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表面化学現象の第一原理計算におけるスピン混入誤差の補正技術確立とその影響の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17H07396
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分補助金
研究分野 物理化学
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

多田 幸平  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (70805621)

研究期間 (年度) 2017-08-25 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードスピン混入誤差 / 密度汎関数理論 / 表面・界面 / 不均一系触媒 / 平面波基底 / 遷移状態探査 / 第一原理計算 / 分子/表面相互作用 / 表面化学反応 / 金属クラスター
研究成果の概要

表面で進行する化学反応の電子状態計算法において、今まで定量的な算出が出来ていなかった誤差の算出スキームを確立し、その影響を解明することに成功した。また、計算から高耐久性が予測された触媒の調製も行い、予測通りの高耐久性を有することを確認した。これらの結果に関して、8報の論文を執筆し12件の学会発表を行った。執筆論文のうち、本研究の総括となる論文(DOI: 10.3390/molecules24030505)はオープンアクセス化されている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

表面で起こる化学現象は我々の生活に密接にかかわっており、その第一原理的解明には大変興味が持たれている。しかし、従来の計算法では定量的な議論が困難である。これは従来手法の内在誤差のためであるが、その誤差の中には補正法が確立しておらずその影響すら不明瞭なものがある。「スピン混入誤差」はそのような誤差の一つである。本研究では、従来法の計算コストを上げることなく「表面化学現象の第一原理計算におけるスピン混入誤差の見積もりと除去」を行う。これにより、今まで正確に見積もる方法がなかった誤差の影響を明らかにし、従来手法の適用限界を見極めるとともに、従来手法よりも一歩進んだ高精度計算を可能にしていく。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Theoretical investigation of the effect of phosphate doping on the aggregation of Au atoms on an Al2O3 (0001) surface2019

    • 著者名/発表者名
      Tada Kohei、Koga Hiroaki、Sakurai Hiroaki、Tanaka Shingo、Ato Yoshinori、Hayashi Akihide、Kawakami Takashi、Yamanaka Shusuke、Okumura Mitsutaka
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 465 ページ: 1003-1013

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2018.09.172

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extent of Spin Contamination Errors in DFT/Plane-wave Calculation of Surfaces: A Case of Au Atom Aggregation on a MgO Surface2019

    • 著者名/発表者名
      Tada Kohei、Maruyama Tomohiro、Koga Hiroaki、Okumura Mitsutaka、Tanaka Shingo
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 24 号: 3 ページ: 505-505

    • DOI

      10.3390/molecules24030505

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 金属表面に担持した酸化物超薄膜のNO-CO反応活性2019

    • 著者名/発表者名
      KOGA Hiroaki、TADA Kohei、HAYASHI Akihide、ATO Yoshinori、OKUMURA Mitsutaka
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 18 号: 1 ページ: 1-8

    • DOI

      10.2477/jccj.2018-0039

    • NAID

      130007602964

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Au Atom Diffusions on Reduced and Cl-Adsorbed Rutile TiO<sub>2</sub>(110) Surfaces: A DFT + <i>U</i> Study2018

    • 著者名/発表者名
      Tada Kohei、Koga Hiroaki、Okumura Mitsutaka、Hayashi Akihide、Ato Yoshinori、Kawakami Takashi、Yamanaka Shusuke
    • 雑誌名

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      巻: 16 号: 0 ページ: 267-273

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2018.267

    • NAID

      130007396802

    • ISSN
      1348-0391
    • 年月日
      2018-06-14
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of spin contamination error on surface catalytic reaction: NO reduction by core-shell catalysts2018

    • 著者名/発表者名
      Tada Kohei、Koga Hiroaki、Ato Yoshinori、Hayashi Akihide、Okumura Mitsutaka、Tanaka Shingo
    • 雑誌名

      Molecular Physics

      巻: 印刷中 号: 17 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1080/00268976.2018.1522457

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of ceria and zirconia supports on NO reduction over platinum-group metal catalysts: A DFT study with comparative experiments2018

    • 著者名/発表者名
      KOGA Hiroaki、HAYASHI Akihide、ATO Yoshinori、TADA Kohei、HOSOKAWA Saburo、TANAKA Tsunehiro、OKUMURA Mitsutaka
    • 雑誌名

      Catalysis Today

      巻: 印刷中 ページ: 236-244

    • DOI

      10.1016/j.cattod.2018.07.023

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Clarification of the interaction between Au atoms and the anatase TiO2 (112) surface using density functional theory2018

    • 著者名/発表者名
      Kohei Tada, Hiroaki Koga, Mitsutaka Okumura, Shingo Tanaka
    • 雑誌名

      Surface Science

      巻: 670 ページ: 23-32

    • DOI

      10.1016/j.susc.2017.12.007

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of spin contamination error in dissociative adsorption of Au2 onto MgO(001) surface: First application of approximate spin projection (AP) method to plane wave basis2018

    • 著者名/発表者名
      Kohei Tada, Hiroaki Koga, Mitsutaka Okumura, Shingo Tanaka
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 印刷中 ページ: 103-108

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2018.03.064

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 表面化学反応のDFT計算におけるスピン混入誤差と静的電子相関に関する考察2019

    • 著者名/発表者名
      多田幸平、丸山智大、古賀裕明、奥村光隆、田中真悟
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Au/AlPO4触媒の耐久性の理論計算による予測とその検証2019

    • 著者名/発表者名
      多田幸平、古賀裕明、櫻井宏昭、田中真悟、安渡佳典、林亮秀、川上貴資、山中秀介、奥村光隆
    • 学会等名
      第123回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 線形応答関数を用いた岩塩型化合物表面モデルの層厚最適化と格子酸素欠陥の安定性予測2019

    • 著者名/発表者名
      丸山智大、大成仁太、多田幸平、川上貴資、山中秀介、奥村光隆
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ジルコニア超薄膜で覆われた同表面におけるNO-CO触媒反応―密度汎関数計算による検討―2019

    • 著者名/発表者名
      古賀裕明、多田幸平、林亮秀、安渡佳典、奥村光隆
    • 学会等名
      第123回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 不均一系触媒のDFT計算におけるスピン混入誤差の影響2018

    • 著者名/発表者名
      多田幸平、古賀裕明、丸山智大、安渡佳典、林亮秀、奥村光隆、田中真悟
    • 学会等名
      第122回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical investigation of effects of spin contamination error on DFT calculations for core-shell catalyst models2018

    • 著者名/発表者名
      Kohei Tada, Hiroaki Koga, Yoshinori Ato, Akihide Hayashi, Mitsutaka Okumura, Shingo Tanaka
    • 学会等名
      TOCAT8
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子/表面相互作用が二量化反応のスピン混入誤差に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      多田幸平、古賀裕明、丸山智大、安渡佳典、林亮秀、奥村光隆、田中真悟
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 線形応答関数を用いた固体表面シミュレーションのためのスラブモデリング法の理論的研究2018

    • 著者名/発表者名
      丸山智大、大成仁太、多田幸平、川上貴資、山中秀介、奥村光隆
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 表面化学反応のDFT計算におけるスピン混入誤差に関する検討2018

    • 著者名/発表者名
      多田幸平、古賀裕明、奥村光隆、田中真悟
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Estimation of Spin Contamination Errors on Surface Reactions: Application of Approximate spin Projection method to UDFT/PAW method2018

    • 著者名/発表者名
      Kohei Tada, Hiroaki Koga, Mitsutaka Okumura, Shingo Tanaka
    • 学会等名
      The 58th Sanibel Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 金二量体の解離吸着状態におけるスピン混入誤差の算出と除去2017

    • 著者名/発表者名
      多田幸平、古賀裕明、奥村光隆、田中真悟
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Au atom diffusions on reduced and Cl-adsorbed rutile TiO2 (110) surfaces: A DFT+U study2017

    • 著者名/発表者名
      Kohei Tada, Hiroaki Koga, Akihide Hayashi, Yoshinori Ato, Takashi Kawakami, Shusuke Yamanaka, Shingo Tanaka, Mitsutaka Okumura
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Surface Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-08-25   更新日: 2020-03-30  

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