2013 Fiscal Year Research-status Report
金属化合物の化学結合のエネルギー表現と水素貯蔵化合物の量子設計への応用
| Project/Area Number |
25420695
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Research Institution | Toyota Physical and Chemical Research Institute |
|---|
Principal Investigator |
森永 正彦 公益財団法人豊田理化学研究所, その他部局等, フェロー (50126950)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉野 正人 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10397466)
鎌土 重晴 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (30152846)
湯川 宏 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50293676)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 原子化エネルギー / 金属化合物 / 水素貯蔵材料 / ホウ化物 / 酸化物 / フッ化物 |
|---|
| Research Abstract |
本研究では、多様な化学結合をもつ各種金属間化合物（ホウ化物、炭化物他）の化学結合を、原子化エネルギーを用いて統一的に表現し、非金属元素（ホウ素、炭素他）の個性を抽出し、非金属元素を含む新規な自動車用水素貯蔵化合物を開発することを目指している。具体的には、各種金属化合物の電子構造の計算と原子化エネルギーの決定および非金属元素を含む３成分マグネシウム化合物の作製を試み、以下の結果を得た。
遷移金属M（Ti, Cr, Fe）のホウ化物、酸化物、フッ化物について原子化エネルギーを決定した。ホウ化物では金属元素（M）の組成比率が高くなると、ホウ素（B）と金属元素（M）の原子化エネルギーが共に増加する。M-B原子間のみならず、B-BまたはM-M原子間の結合が、ホウ化物の形成に大きな役割を担っている。ホウ原子同士は、ホウ素鎖やホウ素層を作り、最短のB-B原子間距離を保ち結合している。
酸化物では、金属元素（M）の組成比率が高くなると、酸素（O）の原子化エネルギーは減少し、金属元素（M）の原子化エネルギーは増加する。一方、フッ化物では、原子化エネルギーは組成に対して酸化物と正反対の変化をする。フッ化物のフッ素（F）格子ではF-F間に反発的な相互作用が働き、酸化物のO格子ではO-O間に引力的な相互作用が働いている。この違いはあるものの、酸化物ではM-O原子間、フッ化物ではM-F原子間の結合が化合物の形成に最も重要であり、ホウ化物とは全く異なる。
さらに、ホウ素（B）を含む３成分マグネシウム化合物を作製し、水素貯蔵化合物の研究方向を探索を試みた。今後、方向の絞り込みを進めていく予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
金属間化合物の化学結合の成り立ちを、非遷移金属側から調べることができた。遷移金属のホウ化物、酸化物、フッ化物の間には化学結合に大きな違いがあることを、原子化エネルギーの解析を通して初めて明確に示すことができた。これらは従来の全エネルギーのみの解析からは分からない新しい情報である。
また、非金属元素を含む水素貯蔵化合物の開発の可能性を探求するための第一段の実験をスタートすることができた。水素貯蔵化合物の探索方向を一歩ずつ狭めていく予定である。このように、おおむね順調に進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、前年度の研究項目である「各種金属化合物の電子構造の計算と原子化エネルギー」と「非金属元素を含む３成分マグネシウム化合物の作製実験」を続行し、計算する化合物の数を増やすとともに、探索実験を粘り強く推進する。さらに、「非金属元素から見た機能材料の量子設計基盤の構築」の研究を開始する。各種の非金属元素 (B, C, N, F 等）の化合物形成の役割を理解し、原子化エネルギーから見た金属化合物の新しい考え方を導出し、量子材料設計の基盤を固めていきたい。
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当該年度は比較的小規模の理論計算で研究を進められ、高い計算能力が必要で物品の購入が必要な大規模な第一原理計算は、次年度以降に行うことにしたため、次年度使用額が生じた。
比較的大きな規模の計算を行うため、計算機を購入し並列化計算を行えるようにする。このため、並列計算用計算機（１００千円x３台）の購入を予定している。また、この他の翌年度分として請求した助成金（１４００千円）の使用計画は、次の通り当初計画とほぼ同じである。消耗品費（８８０千円）、旅費（４００千円）、研究成果投稿料（８０千円）、その他(４０千円）。
|
