51探花

【本学研究者情报】

〇材料科学高等研究所　教授　小谷元子

【発表のポイント】

• カーボンネットワークを単纯化した数学モデルの构筑に成功。
• 数学を用いた构造の数値化により贵金属フリーのグラフェン触媒の设计が可能に。
• もっとも正确とされる理论计算手法と定性的によく一致したシミュレーション结果が10亿倍速く得られ、先端材料候补の探索が加速されることに期待。

【概要】

3次元の立体的构造を持つカーボンネットワークは、平面构造を持つ2次元グラフェンシート（＊1）を曲げることで形成され、シートをうまく曲げると2次元グラフェンとは异なる优れた特性を持つことが知られています。しかし、3次元のカーボンネットワークがなぜ优れた特性を示すのかは系统的に理解されておらず、局所构造と材料全体の特性を结び付けた网罗的な理解が必要とされています。

东北大学材料科学高等研究所の小谷元子教授らの研究グループは、カーボンネットワークをバネで连结された数理モデルとみなし、构造を単纯化することで、従来法よりも10亿倍速いシミュレーション计算时间で贵金属を使用しない优れた触媒の设计法を见出しました。数学によって提案されたカーボンネットワークを実験的に作製し、その触媒能力を検証することで、数学を用いた材料设计の有用性を実証しました。

本研究成果により、局所构造が持つ几何学构造の歪みや不安定性などの、これまで难しかった数値化が可能となり、それらが全体の特性に与える影响の理解が可能となりました。この数学手法と従来手法を相补的に组み合わせた大规模シミュレーションと様々な用途への展开が可能な材料开発が进むことが期待されます。

本研究は国际科学雑誌「颁补谤产辞苍」に2021年6月4日（现地时间）付けでオンライン掲载されました。

図1. 数学手法によるカーボンネットワークの単純化とグラフェンの原子構造モデル
(A) カーボンネットワークの単純化による標準実現と第2近接同士の反発力を加えた改善型標準実現。
(B) 第一原理計算手法と改善型標準実現手法によって構築されたグラフェンの原子構造モデル。
(C) （B）の青い線に沿って各原子サイトのガウス曲率の変化を取り出した図。

【用语解説】

（＊1） 2次元グラフェンシート
炭素原子が蜂の巣格子を组むように共有结合した2次元シート材料。原子1层分の厚みを持つ。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

＜研究に関すること＞
小谷　元子（こたに　もとこ）
东北大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）　教授
TEL: 022-217-6325
E-MAIL: motoko.kotani.d3*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

＜报道担当＞
东北大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）　広报戦略室
〒980-8577 宮城県仙台市青葉区片平２－１－１
TEL 022-217-6146
E-MAIL： aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）