| 研究課題/領域番号 |
22KJ1854
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| 補助金の研究課題番号 |
22J14337 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
高橋 健 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
採択後辞退 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 分子動力学シミュレーション / 電気化学 / QM/MM法 / 量子化学 / 電極電解液界面 / 微分容量 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電気化学測定は作用電極の電位を参照電極に対して指定して行われることが多い。参照電極の電位は絶対値的に一定なため、作用電極電位も絶対値的に一定となる。電極の電位は界面の物性や反応性に大きく影響することが知られている。そのため所定の電位での電極界面の解析が、電気化学の分子論的理解に不可欠である。そこで本研究では新規計算手法を開発し、従来法では不可能だった、作用電極電位一定条件下での電極電解液界面の電子状態計算を実現する。開発手法を実在系に適用し、電位変化が反応機構や生成物選択性に及ぼす影響を電子状態に基づいて解明する。
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| 研究実績の概要 |
電気化学測定は、三極セルを用いて作用電極-参照電極間の電位差が一定に、すなわち作用電極の電位が絶対値的に一定なるように、作用電極-対極間の電位差を制御して行われる。2022年度はまず、古典分子動力学(MD)手法において絶対電位を制御した計算を行い、電極電解液界面挙動の電位依存性を調べた。三極測定実験と同様に、作用電極-対極間の電位差を自己無撞着的に決定することで、作用電極電位を0.1 V刻みで制御できることを示した。電位依存性のある物理量として電気二重層微分容量C(V)を計算した。金属電極の電子分極を司るパラメータを、従来の、電極を完全導体とした場合はC(V)は実験と定性的にも一致しない一方、量子化学(SCC-DFTB)計算の結果を再現するも のに変更することで、C(V)は増大し、ゼロ電荷電位(PZC)-0.2 Vで極大を示すようになる等、実験との一致が大幅に向上するこ とを示した。本成果は本報告書作成時点で論文としてChem. Phys. Lett.に投稿済み、査読中である。 次に、量子化学計算と古典MD法を組み合わせ、MM領域との相互作用を平均場的に量子化学計算に取り込むという近似(平均場近似)を加えたハイブリッド手法(平均場QM/MM法)に拡張した。QM分子としてグリシンを選び、その構造最適化計算を電位制御下で行えることを示した。結合角や結合長は電位変化に対して鈍感である一方、電極界面での電解質イオンの分布は電位に敏感に応答するため、それらとの相互作用を通してグリシンの電子分極は電位に敏感に応答することを示した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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