects at the TiO2/ CH3NH3PbI3 Interface of Perovskite Solar Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun Haruyama, Keitaro Sodeyama, Ikutaro Hamada, Liyuan Han, Yoshitaka Tateyama
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 8 号: 23 ページ: 5840-5847
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b02622
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Surface Hydrogenation of Boron-Doped Diamond Electrodes by Cathodic Reduction (2017)
  • 著者名/発表者名: Seiji Kasahara, Keisuke Natsui, Takeshi Watanabe, Yasuyuki Yokota, Yousoo Kim, Shota Iizuka, Yoshitaka Tateyama, Yasuaki Einaga
  • 雑誌名: Anal. Chem. 巻: 89 号: 21 ページ: 11341-11347
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.7b02129
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cation Mixing Properties toward Co Diffusion at the LiCoO2 Cathode/ Sulfide Electrolyte Interface in a Solid-State Battery (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun Haruyama, Keitaro Sodeyama, Yoshitaka Tateyama
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 9 号: 1 ページ: 286-292
  • DOI: 10.1021/acsami.6b08435
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Catalytic Proton Dynamics at the Water/Solid Interface of Ceria Supported Pt Clusters (2016)
  • 著者名/発表者名: Matteo Farnesi Camellone, Fabio Negreiros Ribeiro, Lucie Szabova, Yoshitaka Tateyama, Stefano Fabris
  • 雑誌名: J. Am Chem. Soc. 巻: 138 号: 36 ページ: 11560-11567
  • DOI: 10.1021/jacs.6b03446
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Study on Electrolytic Corrosion of Boron-Doped Diamond Electrodes when Decomposing Organic Compounds (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Kashiwada, Takeshi Watanabe, Yusuke Ootani, Yoshitaka Tateyama, Yasuaki Einaga
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 8 号: 42 ページ: 28299-28305
  • DOI: 10.1021/acsami.5b11638
  • 査読あり
• [雑誌論文] Life of superoxide in aprotic Li–O2 battery electrolytes: simulated solvent and counter-ion effects (2016)
  • 著者名/発表者名: Johan Scheers, D. Lidberg, Keitaro Sodeyama, Zdenek Futera, Yoshitaka Tateyama
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 18 号: 15 ページ: 9961-9968
  • DOI: 10.1039/c5cp08056h
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Decomposition of the fluoroethylene carbonate additive and the glue effect of lithium fluoride products for the solid electrolyte interphase: an ab initio study (2016)
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Okuno, Keisuke Ushirogata, Keitaro Sodeyama, Yoshitaka Tateyama
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 18 号: 12 ページ: 8643-8653
  • DOI: 10.1039/c5cp07583a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] First-principles study on the cosensitization effects of Ru and squaraine dyes on a TiO2 surface (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Ootani, Keitaro Sodeyama, Liyuan Han, Yoshitaka Tateyama
  • 雑誌名: Surf. Sci. 巻: 649 ページ: 66-71
  • DOI: 10.1016/j.susc.2016.01.025
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A method to calculate redox potentials relative to the normal hydrogen electrode in nonaqueous solution by using density functional theory-based molecular dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryota Jono, Yoshitaka Tateyama, Koichi Yamashita
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 17 号: 14 ページ: 27103-27108
  • DOI: 10.1149/2.0301514jes
  • 査読あり
• [雑誌論文] Corrosion Prevention Mechanism of Aluminum Metal in Superconcentrated Electrolytes (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Yamada, Ching Hua Chiang, Keitaro Sodeyama, Jianhui Wang, Yoshitaka Tateyama, Atsuo Yamada
  • 雑誌名: ChemElectroChem. 巻: 2 号: 11 ページ: 1687-1694
  • DOI: 10.1002/celc.201500235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigating crystalline-polarity-dependent electronic structures of GaN by hard x-ray photoemission and ab-initio calculations (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeo Ohsawa, Shigenori Ueda, Motohiro Suzuki, Yoshitaka Tateyama, Jesse R. Williams, Naoki Ohashi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 107 号: 17 ページ: 171604-171604
  • DOI: 10.1063/1.4934842
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 計算科学技術による蓄電池機構解明・材料設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学
  • 年月日: 2017-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] DFT molecular dynamics sampling studies on battery phenomena and materials on the atomic scale (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: 4th International Conference on Advanced Electromaterials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solid-Liquid and Solid-Solid Interfaces in Batteries and Catalysts: Computational Explorations (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: 8th International Symposium on Surface Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DFT molecular dynamics studies on battery materials; SEI film and superconcentrated electrolyte (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: 6th Polish Forum Smart Energy Conversion & Storage
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DFT sampling calculation studies on interfacial phenomena in Li-ion batteries (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: IUMRS-ICAM2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Brute-Force First-Principles Sampling Investigations of Battery Electrolytes and Interfaces (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: Materials research by Information Integration” Initiative (MI2I) Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DFT molecular dynamics studies on battery materials: SEI film and superconcentrated electrolyte (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: FiMPART2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ボロンドープダイヤモンド(Boron-Doped Diamond:BDD)電極によるOHラジカル発生機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚、Zdenek Futera、渡辺剛志、栄長泰明
  • 学会等名: 第118回触媒討論会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] Ab-initio MD simulations of redox reactions of liquid electrolytes and SEI formation (2016)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: CPMD2016
  • 発表場所: アメリカ・シカゴ大学
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] stat-CPMDを用いた リチウムイオン電池界面被膜に関する第一原理計算研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 重点課題⑤「エネルギーの高効率な創出，変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」 第3回公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学
  • 招待講演
• [学会発表] Semiconductor-water interfaces investigated by first principles calculations of boron doped diamond (2015)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: ハワイコンベンションセンター
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Elucidation of complicated reactions around electrolyte – electrode interfaces in Li-ion battery (2015)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: ハワイコンベンションセンター
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 固液界面反応に関する第一原理計算アプローチ：現状と展望 (2015)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 第６回真空・表面科学若手研究会
  • 発表場所: 物質・材料研究機構
  • 年月日: 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] DFT samplings reveal atomistic mechanisms in electrolyte and at electrode interface in Li-ion battery (2015)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: MANA-RSC symposium: Materials for Energy Generation and Storage
  • 発表場所: 物質・材料研究機構
  • 年月日: 2015-10-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DFT-MD Study on Formation Processes of Solid Electrolyte Interphase at Negative Electrode Interfaces in Lithium-Ion Battery (2015)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: The 66th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 発表場所: Taipei Convention Center
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lithium space-charge layer at interfaces between oxide cathode and sulfide electrolyte for interfacial resistance in all solid state lithium ion battery: A DFT simulation study (2015)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: The 11th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (PACRIM11)
  • 発表場所: International Convention Center, Jeju
  • 年月日: 2015-08-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 固液界面・酸化還元・電気化学反応の第一原理計算 (2015)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 第55回分子科学若手の会夏の学校
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス
  • 年月日: 2015-08-17
  • 招待講演
• [備考] NIMS GREEN Interface Computational Science Group
  • URL: http://www.nims.go.jp/group/nscs/