2021 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
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| Project/Area Number |
20H05839
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
東 雅大 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20611479)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | 動的エキシトン / ドナー・アクセプター相互作用 / 量子化学計算 / 分子動力学シミュレーション / 溶媒効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、独自の高精度理論解析手法を発展させて動的エキシトンの理論を確立することを目的とする。本年度は、昨年度に引き続きA01今堀やA02小堀により系統的に合成および物性測定されたポルフィリン連結フラーレン化合物の電子励起状態や電荷分離状態の解析を行った。これまでの我々の研究で、電子励起状態や電荷分離状態を適切に記述するためには、化合物の構造緩和や溶媒分子の応答を分子レベルで露わに取り扱う必要があることが明らかになった。そこで、それらを効率的に記述可能なQM/MM RWFE-SCF法を用いてモデル分子を解析したところ、概ね実験結果と良い一致を示した。特に、電荷分離状態は溶媒により大きく安定化していることが明らかになった。さらに、QM/MM RWFE-SCF法の計算を高速化するプログラムの改良も行った。また、A01今堀らにより合成された非フラーレン型アクセプター分子TACICの励起状態や薄膜状態の構造の解析を行った。TACICの薄膜状態での励起状態の寿命は、溶液中の寿命と比較して大幅に長くなる。これは構造やバンド構造が似たITICと全く逆の挙動であるが、その理由は不明である。まず、量子化学計算により、TACICとITIC単量体の励起状態のポテンシャル面はよく似ていることが分かった。これは溶液中での寿命が同程度であることに対応する。一方、分子動力学シミュレーションを用いて薄膜状態の構造を解析したところ、ITICでは主に端同士がスタックしているのに対して、TACICでは端と中央がスタックした構造も同程度存在していた。この薄膜状態での構造の違いが、励起状態の寿命の違いと関連していると考えられる。また、A03三ツ沼が開発したドナーアクセプター相互作用を利用した水素引き抜き触媒の生成機構をA02小堀やA02山方と共同で解析し、ラジカルが2段階で生成していることを明らかにした。
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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
本年度は、主にポルフィリン連結フラーレン化合物の電子励起状態や電荷分離状態やTACICの励起状態や薄膜状態の構造の解析を進め、いくつかの新たな知見を得た。領域内の共同研究も積極的に進め、成果も出始めていることから、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度も引き続き、ポルフィリン連結フラーレン化合物やTACICの解析を進める。ポルフィリン連結フラーレン化合物の解析では、高速化したプログラムを用いて、様々な連結長の化合物の電子励起状態や電荷分離状態を解析し、化合物の構造緩和や溶媒の応答が電子状態に与える影響を明らかにする。TACICの解析では、薄膜状態でのITICとの構造の違いが励起状態の寿命に与える影響を明らかにする。さらに、量子化学反応ダイナミクス計算法の構築も引き続き進め、本研究費で雇用している特定助教と協力して有機薄膜太陽電池の理論モデルの改良も行う。また、計画班や公募班との領域内連携研究を今後も積極的に進め、理論化学・計算化学の面から領域の推進に貢献する。
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