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去年、私は水素-白金の相互作用について研究していました。第一原理計算から求めたポテンシャル・エネルギー曲面(potential energy surface : PES)上の量子ダイナミックス計算を行い、様々な初期運動エネルギー、振動エネルギーそして配向の場合Pt(111)表面では水素分子の解離吸着ダイナミックスを調べました。ここで、ローカル反射(local reflection : LORE)行列スキーム経由カップルド・チャネル法を用いて水素分子の吸着確率を計算しました。水素分子が解離の始めに対する最小ポテンシャル・エネルギー経路において初期活性化障壁の位置による振動促進吸着(vibrationally assisted sticking : VAS)効果が小さい、あるいはほとんど現れないことを指摘しました。この振る舞いは私が以前に調べたTi(0001)とLa(0001)表面およびグラファイトのアームチェア・エッジとジグザグ・エッジでは水素分子の解離吸着によく似ています。次は水素分子の回転の自由度を考慮し、水素分子の分子軸が表面に対する平行と垂直な配向の場合解離吸着のPESを求めるのに密度汎関数理論に基づく全エネルギーを算出しました。その結果、水素分子の分子軸が表面に対する平行な配向の場合に活性化障壁がかなり小さいため、吸着がしやすいのです。これは非平行な配向の水素分子が飛来するとき、吸着しやすい平行な配向に再配向しがちで、平行な配向において、水素分子の質量中心がトップ・サイトの真上に飛来する場合には、その活性化障壁が最小です。私は前に求めたポテンシャル・エネルギー曲線(potential energy curve : PEC)を用いてH^+の初期併進運動エネルギーの変化において白金電極からナフィオン鎖側にH^+の透過についても量子ダイナミクスの研究をしました。ここで、特に白金側からナフィオン側にプロトン類似の水素(H^+)の透過確率を計算し、標準的な燃料電池の作動温度で白金-ナフィオン界面にわたってH^+の透過には量子効果は無視できないこと、および障壁の非対称な性質が透過確率を増加させることを指摘しました。現在、Pt(111)表面では水素分子の解離吸着の場合、欠陥効果を調べています。すなわち、水素分子の活性化障壁は基盤のベイカンシーサイトに対する水素分子の位置と配向に依存するベイカンシーによって著しく減少あるいは増加することを示します。将来の研究計画の一部として、Pt(111)表面からそのサブ表面への水素原子の運動について調べたいと思います。
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