| 研究概要 |
本研究の目的は,サイズ・構造に依存した合金ナノ粒子・合金バルク表面の相安定性を,第一原理計算に基づいて包括的に予測するための手法の開発と応用(H22年度-H23年度),およびその構造に対する触媒特性の系統的評価(H23年度)にある.まず構造依存性を評価するために,icosahedron構造のPt-Rh合金ナノ粒子に対する偏析挙動を評価し,従来申請者が評価したcuboctahedron構造の偏析挙動と比較した.その結果,Pt-Rh合金ナノ粒子では表面サイトの配位数とd電子状態密度の2次モーメントによって偏析挙動が定性的に特徴づけられることを明らかにした.また,Pt原子の優先偏析サイトは表面での局所的な構造緩和に顕著に依存することを確認した(Mater.Trans.誌に投稿中).また,合金ナノ粒子の偏析挙動に対する組成の影響をクラスター展開法を用いて定量的に評価し,優先偏析サイトが組成に強く依存することも確認した(Phys.Rev.B誌に投稿準備中).母格子の構造の異なるPt-Ru合金を扱うために,複数の構造(fcc,hcp,fcc-hcp mix)に対する相互作用を同時に取り扱うためのクラスター展開・モンテカルロ法のアルゴリズムを開発した.また,H23年度の研究計画に含まれていた触媒特性の評価について,合金ナノ粒子の特定のサイトのd電子状態のを周囲の原子配置の関数で表現するクラスター展開法手法を開発し,Pt-Rh合金ナノ粒子に適用した.その結果,ナノ粒子のvertexサイトのPtのdバンドの重心は,隣接する4つのedgeサイトのRh原子の占有率とvertex-subsurfaceサイトの異種原子ペアの占有率の増加に伴い,フェルミエネルギーに対して減少し,その結果たとえばCO分子の吸着エネルギーが顕著に上昇する(CO被毒耐性の上昇)ことを明らかにした.このように,望ましい分子吸着特性を示す電子状態を有する局所的なナノ粒子の構造を設計する手法の開発に成功した(Phys.Rev.Lett.誌に投稿準備中).
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