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新規光触媒材開発に向けたイオン化ポテンシャルの支配要素の特定とデータベース作成

研究課題

研究課題/領域番号 18K04692
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2021)
東京工業大学 (2020)
千葉大学 (2018-2019)

研究代表者

日沼 洋陽  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, 主任研究員 (80648238)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2018年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードイオン化ポテンシャル / 触媒 / 仕事関数 / 電子親和力 / 酸化物 / Mars-van Krevelen効果 / Electron scavenger効果 / 第一原理計算 / 表面モデル / 光触媒 / 水分解 / マテリアルズインフォマティックス / データベース
研究成果の概要

イオン化ポテンシャルおよび関連する物理量である電子親和力と仕事関数を様々な二元・三元の酸化物、および遷移金属の水素化物、炭化物、窒化物、硫化物に対して求め、データベースを作成した。触媒活性には表面酸素空孔生成エネルギーが大きな影響を与えることがあるが、その計算コストは高い。このエネルギーと電子親和力について相関があることを発見し、新規触媒材料探索の高速化に資することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

イオン化ポテンシャルおよび関連する物理量である電子親和力と仕事関数を求めることで、触媒活性が高いと思われる物質を比較的低計算コストで推測することが可能になり、社会的意義があった。特に、担体への金属ナノ粒子の吸着による表面活性化の有無は、吸着される担体とナノ粒子の電子親和力あるいは仕事関数から予測することができ、社会的意義と学術的意義がある。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 11件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Surface activation by electron scavenger metal nanorod adsorption on TiH2, TiC, TiN, and Ti2O32021

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Mine Shinya、Toyao Takashi、Maeno Zen、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 23 号: 31 ページ: 16577-16593

    • DOI

      10.1039/d1cp02068d

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Factors determining surface oxygen vacancy formation energy in ternary spinel structure oxides with zinc2021

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Mine Shinya、Toyao Takashi、Kamachi Takashi、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 23 号: 41 ページ: 23768-23777

    • DOI

      10.1039/d1cp03657b

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Algorithm for Automatic Detection of Surface Atoms2020

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Kamachi Takashi、Hamamoto Nobutsugu
    • 雑誌名

      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      巻: 45 号: 4 ページ: 115-120

    • DOI

      10.14723/tmrsj.45.115

    • NAID

      130007884021

    • ISSN
      1382-3469, 2188-1650
    • 年月日
      2020-08-01
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Automated Identification of Facet Pair Orientations2020

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Kamachi Takashi、Hamamoto Nobutsugu
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 61 号: 8 ページ: 1430-1433

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-MN2019004

    • NAID

      130007879884

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 年月日
      2020-07-01
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Auto-Generation of Corrugated Nonpolar Stoichiometric Slab Models2020

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Kamachi Takashi、Hamamoto Nobutsugu
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 61 号: 1 ページ: 78-87

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2019215

    • NAID

      130007772455

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 年月日
      2020-01-01
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Changes in Surface Oxygen Vacancy Formation Energy at Metal/Oxide Perimeter Sites: A Systematic Study on Metal Nanoparticles Deposited on an In2O3(111) Support2020

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Toyao Takashi、Hamamoto Nobutsugu、Takao Motoshi、Shimizu Ken-ichi、Kamachi Takashi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 50 ページ: 27621-27630

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c10010

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface Oxygen Vacancy Formation Energy Calculations in 34 Orientations of β-Ga2O3 and θ-Al2O32020

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Kamachi Takashi、Hamamoto Nobutsugu、Takao Motoshi、Toyao Takashi、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 19 ページ: 10509-10522

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c00994

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Band alignment at surfaces and heterointerfaces of Al2O3, Ga2O3, In2O3, and related group-III oxide polymorphs: A first-principles study2019

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Gake Tomoya、Oba Fumiyasu
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 3 号: 8 ページ: 084605-084605

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.3.084605

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Density Functional Theory Calculations of Oxygen Vacancy Formation and Subsequent Molecular Adsorption on Oxide Surfaces2018

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Toyao Takashi、Kamachi Takashi、Maeno Zen、Takakusagi Satoru、Furukawa Shinya、Takigawa Ichigaku、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 122 号: 51 ページ: 29435-29444

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b11279

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of composition, crystal structure, and surface orientation on band alignment of divalent metal oxides: A first-principles study2018

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Kumagai Yu、Tanaka Isao、Oba Fumiyasu
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 2 号: 12 ページ: 124603-124603

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.2.124603

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Electron scavenger効果による活性化が見込める触媒担体のスクリーニング2021

    • 著者名/発表者名
      日沼 洋陽,濱本 信次,前野 禅,鳥屋尾 隆,蒲池 高志, 清水 研一
    • 学会等名
      第128回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Screening Catalyst Supports Activated by the Electron Scavenger Effect2021

    • 著者名/発表者名
      日沼 洋陽,峯 真也、鳥屋尾 隆,前野 禅,清水 研一
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In2O3担持金属ナノ粒子の酸素空孔生成エネルギーの金属依存性2021

    • 著者名/発表者名
      日沼洋陽、鳥屋尾隆、濱本信次、 清水研一、蒲池高志
    • 学会等名
      日本金属学会 2021年春期(第168回)講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 表面サイトの自動判定アルゴリズムと表面活性サイト探索2020

    • 著者名/発表者名
      日沼 洋陽, 濱本 信次, 蒲池 高志, 鳥屋尾隆, 清水研一
    • 学会等名
      第126回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 計算科学を用いた新奇表面活性サイトの探索2020

    • 著者名/発表者名
      日沼 洋陽
    • 学会等名
      第30回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Automated Automated generation of reconstructed nonpolar stoichiometric slab models2019

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Kamachi Takashi、Hamamoto Nobutsugu
    • 学会等名
      18th Asian Chemical Congress
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Automated generation of nonpolar and stoichiometric slab-and-vacuum models of crystals and evaluation of surface properties2019

    • 著者名/発表者名
      Yoyo Hinuma
    • 学会等名
      5th ECCOMAS Young Investigators Conference
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High-throughput first-principles calculations of band positions at binary oxide surfaces2019

    • 著者名/発表者名
      Yoyo Hinuma,Yu Kumagai, Tomoya Gake, Isao Tanaka, Fumiyasu Oba
    • 学会等名
      STAC11
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Automating generation of nonpolar and stoichiometric slab-and-vacuum models; application to the normal spinel structure2019

    • 著者名/発表者名
      Yoyo Hinuma
    • 学会等名
      IUMRS-ICA 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Automation of first principles surface calculations and its applications2019

    • 著者名/発表者名
      Yoyo Hinuma
    • 学会等名
      FMS 2019 & NANOMATA 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Automated generation of nonpolar and stoichiometric slab-and-vacuum models of crystals and evaluation of surface properties2019

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo
    • 学会等名
      5th ECCOMAS Young Investigators Conference
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Density Functional Theory Calculations on Surface Oxygen Vacancy Formation in Metal Oxides2019

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo、Toyao Takashi、Kamachi Takashi、Maeno Zen、Takakusagi Satoru、Furukawa Shinya、Takigawa Ichigaku、Shimizu Ken-ichi
    • 学会等名
      Asia-Pacific Association of Theoretical and Computational Chemists 2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] HIGH-THROUGHPUT GENERATION OF NONPOLAR STOICHIOMETRIC SLAB-AND-VACUUM MODELS2018

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo
    • 学会等名
      Interfacing Machine Learning and Experimental Methods for Surface Structures
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Automatic generation of nonpolar stoichiometric slab models requiring surface reconstruction2018

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo
    • 学会等名
      XXVII International Materials Research Congress
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Semi-automated generation of nonpolar and stoichiometric slab-and-vacuum models of the spinel structure2018

    • 著者名/発表者名
      Hinuma Yoyo
    • 学会等名
      Asian Crystallographic Association Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 酸化物表面の酸素脱着エネルギ-と小分子吸着エネルギーの密度汎関数法計算2018

    • 著者名/発表者名
      日沼 洋陽, 鳥屋尾 隆, 蒲池 高志, 前野 禅, 高草木 達, 古川 森也 , 瀧川 一学, 清水 研一
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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