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2015 Fiscal Year Annual Research Report

溶液・高分子系界面の構造および機能の理論解析

Planned Research

Project AreaScience on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment
Project/Area Number 25104003
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

森田 明弘  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70252418)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 石山 達也  富山大学, 大学院理工学研究部, 准教授 (10421364)
Project Period (FY) 2013-06-28 – 2018-03-31
Keywords界面分光 / 分子動力学シミュレーション / 差スペクトル
Outline of Annual Research Achievements

申請者がこれまでに開発した分子シミュレーションに基づく界面分光の理論の成果をもとに、本領域内の分光計測の実験研究者と本グループの理論解析との緊密な共同研究を展開し、溶液・高分子などの柔らかな界面構造の理解を格段に深化させる。そのため我々の提唱した和周波分光の理論計算の適用範囲を大幅に拡げる高速なSFG計算プログラムを開発して、多くの界面構造と和周波スペクトルの解明に貢献し、今後広くプログラム利用と成果を普及してく。
本年度には分光計測による界面分子配向の解析について研究成果を報告した。界面での分子配向は界面構造を規定する基本的な特徴で、従来より和周波分光の偏光依存性の観測に基づいて議論されてきた。本研究ではメタノール水溶液を例にとって、界面での分子配向とSFGシグナルの偏光依存性の両方を分子シミュレーションで求め、その間の関係を詳細に検討した。その結果、従来の偏光依存性から分子配向を導出する議論に含まれる仮定が成り立たないことを明らかにし、より精密な解析が必要であることを示した。また水‐両極性脂質膜の界面を研究し、SFGスペクトルで観測される界面水の振動バンド構造を再現できることを示すとともに、その解釈を界面水の構造に基づいて与えることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

和周波分光の研究に関しては、当該グループが開発した理論に基づく汎用プログラムの開発をほぼ完成させ、その有効性を確認するととともに実際的な応用の成果が見られてきた。今年度にも配向解析の解明や水‐脂質膜構造の解析などインパクトのある成果が得られ、今後の発展も見込まれる。

Strategy for Future Research Activity

和周波分光の研究に関しては、今後さらに応用を広げるため汎用分子モデルを完成させて、さまざまな有機分子界面への応用を図る。すでにその研究は進行中である。前年度に提案した差スペクトルの理論解析手法の開発も進行中で、今後圧力を制御した差スペクトル計算や、水溶液系への応用の成果を見せる予定である。

  • Research Products

    (49 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (42 results) (of which Int'l Joint Research: 23 results,  Invited: 14 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] マックス・プランク研究所(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      マックス・プランク研究所
  • [Journal Article] Hydrogen Bonding Structure at Zwitterionic Lipid/Water Interface2016

    • Author(s)
      Tatsuya Ishiyama, Daichi Terada, and Akihiro Morita
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. Lett.

      Volume: 7 Pages: 216-220

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.5b02567

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Liquid/Liquid Interface Layering of 1-butanol and [bmim]PF6 Ionic Liquid: A Nonlinear Vibrational Spectroscopy and Molecular Dynamics Simulation Study2015

    • Author(s)
      Takashi Iwahashi, Tatsuya Ishiyama, Yasunari Sakai,Akihiro Morita, Doseok Kime and Yukio Ouchi
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 17 Pages: 24587-24597

    • DOI

      10.1039/C5CP03307A

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Construction of Exchange Repulsion in Terms of the Wave Functions at QM/MM Boundary Region2015

    • Author(s)
      Hideaki Takahashi, Satoru Umino, and Akihiro Morita
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 143 Pages: 084104-084114

    • DOI

      10.1063/1.4928762

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Microscopic Barrier Mechanism of Ion Transport through Liquid-Liquid Interface2015

    • Author(s)
      Nobuaki Kikkawa, Lingjian Wang, and Akihiro Morita
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 137 Pages: 8022-8025

    • DOI

      10.1021/jacs.5b04375

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Surface Structure of Methanol/Water Solutions via Sum-Frequency Orientational Analysis and Molecular Dynamics Simulation2015

    • Author(s)
      Takashi Ishihara, Tatsuya Ishiyama, and Akihiro Morita
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 119 Pages: 9879-9889

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b01197

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 加藤先生から学んだ理論化学とその発展2016

    • Author(s)
      森田 明弘
    • Organizer
      第5回研究会「化学反応のポテンシャル曲面とダイナミックス」
    • Place of Presentation
      京都大学理学研究科セミナーハウス (京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-03-28 – 2016-03-28
    • Invited
  • [Presentation] Microscopic Structure and Uptake Kinetics at Aqueous Solution Surfaces2016

    • Author(s)
      Akihiro. Morita and Tatsuya Ishiyama
    • Organizer
      251st ACS National Meeting, Symposium on "Physical Chemistry of Complex Environmental Interfaces,"
    • Place of Presentation
      San Diego, CA, USA
    • Year and Date
      2016-03-13 – 2016-03-13
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Rh(111)上の常誘電氷表面の和周波発生振動分光2016

    • Author(s)
      大槻 友志、杉本 敏樹、石山 達也、森田 明弘、渡邊 一也、松本 吉泰
    • Organizer
      第14回京都大学低温物質科学研究センター講演会・研究交流会
    • Place of Presentation
      京都大学百周年時計台記念館 国際交流ホールII、III (京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-02-19 – 2016-02-19
  • [Presentation] Recent Development of Computational Analysis on Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy2016

    • Author(s)
      Akihiro Morita
    • Organizer
      CECAM Workshop "Liquid/Solid Interfaces: Structure and dynamics from spectroscopy and simulations - 3rd Edition"
    • Place of Presentation
      Lausanne, Switzerland
    • Year and Date
      2016-01-25 – 2016-01-25
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Computational SFG analysis of organic liquid surfaces2015

    • Author(s)
      Akihiro Morita, Lin Wang, and Tatsuya Ishiyama
    • Organizer
      Pacifichem 2015, Symposium on "Recent Experimental and Theoretical Advances in Studies of Liquid Interfaces"
    • Place of Presentation
      Honolulu, HI, USA
    • Year and Date
      2015-12-19 – 2015-12-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Two-Dimensional Sum Frequency Generation Spectra at Vapor/Water Interface: Molecular Dynamics Simulation Study2015

    • Author(s)
      Tatsuya Ishiyama, Akihiro Morita, and Tahei.Tahara
    • Organizer
      Pacifichem 2015, Symposium on "Recent Experimental and Theoretical Advances in Studies of Liquid Interfaces"
    • Place of Presentation
      Honolulu, HI, USA
    • Year and Date
      2015-12-19 – 2015-12-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Vibrational Spectroscopic Study of Lipid/Water Interface by Molecular Dynamics Simulation2015

    • Author(s)
      Tatsuya Ishiyama, Daichi Terada, and Akihiro Morita
    • Organizer
      Pacifichem 2015, Symposium on "Recent Experimental and Theoretical Advances in Studies of Liquid Interfaces"
    • Place of Presentation
      Honolulu, HI, USA
    • Year and Date
      2015-12-19 – 2015-12-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Role of Water Fingering in Ion Transport through Oil-Water Interface2015

    • Author(s)
      Nobuaki Kikkawa, Lingjian Wang, and Akihiro Morita
    • Organizer
      Pacifichem 2015, Symposium on "Recent Experimental and Theoretical Advances in Studies of Liquid Interfaces"
    • Place of Presentation
      Honolulu, HI, USA
    • Year and Date
      2015-12-19 – 2015-12-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションによる空気/水界面の二次元和周波スペクトル計算2015

    • Author(s)
      石山 達也、森田 明弘
    • Organizer
      第29回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター (新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2015-12-01 – 2015-12-01
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microscopic Structure of Organic Electrolyte Interface by Molecular Dynamics and Sum Frequency Generation Spectroscopy2015

    • Author(s)
      Lin Wang, Qiling Peng, Shen Ye, and Akihiro Morita
    • Organizer
      第29回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター (新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2015-12-01 – 2015-12-01
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 界面構造の座標化による油水界面のイオン輸送の解析、及び、拡張系の方法を用いた電位差一定のアンサンブルの実現2015

    • Author(s)
      吉川 信明、Lingjian Wang、森田 明弘
    • Organizer
      第29回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター (新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2015-12-01 – 2015-12-01
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子動力学(MD)シミュレーションによる生体膜/水界面の振動スペクトルと水素結合構造2015

    • Author(s)
      寺田大地、石山達也、森田明弘
    • Organizer
      第29回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター (新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2015-12-01 – 2015-12-01
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションによる生体膜/水界面の構造と振動スペクトル解析2015

    • Author(s)
      寺田 大地、石山 達也、森田 明弘
    • Organizer
      平成27年度日本化学会近畿支部北陸地区講演会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス (石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-11-27 – 2015-11-27
  • [Presentation] Effects of hydration on ion transfer process through liquid-liquid interface2015

    • Author(s)
      Lingjian Wang
    • Organizer
      新学術領域研究「柔らかな分子系」第4回全体合宿会議
    • Place of Presentation
      北九州八幡ロイヤルホテル (福岡県北九州市)
    • Year and Date
      2015-11-25 – 2015-11-25
  • [Presentation] 界面構造の座標化による油水界面のイオン輸送の解析2015

    • Author(s)
      吉川 信明、Lingjian Wang、森田 明弘
    • Organizer
      第61回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • Place of Presentation
      イーグレひめじ (兵庫県姫路市)
    • Year and Date
      2015-11-24 – 2015-11-24
  • [Presentation] Microscopic Barrier Mechanism of Ion Transport through Liquid-Liquid Interface2015

    • Author(s)
      Akihiro Morita
    • Organizer
      5th Campus Asia Symposium
    • Place of Presentation
      Shanghai, China
    • Year and Date
      2015-11-05 – 2015-11-05
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 界面構造の座標化による油水界面のイオン輸送の解析2015

    • Author(s)
      吉川 信明、Lingjian Wang、森田 明弘
    • Organizer
      第38回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      高知市文化プラザかるぽーと (高知県高知市)
    • Year and Date
      2015-10-22 – 2015-10-22
  • [Presentation] 界面構造の座標化による油水界面のイオン輸送の解析2015

    • Author(s)
      吉川 信明、Lingjian Wang、森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-19 – 2015-09-19
  • [Presentation] Collaborative molecular dynamics and SFG study on the interface of organic carbonate liquids2015

    • Author(s)
      Lin Wang, Qiling Peng, Shen Ye, Akihiro Morita
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-18 – 2015-09-18
  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションによる生体膜/水界面の構造と振動スペクトル解析2015

    • Author(s)
      寺田 大地、石山 達也、森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-18 – 2015-09-18
  • [Presentation] 水/アセトニトリル溶液の界面配向構造と非線形分極の理論研究2015

    • Author(s)
      齋藤 健吾、森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-18 – 2015-09-18
  • [Presentation] 第一溶媒和殻をQM領域とするQM/MM法と溶液論の結合による溶媒和自由エネルギーの計算2015

    • Author(s)
      神戸 宏之、高橋 英明、森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-18 – 2015-09-18
  • [Presentation] QM/MM法による溶質分子の電子密度揺らぎにおける軌道間の相関の解析2015

    • Author(s)
      鈴岡 大樹、高橋 英明、森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-18 – 2015-09-18
  • [Presentation] 液液界面付近の水和イオンクラスター分布2015

    • Author(s)
      Lingjian Wang、吉川 信明、森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-17 – 2015-09-17
  • [Presentation] 水表面における構造と変角振動スペクトルの分子動力学研究2015

    • Author(s)
      田中 翔悟、石山 達也、森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-17 – 2015-09-17
  • [Presentation] 静的相関をシミュレートする電子交換汎関数の開発と実装2015

    • Author(s)
      高橋 英明、森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-16
  • [Presentation] QM/MM法における交換反発ポテンシャルの構築とQM/MM-ER法への応用2015

    • Author(s)
      海野 悟、高橋 英明、森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-16
  • [Presentation] 液体界面の計算分子科学2015

    • Author(s)
      森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-16
    • Invited
  • [Presentation] 溶液中の振動差スペクトルの効率的な計算方法2015

    • Author(s)
      城塚 達也、森田 明弘
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-16
  • [Presentation] Study of Ion Transport through Liquid Interfaces by using Molecular Dynamics Simulation2015

    • Author(s)
      Nobuaki Kikkawa, Lingjian Wang, and Akihiro Morita
    • Organizer
      Tohoku University's Chemistry Summer School 2015
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      2015-08-27 – 2015-08-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Distribution of Hydrated Ion Clusters Transported through Water-Oil Interface2015

    • Author(s)
      Lingjian Wang, Nobuaki Kikkawa, and Akihiro Morita
    • Organizer
      Tohoku University's Chemistry Summer School 2015
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      2015-08-27 – 2015-08-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analyses of the Solvation Free Energies due to Electron Density Fluctuation using QM/MM Method Combined with a Theory of Solutions2015

    • Author(s)
      Daiki Suzuoka, Hideaki Takahashi, and Akihiro Morita
    • Organizer
      Tohoku University's Chemistry Summer School 2015
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      2015-08-27 – 2015-08-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Molecular Dynamics Study of Heterogeneous Kinetics and Reactions2015

    • Author(s)
      Akihiro Morita
    • Organizer
      International Workshop on Heterogeneous Kinetics Related to Atmospheric Aerosols
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      2015-08-10 – 2015-08-10
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Recent Computational Studies on Surface Vibrations and Sum Frequency Generation Spectroscopy2015

    • Author(s)
      Akihiro Morita
    • Organizer
      Telluride Science Research Conference on Vibrational Dynamics
    • Place of Presentation
      Telluride, CO, USA
    • Year and Date
      2015-07-29 – 2015-07-29
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Molecular dynamics simulation study of two-dimensional heterodyne detected sum frequency generation spectra at vapor/water interface2015

    • Author(s)
      Tatsuya Ishiyama, Tahei Tahara, and Akihiro Morita
    • Organizer
      International Symposium on Soft Molecular Systems
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-07-11 – 2015-07-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Free energy analysis of hydration of benzene -- Role of OH/π interaction in solvation --2015

    • Author(s)
      Hideaki Takahashi, Daiki Suzuoka, and Akihiro Morita
    • Organizer
      International Symposium on Soft Molecular Systems
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-07-11 – 2015-07-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Theory and efficient computation of vibrational difference spectra in water, International Symposium on Soft Molecular Systems2015

    • Author(s)
      Tatsuya Joutsuka and Akihiro Morita
    • Organizer
      International Symposium on Soft Molecular Systems
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-07-11 – 2015-07-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Theoretical analysis on structure and function of solution and polymer interfaces2015

    • Author(s)
      Akihiro Morita
    • Organizer
      International Symposium on Soft Molecular Systems
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-07-09 – 2015-07-09
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Theoretical Analysis of Sum Frequency Spectra and Microscopic Ion Transport at Liquid-Liquid Interfaces2015

    • Author(s)
      Akihiro Morita
    • Organizer
      48th Heyrovsky Discussion on "Progress in Electrochemistry at Liquid-Liquid Interfaces and Liquid Membranes"
    • Place of Presentation
      Trest, Czech Republic
    • Year and Date
      2015-06-18 – 2015-06-18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Computational Analysis of Surface Nonlinear Spectroscopy2015

    • Author(s)
      Akihiro Morita
    • Organizer
      4th Annual World Congress of Advanced Materials-2015 (WCAM-2015)
    • Place of Presentation
      Chongqing, China
    • Year and Date
      2015-05-28 – 2015-05-28
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 水溶液の振動差スペクトルの理論と効率的な計算方法2015

    • Author(s)
      城塚 達也
    • Organizer
      研究会「化学反応のポテンシャル曲面とダイナミックス」
    • Place of Presentation
      弘前大学理工学部2号館 (青森県弘前市)
    • Year and Date
      2015-05-16 – 2015-05-16
    • Invited
  • [Presentation] Theoretical Analysis of Multi-scale Mass Transfer Kinetics in Droplet Flows2015

    • Author(s)
      Akihiro Morita
    • Organizer
      EMN Droplets Meeting 2015
    • Place of Presentation
      Phuket, Thailand
    • Year and Date
      2015-05-10 – 2015-05-10
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 東北大学大学院理学研究科化学専攻 計算分子科学研究室

    • URL

      http://comp.chem.tohoku.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2017-01-06  

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