| 研究課題/領域番号 |
21K05229
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
枝 和男 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (00193996)
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| 研究分担者 |
大堺 利行 神戸大学, 理学研究科, 理学研究科研究員 (30183023)
中嶋 隆人 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, チームリーダー (10312993)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | ポリオキソメタレート / 生成反応 / 量子化学計算 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，持続可能なエネルギー社会の実現などに資する高機能な触媒技術を開発を目指し，多電子移動やプロトンの出し入れが可能な骨格拡張型閉殻ポリオキソメタレートを開発するため，イオン半径が大きく電荷の小さなヘテロカチオンやプロトンが閉じ込められた骨格拡張型閉殻ポリオキソメタレート構造を構築する原理を確立することを目的としている。
そのため本年度の研究では，昨年度に引き続き１）イオン半径が大きく電荷の小さなヘテロカチオンが閉じ込められた新規の骨格拡張型閉殻ポリオキソタングステートW18の安定性とそれらの閉殻ポリオキソメタレートの骨格拡張反応に適したビルディング・ブロック構造の探索および２）プロトンが閉じ込められた骨格拡張型閉殻ポリオキソタングステートW18の安定性とそれらの骨格形成反応に適したビルディング・ブロック構造の探索についての計算機実験を進めるとともに，４）イオン半径が大きく電荷の小さなヘテロカチオンが閉じ込められた閉殻ポリオキソタングステートにおける骨格拡張反応の経路探索，５）プロトンが閉じ込められた閉殻ポリオキソタングステートにおける骨格拡張反応の経路探索についての第一原理計算や６）昨年度完了した計算機実験[３）プロトンが閉じ込められた新規の骨格拡張型閉殻ポリオキソタングステートW18の形成のための母構造候補であるプロトンが閉じ込められたKeggin型タングステートW12の種分化についての研究]で明らかになったプロトンを閉じ込めた新規のKeggin型タングステートの単離とそれらの骨格拡張型閉殻ポリオキソタングステートのビルディング・ブロックとしての反応性についての実実験にも取り組んだ．そして，１）についての安定なビルディング・ブロック構造の特定や，そのビルディング・ブロックの生成反応に及ぼす誘電率の効果などについて明らかにすることができた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
２）についての計算機実験は，まだ少し計算することが残っているが１）についての計算機実験をほぼ完了することができ，概要で記した成果などを上げることができた．そして１）と２）についての計算機実験で得られた結果を用いて４）と５）についての計算機実験もある程度進めることができ，一部の系では真空条件で骨格拡張型閉殻ポリオキソタングステートW18を形成する反応の最小エネルギー経路も見出すことに成功している．また，２）についての研究で得られた結果から３）の計算機実験の研究でその存在の可能性が明らかになった新規のKeggin型タングステートがプロトンの閉じ込められた新規の骨格拡張型閉殻ポリオキソタングステートW18の形成に有用であることも明らかになるとともに，６）の実実験でその新規のKeggin型タングステートを実際に合成できる可能性を示す結果を得ることもできた．これらのことは重要な成果につながる可能性が高く，研究は順調に進んでいると言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度以降は，２）プロトンが閉じ込められた骨格拡張型閉殻ポリオキソタングステートW18の安定性とそれらの閉殻ポリオキソメタレートの骨格拡張反応に適したビルディング・ブロック構造の探索についての計算機実験を進め完結させるとともに４）イオン半径が大きく電荷の小さなヘテロカチオンが閉じ込められた閉殻ポリオキソタングステートにおける骨格拡張反応の経路探索，５）プロトンが閉じ込められた閉殻ポリオキソタングステートにおける骨格拡張反応の経路探索についての第一原理計算を主に実施し，これらの反応経路のエネルギー障壁に及ぼす誘電率の効果などについても明らかにする．そして６）昨年度の計算機実験でその存在が明らかになったプロトンを閉じ込めた新規のKeggin型タングステートの単離とそれらの骨格拡張型閉殻ポリオキソタングステートのビルディング・ブロックとしての反応性についての実実験をさらに進める．なお，プロトンを閉じ込めた新規のKeggin型タングステートは非常に良い水素酸化触媒になる可能性も示唆されるので，次年度の結果によってはこの新規のKeggin型タングステートの電気化学的な特性などについても詳細に調べる．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初申請した予算に対して配分された予算にはかなりの減額があり，研究計画を見直す必要があった．効率よく成果を実現するため，計算機実験を先行し，その結果に基づき実実験を実施する．そのため，昨年度に続き，今年度も来年度以降にその経費を残した．来年度以降は残した経費を有効に利用して，実実験を実施する計画である．
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