ナノ界面の電子状態制御による熱エネルギー伝達機構の分子論的解析

• 研究課題/領域番号: 25709012
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 広島大学 (2016); 九州大学 (2013-2015)
• 研究代表者: 石元 孝佳 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 共同研究講座准教授 (50543435)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円); 2016年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2014年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円); 2013年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: ナノ界面 / 電子状態 / 濡れ性 / カーボン / エネルギー伝達 / 水素結合

研究成果の概要

ナノスケールで初めて発現する界面特有の濡れ性は電子物性変化に由来するため、電子状態理論に立脚したアプローチが必要である。本研究では、ナノ界面に対する濡れ性と熱エネルギー伝達機構を分子レベルで解明するために、non-BO量子論に基づく計算プログラムを開発した。またグラフェン－水ナノ液滴からなるモデル構造を作成し、均一、不均一水素結合ネットワーク構造、および伝熱に関連するパラメータとして水の振動数を解析した。また、電場を印加した下での電子状態計算にも取り組み、グラフェン界面近傍の水との相互作用が変化することで異なる水素結合構造を形成することが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Theoretical Study of Hydrogen Bonds in Water Nanodroplet on Graphene (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Ishimoto, Michihisa Koyama
  • 雑誌名: Journal of Computer Chemistry, Japan 巻: 15 号: 3 ページ: 85-86
  • DOI: 10.2477/jccj.2016-0048
  • NAID: 130005282025
  • ISSN: 1347-1767, 1347-3824
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical Study on Wettability of Graphene/Water Interface (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Ishimoto
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1702 ページ: 090052-090052
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical Study on Interaction Energy between Water and Graphene Model Compounds (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Ishimoto and Michihisa Koyama
  • 雑誌名: Journal of Computer Chemistry, Japan 巻: 13 ページ: 171-172
  • NAID: 130004694020
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] グラフェン/水界面の不均一水素結合構造に関する理論解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石元孝佳、古山通久
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Theoretical study of inhomogeneous hydrogen bonds at water/graphene interface (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Ishimoto
  • 学会等名: International Symposium on Pure & Applied Chemistry 2016
  • 発表場所: Kuching, Malaysia
  • 年月日: 2016-08-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 界面不均一水素結合に関する理論解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石元孝佳、古山通久
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2016春季年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-06-02
• [学会発表] Application of Electronic Structure Analysis at Nanomaterial Interface (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Ishimoto
  • 学会等名: EMN Meeting Computation and Theory -Energy Materials and Nano Technology-
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 年月日: 2015-11-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical Study on Wettability of Graphene/Water Interface (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Ishimoto
  • 学会等名: International Conference of Computational Methods in Science and Engineering (ICCMSE2015)
  • 発表場所: Athens, Greece
  • 年月日: 2015-03-20 – 2015-03-23
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical Study on interaction Energy at Graphene/Water Interface (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Ishimoto and Michihisa Koyama
  • 学会等名: 10th Congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists
  • 発表場所: Santiago, Chile
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-10
• [学会発表] グラフェン/水界面の電子状態と濡れ性に関する理論解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石元孝佳、古山通久
  • 学会等名: 第8回分子科学討論会
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [学会発表] グラフェン/水界面相互作用に関する理論解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石元孝佳、古山通久
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2014春季年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-05-29 – 2014-05-30
• [学会発表] グラフェン/水界面相互作用に関する理論解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石元孝佳、古山通久
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2014年春季年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
• [学会発表] Theoretical study on interface interaction between graphene and water (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayoshi Ishimoto, Michihisa Koyama
  • 学会等名: 10th Triennial Congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists
  • 発表場所: Casa Piedra, Santiago, Chile
• [学会発表] アルカリ形燃料電池電解質中でのOH-ダイナミクスと溶媒効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石元孝佳、古山通久
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会2013年春季年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス