励起状態化学反応解析のための量子多成分系理論の確立と応用計算
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21K04991
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
宇田川 太郎 岐阜大学, 工学部, 助教 (70509356)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
兼松 佑典 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (10765936)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 同位体効果 / 原子核の量子効果 / 多成分系理論 / プロトン移動反応 / 励起状態プロトン移動反応 / 量子多成分系理論 / 化学反応 / 電子励起状態 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、水素原子核の量子揺らぎを含めた簡便な電子励起状態反応解析手法の確立を目指し、量子多成分系CI-NEB法を拡張し、水素原子核の量子揺らぎを考慮した電子励起状態プロトン移動反応の解析を実施する。水素原子核の量子揺らぎを含めた化学反応解析は、他に類を見ない学術的独自性を有する研究課題である。さらに本研究は生化学や光化学分野でも重要な電子励起状態における反応へと量子多成分系理論を拡張しようとするものであり、高い学術的独自性も有する。本研究で開発する計算手法は、既存の手法よりも実在系に近い計算を可能とし、未解明の様々な化学現象へのアプローチを可能とする新しい量子化学計算手法である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、申請者が開発してきた、水素原子核の量子揺らぎを直接取り込んだ量子多成分系理論による化学反応解析法(量子多成分系CI-NEB法)を深化させ、電子基底状態のみならず電子励起状態の化学反応をも取り扱える新しい量子多成分系理論を確立する。具体的には、1. 量子多成分系時間依存密度汎関数理論(TDDFT法)の開発を通じ、 水素原子核の量子揺らぎを直接考慮した電子励起状態計算を実現する。さらに、2. 量子多成分系凍結ストリング法を開発することで、電子励起状態の化学反応解析に向けた量子多成分系 CI-NEB法の高速化を達成し、量子多成分系理論による化学反応解析の適用対象を劇的に拡大する。開発した計算手法を用い、3. 8-ヒドロキシキノリンおよび10-ヒドロキシベンゾキノリン中で起こる励起状態プロトン移動反応の、水素原子核の量揺らぎを考慮した解析を実現する。さらに、4. 開発した手法を用い、励起状態二重プロトン移動反応や多段階励起状態プロトン移動反応についても、水素原子核の量子揺らぎを考慮した解析を初めて実現する。
本年度は、項目1および2を実施した。まず項目1については、予定通り問題なく遂行することができ、量子多成分系理論をTDDFT法に拡張することができた。これにより、原子核の量子効果を含めた電子励起状態の計算が可能となった。次に項目2に取り掛かった。項目2では、凍結ストリング法の実装および精度向上に取り組んだが、このうち精度の向上ついては、当初考えていた方法では精度の向上が達成できないことが序盤で明らかになった。そこで他の手法に切り替え、試行錯誤した結果予定していた精度向上を達成することができた。また、項目3にもとりかかりはじめた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
R3年度は、項目1および2を実施した。項目2は、R4年度までかかる予定であったが、予定よりも早く遂行することができた。そのため、R4年度から取り掛かる予定であった項目3についても、取り掛かり始めることができた。これらのことを総合的に勘案し、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
R4年度は、申請書に記載した予定通り、項目3. 8-ヒドロキシキノリンおよび10-ヒドロキシベンゾキノリン中で起こる励起状態プロトン移動反応の、水素原子核の量揺らぎを考慮した解析を遂行する。項目1, 2が予定より早くおわっていることから、既に項目3には取り掛かり始めており、予定通りR4年度中に遂行することが可能であると考えている。
また、項目4. 開発した手法による励起状態二重プロトン移動反応や多段階励起状態プロトン移動反応の解析についても、予定通りR4年度途中から取り掛かる予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
