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星間塵表面上での分子進化シミュレーション -反応素過程と水素同位体効果の解明

公募研究

研究領域宇宙における分子進化:星間雲から原始惑星系へ
研究課題/領域番号 16H00928
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関北海道大学

研究代表者

國貞 雄治  北海道大学, 工学研究院, 助教 (00591075)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード同位体効果 / 水素 / 分子生成反応 / 宇宙科学 / 宇宙空間 / 宇宙分子進化 / 第一原理電子状態計算
研究実績の概要

平成29年度は,グラフェン表面上での分子生成反応における同位体効果に関して研究を行った.特にアセレンの水素付加反応を取り扱った.前年度同様,宇宙空間において分子生成反応が起こる主要な場である分子雲は10 K程度の極低温な環境であるため,物理吸着状態に着目した.まず,ファン・デル・ワールス力を正確に取り扱うことができる非局所相関汎関数を用いた密度汎関数理論に基づく第一原理計算手法を援用し,各反応における反応中間体の最安定な物理吸着構造を決定した.その後,各反応素過程における活性化障壁をClimbing Image Nudged Elastic Band法を用いて明らかにした.ここから,孤立アセチレン分子の水素付加反応と同様に,二つの炭素原子が異なる個数の水素原子と結合している場合に障壁無しに自発的に水素付加反応が進行することを明らかにした.また,各中間体と遷移状態における水素及び重水素の零点振動エネルギーを計算し,各反応素過程における同位体効果を明らかにした.加えて,化学反応の活性サイトとなりうる鉄原子や白金原子の吸着状態やその拡散特性における水素原子や水素分子吸着の影響ついても調査した.ここから,環境に存在する原子や分子により,白金原子の場合は拡散が促進され,凝集しやすくなることを明らかにした.
これらの成果を3報の査読付き原著論文として出版し,うち1報は依頼論文である.また,5件の国際会議と6件の国内会議にて発表し,うち2件は招待講演である.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 7件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Inelastic electron tunneling mediated by a molecular quantum rotator2017

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Toshiki、Kunisada Yuji、Fukutani Katsuyuki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 24 ページ: 241409-241409

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.241409

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diffusion of a Single Platinum Atom on Light-Element-Doped Graphene2017

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Shun、Kunisada Yuji、Sakaguchi Norihito
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 121 号: 33 ページ: 17787-17795

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b01241

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 計算科学的手法による氷表面上での水素分子の吸着特性の解明2017

    • 著者名/発表者名
      國貞 雄治
    • 雑誌名

      Journal of the Vacuum Society of Japan

      巻: 60 号: 7 ページ: 249-255

    • DOI

      10.3131/jvsj2.60.249

    • NAID

      130005775728

    • ISSN
      1882-2398, 1882-4749
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Diffusion of a single atom on heteroatom-doped graphene2018

    • 著者名/発表者名
      Yuji Kunisada
    • 学会等名
      14th International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 水素雰囲気がグラフェン上の金属原子の吸着・拡散に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川瞬,國貞雄治,坂口紀史
    • 学会等名
      日本金属学会2018年春期講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Diffusion of Pt atoms on non-metallic atom-doped graphene2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kunisada, S. Hasegawa, G. Saito, N. Sakaguchi
    • 学会等名
      2nd International Workshop on Quantum Engineering Design: Materials Design and Realization
    • 発表場所
      大阪大学吹田キャンパス(吹田市)
    • 年月日
      2017-03-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] グラフェン上の原子吸着における物理吸着状態から化学吸着状態への遷移過程2017

    • 著者名/発表者名
      國貞雄治、坂口紀史
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(豊中市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 層状物質MXene上でのPt原子の吸着状態2017

    • 著者名/発表者名
      國貞雄治,坂口紀史
    • 学会等名
      日本金属学会2017年春期講演大会
    • 発表場所
      首都大学東京南大沢キャンパス(八王子市)
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Hydrogenation of Acetylene on Graphene in the Low Temperature Region2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kunisada, N. Sakaguchi
    • 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
  • [学会発表] Effect of reactant adsorption on detachment and diffusion behaviors of a single atom on doped graphene2017

    • 著者名/発表者名
      S. Hasegawa, Y. Kunisada, N. Sakaguchi
    • 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
  • [学会発表] Theoretical Study of Hydrogenation of Acetylene on Graphene2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kunisada, N. Sakaguchi
    • 学会等名
      Symposium "Evolution of Molecules in Space"
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Single Iron Atom Diffusion on Graphene-based Materials2017

    • 著者名/発表者名
      S. Hasegawa, Y. Kunisada, N. Sakaguchi
    • 学会等名
      Symposium "Evolution of Molecules in Space"
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 水素雰囲気下におけるグラフェン上の金属原子の安定性2017

    • 著者名/発表者名
      長谷川 瞬,國貞 雄治,坂口 紀史
    • 学会等名
      水素化物に関わる次世代学術・応用展開研究会 第4回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 金属表面上の物理吸着水素分子とその回転状態2017

    • 著者名/発表者名
      國貞 雄治
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 反応物が不純物置換グラフェン担持白金触媒の脱離・拡散特性に与える影響2017

    • 著者名/発表者名
      長谷川 瞬,國貞 雄治,坂口 紀史
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 軽元素置換グラフェン上での白金ダイマーの吸着状態と拡散特性2017

    • 著者名/発表者名
      長谷川 瞬,國貞 雄治,坂口 紀史
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 不純物原子置換グラフェンを用いた金属サブナノクラスターの長寿命化2017

    • 著者名/発表者名
      長谷川 瞬,國貞 雄治,坂口 紀史
    • 学会等名
      第33回ライラックセミナー・第23回若手研究者交流会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] グラフェン上の分子吸着におけるファン・デル・ワールス力の影響2016

    • 著者名/発表者名
      國貞 雄治, 坂口 紀史
    • 学会等名
      第57回 真空に関する連合講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(名古屋市)
    • 年月日
      2016-11-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] A theoretical study on physisorption states of non-metal adatom on graphene2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kunisada, N. Sakaguchi
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(札幌市)
    • 年月日
      2016-10-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] グラフェン上での非金属原子の吸着状態2016

    • 著者名/発表者名
      國貞雄治、坂口紀史
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス(金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 計算科学的手法による氷表面上での水素分子の吸着特性の解明2016

    • 著者名/発表者名
      國貞 雄治
    • 学会等名
      日本真空学会 2016年10月研究例会・日本表面科学会 2016年東北・北海道支部研究会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(札幌市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 研究内容紹介ページ

    • URL

      http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/LIFM/research.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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