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水素発生反応は電気化学において最も基礎的な反応として知られている。またこの反応は近年エネルギー問題に関連して注目を集めている水素燃料電池とも密接に関連しており工業的応用の観点からも重要な反応である。しかしながら、その反応の見た目の単純さに関わらず、反応の微視的機構はいまだ明らかにされていない。今後、より高効率の水素燃料電池触媒を開発するためには、水素発生における触媒金属や溶媒分子である水の役割を明らかにし、反応の微視的機構を解明することが重要である。そのため、本研究では最も基礎的な触媒である白金表面上での水素発生反応の素過程を第一原理分子動力学シミュレーションで明らかにすることを目的とする。さらに活性化障壁を求めることにより、反応ダイナミクスを反応速度論へ展開させることも本研究の重要な課題である。
水素発生反応のダイナミクスを議論するためには反応経路の決定が必要不可欠である。本年度は白金(111)電極上の水素発生反応におけるHeyrovsky、並びにTafel過程について、先ず、電圧印可しない分子動力学シミュレーションを実行し、これらの反応経路の探索を行った。その結果、両者の反応の可能な経路を明らかにすることに成功した。またTafel反応については活性化障壁の見積もりもできつつある。今後、電圧印可下におけるHeyrovsky過程のシミュレーションとその活性化障壁の電圧依存性を調べることで白金(111)電極上での水素発生ダイナミクスの全容解明を試みる。
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