バイオナノ構造体に関する理論的研究

生物纳米结构的理论研究

• 批准号: 07J00242
• 负责人: ロマン TA
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J00242/
• 关键词: 量子ダイナミクス; 燃料電池; 計算手法; 機能材料; 水素; 触媒; 表面反応; 炭素; バイオ表面科学

研究計画に基づき、本年度出版したレビュー論文に過去三年間の結果をまとめた。そこでは、グラフェンが完全に水素化されると格子定数が約3%伸び、1.54Åになるという新たな結果を合わせて報告した。これは、最近報告された完全に水素化されたグラフェンが面内方向に延伸するという実験結果と一致している。完全に水素化されたグラフェンは吸着前の状態よりも0.24eVだけ安定で、水素原子当たりの化学吸着エネルギーの点から、非常に高い吸放出特性を持っていると考えられる。また、グラフェンの両面から最隣接炭素原子上に水素が吸着し対を作ることにより、より強固な結合状態を形成するとわかった。さらに、グラファイト内部への水素の侵入の検出は非常に有益なので、走査トンネル顕微鏡でグラファイトサブ表面の水素の検出可能性を検証することも興味深いテーマである。シミュレーション結果から、サブ表面の水素上には実際の炭素原子のハニカム構造ではなく、明瞭な三角形構造のSTM像が観測されることから、サブ表面の水素を検出することが可能であるという重要な結果を得た。また、燃料電池関連触媒に関する機能性材料設計を目的とした事業に関連した論文を準備中であるが、そこでは比較的重たい分子である酸素分子の解離吸着反応においても量子効果が大きな影響を及ぼすと初めて明確に示している。私の知っている限りでは、過去に固体表面上での酸素分子の量子ダイナミクス計算が行われたことはなかった。私たちはFe(001)上のPtモノレイヤー上での酸素分子の解離吸着に関するDFT計算に基づき量子ダイナミクス計算を行った。特に、入射分子の初期並進エネルギーの関数として、酸素分子の振動や表面振動を考慮に入れた吸着確率を得た。これらの結果はPt表面上での水素分子の解離吸着確率と同様な量子効果を示している。さらに、様々な系の温度での酸素分子の反応においてもトンネル効果が存在しているということも示している。

根据研究计划，我们在今年发表的综述论文中总结了过去三年的成果。他们还报告了新的结果，表明当石墨烯完全氢化时，其晶格常数增加约 3% 至 1.54 Å。这与最近报道的完全氢化石墨烯在面内方向拉伸的实验结果一致。完全氢化的石墨烯比吸附前的状态稳定0.24eV，并且就每个氢原子的化学吸附能而言被认为具有极高的吸收和解吸性能。研究还发现，氢会吸附到石墨烯两侧最近的碳原子上并形成对，形成更强的键。此外，通过扫描隧道显微镜验证石墨表面下氢的可检测性也是一个有趣的话题，因为石墨内部氢渗透的检测非常有用。从模拟结果来看，在次表面的氢上观察到了具有清晰三角形结构的STM图像，而不是实际的碳原子蜂窝结构，这一点很重要，表明次表面的氢可以被检测到了。此外，我们正在准备一篇与旨在设计燃料电池相关催化剂的功能材料的项目相关的论文，其中量子效应甚至在氧分子（显然是相对较重的分子）的解离和吸附反应中也有很大的影响。首次展示。据我所知，以前从未对固体表面上的氧分子进行过量子动力学计算。我们基于 Fe(001) 上 Pt 单层氧分子解离吸附的 DFT 计算进行了量子动力学计算。特别是，考虑到氧分子的振动和表面振动，我们获得了吸附概率作为入射分子初始平移能量的函数。这些结果表明量子效应类似于氢分子在 Pt 表面上的解离和吸附概率。此外，研究表明，不同系统温度下氧分子的反应也存在隧道效应。

项目成果

Stability of Three-Hydrogen Clusters on Graphene

• DOI: 10.1143/jpsj.78.035002
• 发表时间: 2009-03
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: T. Roman;H. Nakanishi;H. Kasai;Kunihiro Nobuhara;Tsuyoshi Sugimoto;Kyouichi Tange

Pathways for H Absorption into Graphite via the Edges : A Preliminary Study

石墨通过边缘吸收氢的途径：初步研究

• 发表时间: 2009
• 期刊: Proceedings of the Osaka University -De La Salle University Science Research Workshops Vol.11(印刷中)
• 作者: N.B.Arboleda Jr.;H.Kasai;H.Nakanishi;T.Roman;T.Sugimoto;K.Tange;K.Nobuhara
• 通讯作者: K.Nobuhara

Identifying hydrogen atoms on graphite

识别石墨上的氢原子

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan 76
• 作者: Tanglaw Roman;Wilson Agerico Dino;Hiroshi Nakanishi;Hideaki Kasai;Kunihiro Nobuhara;Tsuyoshi Sugimoto;Kyouichi Tange
• 通讯作者: Kyouichi Tange

Quantum dynamics of a hydrogen atom into the Pd(111)subsurface

氢原子进入 Pd(111) 次表面的量子动力学

• 发表时间: 2009
• 作者: Nobuki Ozawa;Tanglaw Roman;Hiroshi Nakanishi;Hideaki Kasai
• 通讯作者: Hideaki Kasai

Quantum states of a hydrogen atom motion on the Pd(111) surface and in the subsurface

Pd(111) 表面和地下氢原子运动的量子态

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Physics : Condensed Matter 19/48
• 作者: Nobuki Ozawa;Tanglaw Roman;Nelson Buntimil Arboleda Jr.;Wilson Agerico Dino;Hiroshi Nakanishi;Hideaki K asai
• 通讯作者: Hideaki K asai