ドナー・アクセプター型界面電子移動過程のコンストレイントＤＦＴ第一原理解析

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23340089
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 館山 佳尚 独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (70354149)
• 研究分担者: 袖山 慶太郎 京都大学, 触媒・電池元素戦略ユニット, 特定研究員 (40386610) ; 隅田 真人 物質・材料研究機構, NIMS ポスドク研究員 (30512587)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 物性基礎論 / 表面・界面物性 / 触媒・化学プロセス / 化学物理 / 計算物理

研究概要

本研究課題は触媒・電池系の重要基本過程であるドナー－アクセプター間電子移動過程の電子・原子スケールでの定量的解析を実現するために、始状態と終状態を区別可能な「拘束スキーム」を導入したDFT計算手法の開発・確立に取り組み、さらに触媒・電池系内の固液界面の電解質ー吸着子ー基板系への適用を実行しました。本研究で開発された計算手法により界面電子移動過程に関する微視的理論が大きく進歩し、また触媒・電池系内の化学反応の微視的描像が確立し、高効率化に向けた指針がより明確になることが期待されます。

研究成果

• [雑誌論文] Acetonitrile solution effect on Ru N749 dye adsorption and excitation at TiO 2 anatase interface (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Tateyama, M. Sumita, Y. Ootani, K. Aikawa, R. Jono, L. Han, and K. Sodeyama
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C. 巻: (in press)
  • DOI: 10.1021/jp5004006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unusual Stability of Acetonitrile-Based Superconcentrated Electrolytes for Fast-Charging Lithium-Ion Batteries (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, K. Furukawa, K. Sodeyama, K. Kikuchi, M. Yaegashi, Y. Tateyama, and A. Yamada
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 136 ページ: 2112-2118
  • DOI: 10.1021/ja4124175
  • 査読あり
• [雑誌論文] Additive Effect on Reductive Decomposition and Binding of Carbonate-Based Solvent toward Solid Electrolyte Interphase Formation in Lithium-Ion Battery (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ushirogata, K. Sodeyama, Y. Okuno, and Y. Tateyama
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 135 ページ: 11967-11974
  • DOI: 10.1021/ja405079s
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trimer effects in fragment molecular orbital-linear combination of molecular orbital calculation of one-electron orbitals for biomolecules (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kobori, K. Sodeyama, T. Otsuka, Y. Tateyama, and S. Tsuneyuki
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 139 ページ: 094113
  • DOI: 10.1063/1.4818599
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unusually Stable ～100-Fold Reversible and Instant Swelling of Inorganic Layered Materials (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Geng, R. Ma, A. Nakamura, K. Akatsuka, Y. Ebina, Y. Yamauchi, N. Miyamoto, Y. Tateyama, and T. Sasaki
  • 雑誌名: Nat. Comm 巻: 4 ページ: 1632
  • DOI: 10.1038/ncomms2641
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox Reaction Mechanisms with Non-triiodide Mediators in Dye-Sensitized Solar Cells by Redox Potential Calculations (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Jono, M. Sumita, Y. Tateyama, K. Yamashita
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett 巻: 3 ページ: 3581-3584
  • DOI: 10.1021/jz301589a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab initio investigation of defect formation at ZrO2-CeO2 interfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Fronzi, S. Cereda, Y. Tateyama, A. De Vita, E. Traversa
  • 雑誌名: Phys. Rev 巻: B86 ページ: 085407
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.085407
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protonated Carboxyl Anchor for Stable Adsorption of Ru N749 Dye (Black Dye) on a TiO 2 Anatase (101) Surface (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sodeyama, M. Sumita, C. O'Rourke, U. Terranova, A. Islam, L. Han, D. R. Bowler, and Y. Tateyama
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett 巻: 3 ページ: 472-477
  • DOI: 10.1021/jz201853n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Water contamination effect on liquid acetonitrile / TiO2 anatase (101) interface for durable dye-sensitized solar cell (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sumita, K. Sodeyama, L. Han, and Y. Tateyama
  • 雑誌名: J. Phys. Chem 巻: C115 ページ: 19849-19855
  • DOI: 10.1021/jp206901f
  • 査読あり
• [学会発表] 酸化物ー溶液界面の酸化還元反応の理論解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会・領域7・9合同シンポジウム
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 20140327-30
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical study on structures and electronic states of boron-doped diamond (BDD) electrode/water interfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: International Symposium on Diamond Electrochemistry
  • 発表場所: Keio University Japan
  • 年月日: 20140318-19
  • 招待講演
• [学会発表] Novel mechanism of reductive decomposition of electrolyte in LIB : A DFT free energy analysis on K(京) computer (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: MANA International Symposium 2014
  • 発表場所: MANA International Symposium 2014
  • 年月日: 20140305-07
  • 招待講演
• [学会発表] Additive effect on reductive decomposition and binding of carbonate-based electrolyte in Lithium ion battery : A DFT free energy analysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: TNT Japan 2014
  • 発表場所: Tokyo Big Sight, Japan
  • 年月日: 20140129-31
  • 招待講演
• [学会発表] 京で行う充電池材料開発～スマホから電気自動車まで～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: スーパーコンピュータ「京」を知る集い in 熊本
  • 発表場所: 熊本テルサ
  • 年月日: 2014-02-15
  • 招待講演
• [学会発表] DFT-MD Studies on Redox Reactions on Solid-Solution Interfaces in Battery and Solar Cell (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: 5th JCS International Symposium on Theoretical Chemistry
  • 発表場所: Todai-ji Culture Center, Nara, Japan
  • 年月日: 20131202-06
  • 招待講演
• [学会発表] DFT-MD Analysis of Redox Reaction at Solid-Electrolyte Interface in Battery and Solar Cell (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: The 16th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations (Asian-16)
  • 発表場所: Jiuhua Resort & Convention Center VIP building, Beijing, China
  • 年月日: 20131028-30
  • 招待講演
• [学会発表] DFT-MD Analysis of Redox Reactions at TiO2/Solution Interfaces in Photocatalysis and Dye Sensitized Solar Cell (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: German-Japanese International Workshop,"structure and control of interfaces"
  • 発表場所: Magnus House (DPG), Berlin, Germany
  • 年月日: 20130108-10
  • 招待講演
• [学会発表] 京コンピュータ上での第一原理分子動力学計算を用いたリチウムイオン二次電池の電解液化学反応と SEI 形成過程の微視的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 日本化学会, 電気化学ディビジョン, 化学電池材料研究会, 第33回講演会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2013-12-18
  • 招待講演
• [学会発表] 「京」を用いた LIB 電解液の還元分解から膜形成にいたる過程の反応解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 第7回CMSI産官学連続研究会
  • 発表場所: 秋葉原ダイビル
  • 年月日: 2013-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] 固液界面の酸化還元過程に関する第一原理計算解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 表面科学学術講演会
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパス
  • 年月日: 20121120-22
  • 招待講演
• [学会発表] 第一原理計算による TiO2/H2O界面の原子スケール解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 第110回触媒討論会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 20120924-26
  • 招待講演
• [学会発表] TiO2/水界面の電子・正孔状態に関する第一原理計算解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: ISSP ワークショップ「表面・界面における輸送と変換」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 20120713-14
  • 招待講演
• [学会発表] DFT approaches to semiconductor/oxide-solution interfaces for catalysts and solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: MASP 2012
  • 発表場所: ISSP, The University of Tokyo, Japan
  • 年月日: 20120623-0713
  • 招待講演
• [学会発表] First-Principles Study on Semiconductor Electrode/Liquid Interfaces for Photocatalysis and Dye-Sensitised Solar Cell (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: Fourth International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka University Nakanoshima Centre, Japan
  • 年月日: 20111031-1102
  • 招待講演
• [学会発表] TiO_2/溶液界面の界面構造・電子状態 (2011)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 光触媒・色素増感太陽電池の微視的機構解明に向けて次世代ナノ統合シミュレーションソフトウェアの研究開発連続研究会 : 燃料電池 No・5
  • 発表場所: 兵庫県立大学ポートアイランドキャンパス
  • 年月日: 2011-12-27
  • 招待講演
• [学会発表] Equilibrium Structures and Electronic States of TiO_2/Solution Interfaces for Dye-Sensitized Solar Cell and Photocatalysis : DFT-MD Sampling Analysis (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateyama
  • 学会等名: 第21回日本 MRS 学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜市情報文化センター
  • 年月日: 2011-12-21
  • 招待講演
• [学会発表] 固液界面反応に向けた第一原理計算解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 館山佳尚
  • 学会等名: 色素増感太陽電池を中心に東京大学物性研究所短期研究会「エネルギー変換の物性科学」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 2011-11-15
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.nims.go.jp/group/nscs/