多自由度強相関系におけるテンソルネットワークが拓く触媒表面反応の研究

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13843
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 清水 幸弘 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70250727)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 触媒活性 / 電子状態計算 / 電子相関効果 / テンソルネットワーク

研究成果の概要

自動車排気ガス浄化のための触媒の貴金属使用量削減や貴金属代替材料開発に資する指針を電子状態計算の立場から構築することを目的とした。貴金属触媒のd電子や助触媒の４f電子の電子相関効果を取り入れた電子状態計算を実施し、触媒機能と電子相関効果の関係を明らかにした。貴金属触媒と遷移金属触媒、および、セリアの第一原理計算により、貴金属とセリアの金属ー担体相互作用において、触媒機能の高機能化にセリウムの４f電子の電子相関効果が寄与する機構を明らかにした。また、電子相関効果を取り入れた格子模型の基底状態のテンソルネットワークを構築した。

自由記述の分野

物性理論および触媒科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

年々厳しくなっている各国の自動車排気ガス規制に対応するために、排気ガス浄化触媒の高機能化が要請されている。そのためには触媒表面における電子状態と浄化反応機構に基づいた研究が必要である。触媒表面における分子の化学反応は、触媒や助触媒のd電子やf電子と分子との電子の授受により進行する。本研究において、局在性を持つd電子やf電子の電子相関効果が、触媒機能に寄与する機構の一端を明らかした。また、第一計算手法において電子相関効果を取り入れるためのテンソルネットワーク手法を構築する萌芽研究を進めた。