第一原理シミュレーションによる活性サイトの構造・機能の解明とデザイン

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: ３Ｄ活性サイト科学
• 研究課題/領域番号: 26105010
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 森川 良忠 大阪大学, 工学研究科, 教授 (80358184)
• 研究分担者: 赤木 和人 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (50313119)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 電子状態 / 密度汎関数理論 / ファン・デル・ワールス / グラフェン / スピントロニクス / 触媒 / X線損傷 / SrTiO3

研究実績の概要

第一原理電子状態計算手法を開発・駆使して、実験的には解明が難しいような原子レベルでの活性サイト構造やその構造が持つ機能を調べ、それらの物質の持つ性質を支配する要因を明らかにし、その知見を元により望ましい性質を持つ物質をデザインする指針を与えることを目指してきた。具体的にはSi中の高濃度Asドーパント、グラフェンに担持したPt単原子触媒の構造と燃料電池電極としての反応性、ZnSnAs2中にドープしたMn周りの局所構造と磁性半導体としての機能、SrTiO3中にドープしたRhの局所構造とその光触媒機能、BEDT-TTF系材料におけるX線照射損傷過程の解明、などで成果があった。本研究による成果で、物質の原子レベルでの局所構造を精度よく、且つ、効率的に求めることができる第一原理電子状態計算プログラムを開発・整備するとともに、それを用いる事により、これまで未解明であった触媒や半導体、有機材料中での局所構造とその物質の持つ物性や化学的反応性の関連が明らかになり、これらの機能を発現する要因が明らかになり、燃料電池電極触媒やSi半導体、希薄磁性半導体、光触媒などでより望ましい性質を持つ物質をデザインする際の指針を与えることができた。特に(1)ファン・デル・ワールス汎関数の実装とその応用、(2)グラフェン表面におけるナフタレン分子層の吸着構造と表面状態、(3) グラフェンに担持されたPt単原子の構造とその触媒活性機構の解明、(4) MnドープZnSnAs2の磁性とそのMn配置に関する距離依存性、(5) RhドープしたSrTiO3の電子状態の解明、(6)BEDT-TTF系材料における「X線照射損傷の活性サイト」の解明、(7)CoをドープしたTiO2の構造解明とトポロジカルデータ解析などの研究で大きな成果があった。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University Kebangsaan Malaysia/University Sains Malaysia(マレーシア)
  • 国名: マレーシア
  • 外国機関名: University Kebangsaan Malaysia/University Sains Malaysia
• [国際共同研究] Bandung Institute of Technology(インドネシア)
  • 国名: インドネシア
  • 外国機関名: Bandung Institute of Technology
• [国際共同研究] Hanoi University of Science, VNU/Vietnam Japan University/Ho Chi Minh City Univ. Tech., VNU(ベトナム)
  • 国名: ベトナム
  • 外国機関名: Hanoi University of Science, VNU/Vietnam Japan University/Ho Chi Minh City Univ. Tech., VNU
• [雑誌論文] Platinum Single-atom Adsorption on Graphene: A Density Functional Theory Study (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasfan Arman Wella, Yuji Hamamoto, Suprijadi, Yoshitada Morikawa, and Ikutaro Hamada
  • 雑誌名: Nanoscale Adv. 巻: 1 ページ: 1165-1174
  • DOI: 10.1039/C8NA00236C
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental and Computational Studies on Ruthenium(II) Bis-diimine Complexes of N,N'-Chelate Ligand: The Origin of the Change in the Absorption Spectra upon Oxidation and Reduction (2019)
  • 著者名/発表者名: Siew San Tan, Susumu Yanagisawa, Kouji Inagaki, Mohammad B. Kassim and Yoshitada Morikawa
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 21 ページ: 7973-7988
  • DOI: 10.1039/c8cp05016c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Van der Waals Density Functional Study of Formic Acid Adsorption and Decomposition on Cu(111) (2019)
  • 著者名/発表者名: Septia Eka Marsha Putra, Fahdzi Muttaqien, Yuji Hamamoto, Kouji Inagaki, Ikutaro Hamada, and Yoshitada Morikawa
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 150 ページ: 154707-1-10
  • DOI: 10.1063/1.5087420
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A New Pentacene Polymorph Induced by Interaction with a Bi(0001) Substrate (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuroh Shirasawa, Susumu Yanagisawa, Shin-nosuke Hatada, Wolfgang Voegeli, Yoshitada Morikawa, and Toshio Takahashi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 122 ページ: 6240-6245
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b00892
  • 査読あり
• [雑誌論文] Platinum-catalyzed hydrolysis etching of SiC in water: A density functional theory study (2018)
  • 著者名/発表者名: Van Bui Pho、Toh Daisetsu、Isohashi Ai、Matsuyama Satoshi、Inagaki Kouji、Sano Yasuhisa、Yamauchi Kazuto、Morikawa Yoshitada
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 055703～055703
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.055703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic properties of ionic liquid / organic semiconductor interfaces revealed by molecular dynamics simulations (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasuyuki Yokota, Hiroo Miyamoto, Akihito Imanishi, Jun Takeya, Kouji Inagaki, Yoshitada Morikawa, and Ken-ichi Fukui
  • 雑誌名: hys. Chem. Chem. Phys. 巻: 20 ページ: 13075-13083
  • DOI: 10.1039/C8CP01043A
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Computational Study on Atomic Structures, Electronic Properties, and Chemical Reactions at Surfaces and Interfaces and in Biomaterials (2018)
  • 著者名/発表者名: Yu Takano, Nobuhiko Kobayashi, and Yoshitada Morikawa
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87 ページ: 061013-1-7
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.061013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen-bond Induced Nitric Oxide Dissociation on Cu(110) (2018)
  • 著者名/発表者名: Thanh Ngoc Pham, Masahiro Sugiyama, Fahdzi Muttaqien, Septia Eka Marsha Putra, Kouji Inagaki, Do Ngoc Son, Yuji Hamamoto, Ikutaro Hamada, and Yoshitada Morikawa
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 122 ページ: 11814-11824
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b01208
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Potential dependent changes in the structural and dynamical properties of 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide on graphite electrodes revealed by molecular dynamics simulations (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroo Miyamoto, Yasuyuki Yokota, Akihito Imanishi, Kouji Inagaki, Yoshitada Morikawa and Ken-ichi Fukui
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 20 ページ: 19408-19415
  • DOI: 10.1039/c8cp02733a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of CO2 adsorption on oxygen-functionalized epitaxial graphene surface under near-ambient conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Susumu Yamamoto, Kaori Takeuchi, Yuji Hamamoto, Ro-Ya Liu, Yuichiro Shiozawa, Takanori Koitaya, Takashi Someya, Keiichiro Tashima , Hirokazu Fukidome, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, Maki Suemitsu, Yoshitada Morikawa, Jun Yoshinobu, Iwao Matsuda
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 20 ページ: 19532-19538
  • DOI: 10.1039/C8CP03251C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffusion mechanism of Na ion-polaron complex in potential cathode materials NaVOPO4 and VOPO4 for rechargeable sodium-ion batteries (2018)
  • 著者名/発表者名: Huu Duc Luong, Thi Dung Pham, Yoshitada Morikawa, Yoji Shibutani, and Van An Dinh
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 20 ページ: 23625-23634
  • DOI: 10.1039/c8cp03391a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of Surface Termination and Layer Thickness on Electronic Structures of LaNiO3 Thin Films (2018)
  • 著者名/発表者名: Huy Duy Nguyen, Bach Thanh Cong, and Yoshitada Morikawa,
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87 ページ: 114704-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.114704
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First-principles study of polar, nonpolar, and semipolar GaN surfaces during oxide vapor phase epitaxy growth (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kawamura*, Akira Kitamoto, Mamoru Imade, Masashi Yoshimura, Yusuke Mori, Yoshitada Morikawa, Yoshihiro Kangawa, Koichi Kakimoto, and Toru Akiyama
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 57 ページ: 115504-1-7
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.115504
  • 査読あり
• [学会発表] First-principles Theoretical Study on Atomic Geometries, Electronic Properties, and Chemical Reactivity of Active Sites at Graphene (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshitada Morikawa
  • 学会等名: The first international Workshop on Momentum Microscopy & Spectroscopy for Materials Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] First-principles theoretical study of catalytic reactions at surfaces and interfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshitada Morikawa
  • 学会等名: THE 21ST ASIAN WORKSHOP ON FIRST-PRINCIPLES ELECTRONIC STRUCTURE CALCULATIONS
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 電子状態計算による酸化物中の酸素拡散機構と金属表面上でのNO解離反応機構に関する研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森川良忠
  • 学会等名: スーパーコンピュータワークショップ2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 局所構造の学理の新展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森川良忠
  • 学会等名: 放射光科学合同シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] First-principles Theoretical Study of Catalytic Reactions at Surfaces, Interfaces, and in Solution (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshitada Morikawa
  • 学会等名: International Congress on Pure and Applied Chemistry Langkawi (ICPAP Langkawi) 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] First-principles Investigation of Catalytic Reactions at Surfaces, Interfaces and in Solution (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshitada Morikawa
  • 学会等名: The 2nd edition of the Physical Chemistry and Chemical Physics Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] First-principles Theoretical Study of Catalytic Reactions for Energy and Environmental Problems (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshitada Morikawa
  • 学会等名: the 2018 International Conference on Environment (ICENV 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 3D Local Structure and Functionality Design of Materials (2019)
  • 著者名/発表者名: H.Daimon, T. Matsushita, F. Matsui, K. Hayashi, W. Vogelei, Y. Wakabayashi, K. Gohara, H. Shioya, J. Yamasaki, H. Sekiguchi, Y.C.Sasaki, Y.Morikawa, Y. Takano, N. Kobayashi, H. Ishii, K. Hirose, T. Fukumura, D. Oka, Y. Kubozono,, H. Goto, H. Yamada, H. Sekiguchi
  • 総ページ数: 209
  • 出版者: Maruzen Publishing, World Scientific
  • ISBN: 978-981-3273-66-5
• [備考] 森川研究室
  • URL: http://www-cp.prec.eng.osaka-u.ac.jp/#showalumnia