水素の個体表面反応に関する第一原理量子ダイナミクス

氢固体表面反应的第一原理量子动力学

基本信息

批准号：
06J08856
负责人：
アルボレダ N (2007)
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度、私は燃料電池の活用に向けて、白金(Pt)の(111)表面と水素分子の相互作用に関する研究を継続して行いました。これまでの研究により、理想的なPt(111)表面上に水素分子が解離吸着する過程において、振動補助吸着が存在しないことを、カップルド・チャンネル法を用いた量子ダイナミクス計算を行うことで確かめました。また、同様の方法を利用して、燃料電池の動作温度下で、水素イオンが白金とナフィオンの界面を透過するには、量子効果が必要であることを示しました。この理由は、水素イオンのような質量の小さな粒子は、量子効果の一つであるトンネル効果により活性化障壁よりも小さな並進エネルギーでこの障壁を越える為であります。更に、このような透過過程における量子効果は、障壁の形状が非対称であれば、より強く表れることを示しました。次に、私は第一原理計算を用いて、Pt(111)表面上への水素分子の解離吸着過程における活性化障壁の水素分子の表面に対する配向依存性、および水素原子の吸着サイト依存性を調査しました。その結果、水素分子が表面に対して平行配向で、且つ、飛来する水素分子の重心位置が表面topサイトの延長線上にあり、二つの水素原子が表面hcpサイトとfccサイトに吸着した時が最も活性化障壁が低いことがわかりました。今年度の研究では、より現実的な状況を考慮する為にPt(111)表面に欠陥がある場合の研究を行いました。密度汎関数理論に基づいた計算を用いて、空孔があるPt(111)表面上への水素分子の解離吸着過程の反応経路に沿ったポテンシャルエネルギーの形状を調査することにより、その空孔の効果について調べました。この結果から、Pt(111)表面の空孔は水素分子の解離吸着過程における活性化障壁を低くすることがわかりました。これは、空孔サイトの存在により表面上の反応性が向上した為であり、この空孔サイトはPt(111)表面上への水素分子の吸着過程に大きく影響していると考えられる。

今年，我继续研究铂（PT）（PT）表面与氢分子的相互作用，以利用燃料电池。先前的研究已经证实，在使用耦合通道方法的量子动力学计算中，氢分子在理想的PT（111）表面上的解离和吸附过程中不存在振动辅助的吸附。我们还使用了一种类似的方法来证明氢离子在燃料电池的工作温度下经过铂nafion界面需要量子效应。这样做的原因是，小质量颗粒（例如氢离子）用隧道效应引起的激活屏障的克服较小，这是量子效应之一。此外，我们已经表明，当屏障形状不对称时，这种传播过程中的量子效应更为明显。接下来，我使用第一原理计算来研究在氢分子表面的解离吸附吸附吸附过程中，在氢分子表面的解离吸附吸附过程以及氢原子的吸附位点的依赖性的过程中，激活屏障在氢分子表面的取向依赖性。结果，发现氢分子是平行于表面的，并且飞行氢分子的重心延伸到表面的顶部位点，并且当两个氢原子吸附到表面HCP位点和FCC位点时，激活屏障最低。今年的研究对PT（111）表面缺陷进行了研究，以考虑更现实的情况。使用基于密度函数理论的计算，我们通过研究沿氢分子的解离和吸附过程的势能的形状来研究该空缺的效果。该结果表明，在氢分子的解离和吸附过程中，PT（111）表面的空位降低了激活屏障。这是因为空置位点的存在提高了表面的反应性，因此人们认为该空地对PT表面上的氢分子的吸附过程有重大影响（111）。