気相および星間塵表面における複雑分子生成素過程の理論化学的手法による解明

• Project Area: Evolution of molecules in space: from interstellar clouds to proto-planetary nebulae
• Project/Area Number: 16H00939
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Toyo University
• Principal Investigator: 田代 基慶 東洋大学, 理工学部, 准教授 (10447914)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 理論化学 / 計算化学 / 原子物理 / 星間分子 / 原子・分子物理 / 天文

Outline of Annual Research Achievements

CH3OH, CH3OCH3, HCOOCH3など6原子以上からなる有機分子、”Complex organic molecules”(COMs)の反応素過程は、星間分子進化の観点から観測・理論ともに注目を集めている。本計画ではCOMsに関わる気相・星間塵表面それぞれの反応素過程の詳細を、理論化学的手法を用いて検討した。星間塵表面素過程に関連しては、最近10K程度の分子雲コアにおけるCOMsの観測が注目されている。従来のシナリオでは、これらの分子は30K以上の環境においてCH3OやHCOなどの前駆体ラジカル分子の表面拡散の結果として生成されるが、10K程度の低温環境下では拡散が起きないため計算値が観測値よりも大幅に少ない。反応熱による星間塵表面からの分子脱離過程を考慮することで計算結果が改善されるとの報告が存在するものの、脱離過程の詳細は分かっていない。この問題に関連し、本研究では分子固体内での振動エネルギー緩和について分子動力学計算を用いた解析を行った。星間塵表面での化学反応では発生したエネルギーが周囲の物質に熱（振動）の形で伝達されると考えられるが、本課題はその時間スケールや伝達効率を見積もるための基礎研究となる。
他にも、原子や分子の超精密分光を用いる素粒子物理実験（ニュートリノパラメータ決定などを含む）に関連する相対論的電子状態計算、光学異性体を持つ分子の円二色性、円偏光発光特性に対する量子化学的手法による評価、有機分子集合体の物性に関する理論的研究などを進めることができた。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マルメ大学(スウェーデン)
• [Journal Article] Automatic High-Throughput Screening Scheme for Organic Photovoltaics: Estimating the Orbital Energies of Polymers from Oligomers and Evaluating the Photovoltaic Characteristics (2017)
  • Author(s): Imamura Yutaka、Tashiro Motomichi、Katouda Michio、Hada Masahiko
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 121 Issue: 51 Pages: 28275-28286
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b08446
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] From Linear to Foldamer and Assembly: Hierarchical Transformation of a Coplanar Conjugated Polymer into a Microsphere (2017)
  • Author(s): Kushida Soh、Oki Osamu、Saito Hitoshi、Kuwabara Junpei、Kanbara Takaki、Tashiro Motomichi、Katouda Michio、Imamura Yutaka、Yamamoto Yohei
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry Letters Volume: 8 Issue: 18 Pages: 4580-4586
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b02102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Series of Layered Assemblies of Hydrogen-Bonded, Hexagonal Networks of C3-Symmetric π-Conjugated Molecules: A Potential Motif of Porous Organic Materials (2016)
  • Author(s): I. Hisaki, S. Nakagawa, N. Ikenaka, Y. Imamura, M. Katouda, M. Tashiro, H. Tsuchida, T. Ogoshi, H. Sato, N. Tohnai, M. Miyata
  • Journal Title: Journal of American Chemical Society Volume: 印刷中 Issue: 20 Pages: 6617-6628
  • DOI: 10.1021/jacs.6b02968
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Charge Dynamics at Heterojunction between Face-on/Edge-on PCPDTBT and PCBM Bilayer: Interplay of Donor/Acceptor Distance and Local Charge Carrier Mobility (2016)
  • Author(s): Yoshiki Shimata, Marina Ide, Motomichi Tashiro, Michio Katouda, Yutaka Imamura, Akinori Saeki
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 120 Issue: 32 Pages: 17887-17897
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b04827
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 有機分子における円偏光発光に対する理論的アプローチ (2018)
  • Author(s): 田代基慶、今村穣、河東田道夫
  • Organizer: 第2回キラルルミネッセンスセミナー
• [Presentation] Computational Study on Circularly Polarized Luminescence from Organic Molecules (2018)
  • Author(s): 田代基慶
  • Organizer: 「化学反応のポテンシャル曲面とダイナミクス」研究会
• [Presentation] PCBM/PCPDTBT界面における電荷分離・再結合過程に関する理論計算による検討 (2016)
  • Author(s): 田代基慶、河東田道夫、今村穣
  • Organizer: 第19回理論化学討論会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2016-05-23