表面励起プロセスの電子的メカニズムに関する理論的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14050094
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 中井 浩巳 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (00243056)
• 研究分担者: 馬場 健 早稲田大学, 理工学部, 助手 (70350486)
• キーワード: EDA法 / AIMDシミュレーション / PBC計算 / 固体表面 / モデリング / ソラレン化合物 / アンチモンポルフィリン錯体 / 二酸化チタン

研究概要

固体表面及び表面吸着種の励起プロセスは、光触媒、光エネルギー変換、半導体材料の製造など多くの応用分野で盛んに研究されている。理論的に表面励起プロセスを研究しようとすると、既存の方法論やプログラムだけでは必ずしも十分ではない。本研究では、それらの理論的手法を自ら開発し、いくつかの興味ある対象に応用した。具体的には以下のような理論的研究を展開してきた。(1)活性部位のエネルギー変化を見積るための解析法の開発、(2)固体表面の効果的なモデリングの検討、(3)Ab Initio Molecular Dynamics(AIMD)法による励起状態ダイナミクスの検討、(4)TDDFT法による光化学反応の解明、(5)二酸化チタンの結晶構造と電子状態の研究を行ってきた。テーマ(1)では、全系のエネルギーを構成原子に分割するための新しい解析法(EDA ; Energy Density Analysis)を提案した。テーマ(2)では、EDA法を使ってモデルの妥当性及び効果的な取り扱いを検討した。テーマ(3)では、ソラレン化合物の励起状態に対するAIMDシミュレーションを行った。テーマ(4)では、ポルフィリンアンチモン錯体の光解離反応について検討した。テーマ(5)では、二酸化チタンに対する周期境界条件(PBC ; Periodic Boundary Condition)計算を行うことにより、結晶構造と電子状態の関係を理論的に検討した。

研究成果

• [文献書誌] H.Nakai: "Energy density analysis with Kohn-Sham orbitals"Chem. Phys. Lett.. 363(1,2). 73-79 (2002)
• [文献書誌] H.Nakai, Y.Yamauchi, A.Mstsuda, Y.Okada, K.Takeuchi: "Ab initio MD simulation of collision reaction between ammonia cluster ion and ammonia monome"J. Mol. Struct. (THEOCHEM). 592(1-3). 61-67 (2002)
• [文献書誌] K.Itoh, T.Kiyohara, H.Shinohara, C.Ohe, Y.Kawamura, H.Nakai: "DFT Calculation Analysis of the Infrared Spectra of Ethylene Adsorbed on Cu(11O), Pd(11O) and Ag(110)"J. Phys. Chem. B. 106(41). 10714-10721 (2002)
• [文献書誌] H.Nakai, K.Sodeyama: "Energy density analysis (EDA) of cis, trans-enol isomerization in malonaldehyde, tropolone, and 9-hydroxyphenalenone"Chem. Phys. Lett. 365(3,4). 203-210 (2002)
• [文献書誌] H.Nakai, K.Sodeyama: "Many-body effects in nonadiabatic molecular theory for simultaneous determination of nuclear and electronic wave functions : Ab initio NOMO/MBPT and CC methods"J. Chem. Phys. 118(3). 1119-1127 (2003)
• [文献書誌] Y.Kawamura, H.Nakai: "Energy density analysis of internal methyl rotations in halogenated toluenes"Chem. Phys. Lett. 368(5,6). 673-679 (2003)