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グラフェン触媒設計に従来法よりも10億倍速い計算時間で成功東北大学,名古屋大学

 3次元の立体構造をもつカーボンネットワークは,平面構造をもつ2次元グラフェンシート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異なる優れた特性をもつことが知られている。しかし,3次元のカーボンネットワークがなぜ優れた特性を示すのかは系統的に理解されておらず,局所構造と材料全体の特性を結びつけた網羅的な理解が必要とされている。
 東北大学,名古屋大学の研究グループは,カーボンネットワークをバネで連結された数理モデルとみなし,構造を単純化することで,従来法よりも10億倍速いシミュレーション計算時間で,貴金属を使用しない優れた触媒の設計法を見出した。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,数学を用いた材料設計の有用性を実証した。
 本研究成果により,局所構造がもつ幾何学構造の歪みや不安定性などの,これまで難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響の理解が可能となった。この数学手法と従来手法を相補的に組み合わせた大規模シミュレーションとさまざまな用途への展開が可能な材料開発が進むことが期待される。

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