A novel geometric framework for catalytic H₂O dissociation
幾何学的触媒設計による水分解の新しいアプローチ
本プロジェクトは、TriTetra理論（TTT） に基づく新しい水分解触媒メカニズムを提案し、DFT計算によってその有効性を検証します。
This project proposes and computationally validates a novel water-splitting catalyst mechanism grounded in the TriTetra Theory (TTT).
核心的な発見 / Key Findings:
| 計算 | 結果 | 意義 |
|---|---|---|
| Si+S+P共ドープ（relax） | ΔΔE = −4.46 eV | S/P共ドープの相乗効果 |
| Si+S+P+H₂O吸着エネルギー | ΔE_ads = −0.84 eV | 自発的なH₂O吸着 |
| O-H解離活性化エネルギー | Ea = 0.282 eV | Pt触媒（~0.8 eV）より低い |
sp³混成軌道を持つ結晶格子（Si・ダイヤモンド・cBN・SiC）は正四面体構造を基本単位とし、以下のベクトル均衡を満たします：
中心仮説:
特定のドーパント（S・P）配置によりこのベクトル均衡が局所的に崩れると、隣接するH₂O分子のO-H結合解離エネルギーが変化する。
材料系 ΔΔE (eV) TTT仮説との整合
─────────────────────────────────────────────
Si+S (relax) −1.67 ✅ 一致
Si+S+P (relax) −4.46 ✅ 一致（最大効果）
SiC+P (relax) −0.31 ✅ 一致
SiC+S (relax) +1.55 ⚠️ 逆方向（要検討）
本プロジェクトはオープンサイエンスとして世界に公開しています。
- 特許取得より、世界の研究者がこの手法を活用・発展させることに価値がある
- TTT理論の正しさを、より多くの研究者による追試で証明したい
- 「sp³格子 + S/Pドープ」という組み合わせの探索を世界規模で加速させたい
本リポジトリのコードを使えば、任意のsp³材料系でのH₂O吸着エネルギー変化を計算できます。
| 基板 | ドーパント候補 | 期待される効果 |
|---|---|---|
| Si | S, P, Se, As | TTT効果の元素依存性 |
| SiC | P, N, Al | HER活性の最適化 |
| Diamond | B, N | 超安定触媒の可能性 |
| cBN | C, Si | 界面効果の検証 |
| GaN | Si, Mg | 光触媒との組み合わせ |
詳細は SETUP.md を参照してください。
# 1. 仮想環境のセットアップ（WSL2/Linux）
mkdir -p ~/tttwsp/dft && cd ~/tttwsp/dft
python3 -m venv venv && source venv/bin/activate
pip install numpy matplotlib pandas ase
# 2. S添加Si+H₂O構造の生成
python3 build_structure.py
# 3. Quantum ESPRESSO入力ファイルの生成
python3 fix_input.py
# 4. DFT計算の実行
mkdir -p out && pw.x < tritetra_scf.in > tritetra_scf.out詳細は docs/COMPOSITE_MATERIAL_DESIGN.md を参照。
【推奨構造】TTT-SHC（Synergistic Hetero-Catalyst）
外部電解質（H₂O）
↕
S/P共ドープ CNT ネットワーク ← HER/OER活性点
↕
SiO₂ナノドット ← アンカー層
↕
S/Pドープ SiC 中間層 ← バンドエンジニアリング
↕
cBN 薄膜 ← 保護層
↕
Diamond コア ← 熱伝導・機械的基盤
全計算結果は results/ フォルダに記録されています。
| Phase | 内容 | 主要結果 |
|---|---|---|
| Phase 1-2 | Si+S SCF計算 | ΔΔE = −0.09 eV |
| Phase 3 | Si+S relax計算 | ΔΔE = −1.67 eV |
| Phase 5 | SiC+S/P SCF | ΔΔE = −0.10〜−0.14 eV |
| Phase 6 | SiC+S/P relax | SiC+P: ΔΔE = −0.31 eV |
| Phase 7 | Si+S+P共ドープ | ΔΔE = −4.46 eV |
| Phase 8 | HER NEB計算 | Ea = 0.282 eV |
| Phase 9 | OER NEB計算 | Step1確認 |
- Si+S/P系のSCF・relax計算
- SiC+S/P系のSCF・relax計算
- Si+S+P共ドープ系のrelax計算
- HER O-H解離経路のNEB計算（Ea = 0.282 eV）
- OER Step 1のNEB計算
- OER Step 2〜4のNEB計算
- フォノン解析（Phonopy）
- k点精密化（2×2×2）
- cBN/Diamond界面の正確な計算
本プロジェクトへの参加を歓迎します。詳細は CONTRIBUTING.md を参照してください。
特に以下の専門家を求めています：
- 計算化学者 — 他の材料系でのDFT計算
- 実験化学者 — Si+S+P触媒の実際の合成・評価
- 理論物理学者 — TTT理論の数理的形式化
- 電気化学者 — 水分解活性の電気化学的測定
IssueまたはPull Requestでの貢献を歓迎します。
kiki054-n. (2026). TriTetra Water Splitting Project (TTT-WSP).
GitHub. https://github.com/kiki054-n/tttwsp
Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
© 2026 Naoyuki Kawakami / Team Shiojiri
計算インフラ: Quantum ESPRESSO, ASE, LAMMPS
"The sphere whispers zero. The tetrahedron remembers it."
— TriTetra Project, v4.0.0-public