• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

複合アニオンによる触媒活性制御

公募研究

研究領域複合アニオン化合物の創製と新機能
研究課題/領域番号 19H04700
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
研究機関九州大学

研究代表者

辻 雄太  九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (80727074)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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)
キーワード触媒 / 複合アニオン / 密度汎関数法 / 活性化エネルギー / メタン / 第一原理計算 / 表面 / 酸化物 / エレクトライド / アンモニア
研究開始時の研究の概要

本研究では、表面反応をシミュレートするために、周期境界条件を用いたユニットセル内での計算(スラブモデル)を実施する。
電子状態計算や構造最適化には平面波基底の密度汎関数法を用い、遷移状態探索にはNudged Elastic Band法やDimer法を用いる。
軌道相互作用の解析には平面波展開された波動関数を局在基底の波動関数に射影したうえで結晶軌道のOverlap Population(COOPまたはCOHP)の解析を行う。この手法により、バンドを分割して結合性を評価することが可能になる

研究実績の概要

本研究課題は複合アニオンによる触媒活性制御の実現を目指すものである。通常の金属酸化物触媒において、酸化物イオン以外のアニオンを導入することで、その触媒活性の制御を目指すものである。メタンのC-H結合は非常に強固であるが、PtO2表面ではそれが容易に切断される。それはPtO2表面上の配位不飽和なPt原子とCH3の間に非常に安定なPt-C結合が形成されるためである。その安定で強固なPt-C結合のため、CH3は表面に強く束縛される。メタンからメタノールを合成する場合、反応の過程で、そのPt-C結合は切断され、C-O結合が生成しなければならない。しかしながら、PtO2表面でそれは起こりそうもない。我々の計算により、その過程の活性化エネルギーは47.9kcal/molであることが明らかとなっている。これは非常に大きな活性化障壁である。複合アニオンのコンセプトを用いて、PtO2表面を、C-H結合の活性化能が失われない程度に改変し、Pt-C結合を弱めることができれば、C-H結合切断とC-O結合生成の機能を併せ持つ触媒が創出できるだろうという着想に基づき、本年度の研究を実施した。この目的のために、表面における軌道相互作用の解析を用いた。CH3と結合している表面のPt原子に配位しているアキシャル位のO原子をN原子に置換することで、Pt-C結合を弱めることができることを明らかにした。つまり、白金酸窒化物複合アニオンによるメタノール合成触媒の理論的提案を達成した。密度汎関数法を用いた、PtO2表面における触媒反応のシミュレーションにより、メタノール合成の律速段階の活性化エネルギーはN原子のドーピングにより27.7kcal/molにまで低下することが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 4件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] Donostia International Physics Center(スペイン)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Zaragoza/Donostia International Physics Center(スペイン)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Xiamen University(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Vrije Universiteit Brussel(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] The Hebrew University(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Cornell University(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] From Infection Clusters to Metal Clusters: Significance of the Lowest Occupied Molecular Orbital (LOMO)2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Yuta、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 6 号: 2 ページ: 1339-1351

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c04913

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electronic Origin of Catalytic Activity of TiH2 for Ammonia Synthesis2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Yuta、Okazawa Kazuki、Kobayashi Yoji、Kageyama Hiroshi、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 125 号: 7 ページ: 3948-3960

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c10907

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimization of Work Function via Bayesian Machine Learning Combined with First-Principles Calculation2020

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Wataru、Tsuji Yuta、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 18 ページ: 9958-9970

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c01106

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mixed-Anion Control of C-H Bond Activation of Methane on the IrO2 Surface2020

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Yuta、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 31 ページ: 17058-17072

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c04541

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanical Control of Molecular Conductance and Diradical Character in Bond Stretching and π-Stack Compression2020

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Yuta、Okazawa Kazuki、Chen Bo、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 42 ページ: 22941-22958

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c06198

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Role of Hydrogen-Bonding and OH?π Interactions in the Adhesion of Epoxy Resin on Hydrophilic Surfaces2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Shin、Tsuji Yuta、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 5 号: 40 ページ: 26211-26219

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c03798

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Understanding Single-Molecule Parallel Circuits on the Basis of Frontier Orbital Theory2020

    • 著者名/発表者名
      Okazawa Kazuki、Tsuji Yuta、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 5 ページ: 3322-3331

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b08595

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Study on the Electronic Structure of Heavy Alkali-Metal Suboxides2020

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Yuta、Hori Mikiya、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 59 号: 2 ページ: 1340-1354

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.9b03046

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lithium-Richest Phase of Lithium Tetrelides Li17Tt4 (Tt = Si, Ge, Sn, and Pb) as an Electride2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Yuta、Hashimoto Wataru、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 92 号: 7 ページ: 1154-1169

    • DOI

      10.1246/bcsj.20190040

    • NAID

      130007679364

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Influence of long-range interactions on quantum interference in molecular conduction. A tight-binding (Hueckel) approach2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Yuta、Estrada Ernesto
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 150 号: 20 ページ: 204123-204123

    • DOI

      10.1063/1.5097330

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Methane Activation at the Metal-Support Interface of Ni4-CeO2(111) Catalyst: A Theoretical Study2019

    • 著者名/発表者名
      Singha Rajib Kumar、Tsuji Yuta、Mahyuddin Muhammad Haris、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 号: 15 ページ: 9788-9798

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b11973

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cross Conjugation in Polyenes and Related Hydrocarbons: What Can Be Learned from Valence Bond Theory about Single-Molecule Conductance?2019

    • 著者名/発表者名
      Gu Junjing、Wu Wei、Stuyver Thijs、Danovich David、Hoffmann Roald、Tsuji Yuta、Shaik Sason
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 141 号: 14 ページ: 6030-6047

    • DOI

      10.1021/jacs.9b01420

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Adhesion of Epoxy Resin with Hexagonal Boron Nitride and Graphite2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Yuta、Kitamura Yasuhiro、Someya Masao、Takano Toshihiko、Yaginuma Michio、Nakanishi Kohei、Yoshizawa Kazunari
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 4 号: 3 ページ: 4491-4504

    • DOI

      10.1021/acsomega.9b00129

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 芳香族単分子並列回路の電気伝導度とフロンティア軌道の関係2019

    • 著者名/発表者名
      OKAZAWA Kazuki、TSUJI Yuta、YOSHIZAWA Kazunari
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 18 号: 5 ページ: 227-229

    • DOI

      10.2477/jccj.2019-0038

    • NAID

      130007808009

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 量子化学計算による接着界面の理論的研究2021

    • 著者名/発表者名
      辻雄太
    • 学会等名
      日本接着学会西部支部若手主催講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 固体触媒反応の軌道理論2021

    • 著者名/発表者名
      辻雄太
    • 学会等名
      凝縮系の理論化学2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 表面反応を理解するための軌道相関図の方法2021

    • 著者名/発表者名
      辻雄太、吉澤一成
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 複合アニオンによる活性化エネルギー制御2020

    • 著者名/発表者名
      辻雄太
    • 学会等名
      第二回複合アニオンウェブセミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] How to discover new electrides2020

    • 著者名/発表者名
      辻 雄太、橋本航、堀幹矢、吉澤一成
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 重アルカリ金属亜酸化物の電子状態に関する理論的研究2020

    • 著者名/発表者名
      堀幹矢、辻雄太、吉澤一成
    • 学会等名
      日本化学会第100回春季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 2成分合金表面によるメタン活性化の触媒インフォマティクス2020

    • 著者名/発表者名
      吉田 将隆、斎藤 雅史、 蒲池高志 、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      ESICB触媒・電子論合同検討会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Informatics study on Methane Activation on binary alloy2020

    • 著者名/発表者名
      吉田 将隆、斎藤 雅史、 蒲池高志 、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      日本化学会第100回春季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] β-プラチナ酸化物表面上でのメタン活性化に関する理論的研究2020

    • 著者名/発表者名
      栗野 啓太、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      日本化学会第100回春季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] π共役系の導電経路と伝導度の関係に関する理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      岡澤 一樹、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      第22回 理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 単一分子スケールにおける電気伝導と導電経路の関係性2019

    • 著者名/発表者名
      岡澤 一樹、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      九重分子科学セミナー2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 金とエポキシ樹脂の界面における接着相互作用の理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      馬場太基、村田裕幸、辻雄太、鶴見直明、眞砂紀之、吉澤一成
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] フロンティア軌道論に基づいたπ共役系の伝導度と導電経路の関係性の解明2019

    • 著者名/発表者名
      岡澤 一樹、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 単分子並列回路におけるフロンティア軌道と伝導度の関係2019

    • 著者名/発表者名
      岡澤 一樹、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2019 秋季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] フロンティア軌道論に基づく単分子並列回路の電気伝導の理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      岡澤 一樹、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      第42回ケモインフォマティクス討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] リチウムテトレライドの電子状態に関する理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      辻雄太、橋本航、吉澤一成
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] リチウムテトレライドの電子状態2019

    • 著者名/発表者名
      辻雄太、橋本航、吉澤一成
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2019 秋季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ルビジウム亜酸化物の電子状態に関する理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      堀幹矢、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      第22回 理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ルビジウム亜酸化物の理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      堀幹矢、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 5d 遷移金属表面による触媒的窒素固定の理論的研究2019

    • 著者名/発表者名
      吉田 将隆、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      第22回 理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 遷移金属表面における触媒的窒素固定の反応機構解析2019

    • 著者名/発表者名
      吉田 将隆、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 2成分合金表面によるメタン活性化制御の触媒インフォマティク ス2019

    • 著者名/発表者名
      吉田 将隆、斎藤 雅史、 蒲池高志 、辻 雄太、吉澤 一成
    • 学会等名
      第42回ケモインフォマティクス討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] リチウムテトレライドの電子状態2019

    • 著者名/発表者名
      辻 雄太、橋本航、吉澤一成
    • 学会等名
      統合物質機構 第5回国内シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 新規エレクトライド物質の探索2019

    • 著者名/発表者名
      辻 雄太、橋本航、吉澤一成
    • 学会等名
      第13回 物性科学領域横断研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Mathematical Approach for Molecular Conduction2019

    • 著者名/発表者名
      辻 雄太、吉澤一成
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adsorption and Activation of Methane on the (110) Surface of IrO22019

    • 著者名/発表者名
      辻 雄太、吉澤一成
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 新規エレクトライド物質の探索2019

    • 著者名/発表者名
      辻 雄太
    • 学会等名
      2019年度DV-Xα研究協会特別講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi