界面局所構造のナノモデリングに基づく濡れ性接触角の第一原理電子状態計算評価

• 研究課題/領域番号: 17K17762
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 複合材料・表界面工学; 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 本郷 研太 北陸先端科学技術大学院大学, 情報社会基盤研究センター, 准教授 (60405040)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 表面・界面物性 / 濡れ性 / シミュレーション工学 / 化学物理 / 第一原理計算 / モデリング / 量子モンテカルロ法 / 分子間力 / 接触角 / シミュレーション / ナノモデリング / モデル化 / 計算物理

研究成果の概要

本研究では、銅表面上の水の濡れ性接触角を密度汎関数法に基づく第一原理計算により算定した。従来の単一整合格子モデルを超えて、局所界面構造を複数のクラスターモデルで表現する局所構造名のモデリングを行い、そのアンサンブル平均を取ることで、実験値に近い結果が得られた。本研究では構造モデリングの検証に加えて、第一原理計算手法自体のアーティファクト要因について検証した結果、特に、交換相関汎関数への依存性が大きく、第一原理計算における他の電子物性算定と同様、適切な手法選択が必要であることがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

表面の濡れ性制御は、工学の様々な分野で活用される重要な課題である。身近な例としては、衣料の防水加工や自動車のフロントガラスやボディーの撥水処理などが挙げられる。工業的な観点からは、プリント基板上でのはんだ付けや、近年では、電気化学反応における濡れ性と触媒活性との関係を示す報告もなされ、単に濡れ性現象の工業的応用のみならず、他の機能との関係性からも、濡れ異性現象の理解は重要な意義を持つ。本研究で濡れ性接触角の第一原理算定スキームを確立できれば、対象固体表面に元素置換を施した表面系を幅広く計算し、所望の表面系を探索可能になると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Method for the Calculation of the Hamaker Constants of Organic Materials by the Lifshitz Macroscopic Approach with Density Functional Theory (2019)
  • 著者名/発表者名: Takagishi Hideyuki、Masuda Takashi、Shimoda Tatsuya、Maezono Ryo、Hongo Kenta
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 123 号: 40 ページ: 8726-8733
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.9b06433
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A new ab initio modeling scheme for the ion self-diffusion coefficient applied to the ε-Cu3Sn phase of the Cu-Sn alloy (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichibha Tom、Prayogo Genki、Hongo Kenta、Maezono Ryo
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 21 号: 9 ページ: 5158-5164
  • DOI: 10.1039/c8cp06271d
  • NAID: 130008155471
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal structure analysis and evidence of mixed anion coordination at the Ce3+ site in Y3Al2(Al,Si)3(O,N)12 oxynitride garnet phosphor (2019)
  • 著者名/発表者名: Asami Kazuki、Shiraiwa Masahiro、Ueda Jumpei、Fujii Kotaro、Hongo Kenta、Maezono Ryo、Brik Mikhail G.、Yashima Masatomo、Tanabe Setsuhisa
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 7 号: 5 ページ: 1330-1336
  • DOI: 10.1039/c8tc04980g
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-Pressure Synthesis of A2NiO2Ag2Se2 (A=Sr, Ba) with a High-Spin Ni2+ in Square-Planar Coordination (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Yuki、Yamamoto Takafumi、Nakano Kousuke、Takatsu Hiroshi、Murakami Taito、Hongo Kenta、Maezono Ryo、Ogino Hiraku、Song Dongjoon、Brown Craig M.、Tassel Cedric、Kageyama Hiroshi
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 58 号: 3 ページ: 756-759
  • DOI: 10.1002/anie.201810161
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Light Absorption Properties and Electronic Band Structures of Lead Titanium Oxyfluoride Photocatalysts Pb2Ti4O9F2 and Pb2Ti2O5.4F1.2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Wakayama Haruki、Utimula Keishu、Ichibha Tom、Kuriki Ryo、Hongo Kenta、Maezono Ryo、Oka Kengo、Maeda Kazuhiko
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 122 号: 46 ページ: 26506-26511
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b08953
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of persistent phosphor of Eu2+ doped Ba2SiO4 by Er3+ codoping based on vacuum referred binding energy diagram (2018)
  • 著者名/発表者名: Asami Kazuki、Ueda Jumpei、Yasuda Kotaro、Hongo Kenta、Maezono Ryo、Brik Mikhail G.、Tanabe Setsuhisa
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 84 ページ: 436-441
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2018.07.021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Stable, Narrow-Gap Oxyfluoride Photocatalyst for Visible-Light Hydrogen Evolution and Carbon Dioxide Reduction (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuriki Ryo、Ichibha Tom、Hongo Kenta、Lu Daling、Maezono Ryo、Kageyama Hiroshi、Ishitani Osamu、Oka Kengo、Maeda Kazuhiko
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 21 ページ: 6648-6655
  • DOI: 10.1021/jacs.8b02822
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Undoped Layered Perovskite Oxynitride Li2LaTa2O6N for Photocatalytic CO2 Reduction with Visible Light (2018)
  • 著者名/発表者名: Oshima, T.、 Ichibha, T、Qin K, S、Muraoka, K.、Vequizo, J. J. M.、Hibino, K.、Kuriki, R.、Yamashita, S.、Hongo, K.、Uchiyama, T.、Fujii, K.、Lu, D.、Maezono, R.、Yamakata, A.、Kato, H.、Kimoto, K.、Yashima, M.、Uchimoto, Y.、Kakihana, M.、Ishitani, O.、Kageyama, H.、Maeda, K.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 57 号: 27 ページ: 8154-8158
  • DOI: 10.1002/anie.201803931
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stabilization Mechanism of the Tetragonal Structure in a Hydrothermally Synthesized BaTiO3 Nanocrystal (2018)
  • 著者名/発表者名: Hongo Kenta、Kurata Sinji、Jomphoak Apichai、Inada Miki、Hayashi Katsuro、Maezono Ryo
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 57 号: 9 ページ: 5413-5419
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b00381
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Adhesion of electrodes on diamond (111) surface: A DFT study (2018)
  • 著者名/発表者名: Ichibha Tom、Hongo Kenta、Motochi I.、Makau N.W.、Amolo G.O.、Maezono Ryo
  • 雑誌名: Diamond & Related Materials 巻: 81 ページ: 168-175
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2017.12.008
  • NAID: 120006489998
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] New Insight into the Ground State of FePc: A Diffusion Monte Carlo Study (2017)
  • 著者名/発表者名: Ichibha Tom、Hou Zhufeng、Hongo Kenta、Maezono Ryo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1038/s41598-017-01668-6
  • NAID: 120006490001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Computational Scheme To Evaluate Hamaker Constants of Molecules with Practical Size and Anisotropy (2017)
  • 著者名/発表者名: Hongo Kenta、Maezono Ryo
  • 雑誌名: J. Chem. Theory Comput. 巻: 13 号: 11 ページ: 5217-5230
  • DOI: 10.1021/acs.jctc.6b01159
  • NAID: 120006489997
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation into Structural Phase Transitions in Layered Titanium-Oxypnictides by a Computational Phonon Analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakano Kousuke、Hongo Kenta、Maezono Ryo
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 56 号: 22 ページ: 13732-13740
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b01709
  • NAID: 120006489999
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Valence Band Engineering of Layered Bismuth Oxyhalides toward Stable Visible-Light Water Splitting: Madelung Site Potential Analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Kato Daichi、Hongo Kenta、Maezono Ryo、Higashi Masanobu、Kunioku Hironobu、Yabuuchi Masayoshi、Suzuki Hajime、Okajima Hiroyuki、Zhong Chengchao、Nakano Kousuke、Abe Ryu、Kageyama Hiroshi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 51 ページ: 18725-18731
  • DOI: 10.1021/jacs.7b11497
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 機械学習による機能性材料の設計・探索法の基礎 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本郷研太
  • 学会等名: 日本化学会第100春季年会2020
  • 招待講演
• [学会発表] 計算材料設計：材料計算科学から材料情報学への展開 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本郷研太
  • 学会等名: 日本物理学会第75回日本物理学会シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 計算科学とデータ科学の協働による物質探索の進展 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本郷研太
  • 学会等名: 「凝縮系の理論化学2020」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Ab Initio Materials Informatics for Computational Materials Design (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo
  • 学会等名: The 23rd International Annual Symposium on Computational Science and Engineering: Expanding Your Mind(ANSCSE23)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Computational materials design from ab intio simulations to ab initio materials informatics (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo
  • 学会等名: The 10th Internationa Conference of the Asian Consortium on Computational Materials Science (ACCMS-10)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Data-driven approach to computational materials design (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo
  • 学会等名: 20th International Union of Materials Research Societies Internationl Conference in Asia (IUMRS-ICA)3
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Data-driven approach to molecular design (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo
  • 学会等名: The 5th International Conference on Molecular Simulation 2019 (ICMS 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent Advances in Ab Initio Materials Informatics (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo
  • 学会等名: 5th International Conference on Nanoscience and Nanotechnology（ICONN2019）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Materialas simulations for data generation in materials informatics (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo
  • 学会等名: WOS AOARD/seminar on Computational Materials Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ベイズ統計に基づくデータ駆動型材料設計 (2019)
  • 著者名/発表者名: 本郷 研太
  • 学会等名: 九州大学情報基盤研究開発センターセミナー「マテリアルズインフォマティクス技法とそれを支える真の第一原理計算」
  • 招待講演
• [学会発表] 第一原理計算とベイズ統計を融合したデータ駆動型物質探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本郷 研太
  • 学会等名: 一般社団法人近畿化学協会 エレクトロニクス部会 平成30年度第1回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 物性データ生成エンジンとしての第一原理計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本郷 研太
  • 学会等名: Mi2iチュートリアルセミナー 第8回 ～基礎から応用まで～ 第一原理計算ベース 「ハイスループット計算のすべて」
  • 招待講演
• [学会発表] Recent Advances in Materials Simulations and Informatics (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo
  • 学会等名: International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Computational approach to evaluation of Hamaker constants (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo, Ryo Maezono
  • 学会等名: 255th ACS National Meeting & Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] 第一原理計算の進展とインフォマティクスとの融合展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本郷 研太
  • 学会等名: 異分野融合ワークシヨップ「データ科学との融合による化学の新展開」
  • 招待講演
• [学会発表] 第一原理計算屋のマテリアルズ・インフォマティクス研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本郷研太
  • 学会等名: 第6会MI2Iコンソーシアムイベント（日本、東京）
  • 招待講演
• [学会発表] 第一原理計算とベイズ統計に基づく新規物質探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本郷研太
  • 学会等名: 近畿化学協会コンピュータ化学部会公開講演会（第99会例会）「マテリアルズインフォマティクスの最近の動向」（日本、大阪）
  • 招待講演
• [学会発表] A New Molecular Design Based on Bayesian Inference and First- Principles Simulations (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo
  • 学会等名: International Workshop on Advanced Methods for Nano Materials Design (Satellite session of Nano Korea 2017 Symposium)（韓国、ソウル）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fixed-node diffusion Monte Carlo study of molecular crystal polymorphism (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo
  • 学会等名: CECAM workshop Theoretical Chemistry for Extended Systems: systematically improvable electronic structure methods（フランス、トゥールース）
  • 国際学会
• [学会発表] スパコンシミュレーション!の素 ~クイズ・三つの扉~ (2017)
  • 著者名/発表者名: 本郷研太
  • 学会等名: 平成29年度第1回 co-cafe@JAIST（日本、金沢市）
  • 招待講演
• [学会発表] Ab initio Evaluations of Hamaker Constants (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo and Ryo Maezono
  • 学会等名: The 9th Conference of the Asian Consortium on Computational Materials Science(ACCMS-9)（マレーシア、クアラルンプール）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 濡れ性制御に向けたハマカー定数の第一原理算定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本郷研太、前園涼
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会（日本、宮城）
• [学会発表] 材料計算科学・情報学の発展と最近の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本郷 研太
  • 学会等名: 横浜市立大学・量子物理化学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Bayesian approach combined with first-principles simulations toward computational materials design (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenta Hongo
  • 学会等名: The 12th (Last) General Meeting of ACCMS-VO
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 材料計算科学者のインフォマティクス利用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本郷 研太
  • 学会等名: 第10回スーパーコンピューティング技術産業応用シンポジウム
  • 招待講演
• [備考] 本郷研究室 研究室ガイド
  • URL: https://www.jaist.ac.jp/areas/ee/laboratory/hongo.html
• [備考] 北陸先端科学技術大学院大学 研究者総覧
  • URL: https://www.jaist.ac.jp/profiles/info.php?profile_id=601