2011 Fiscal Year Annual Research Report
量子化学的手法上での分極性グラファイト及び金属表面におけるイオン液体吸着研究
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10F00798
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
IRLE Stephan 名古屋大学, 理学部・研究科, 教授
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ADDICOAT MatthewA. 名古屋大学, 理学部・研究科, 外国人特別研究員
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| Keywords | ionic liquids / quantum chemistry / isomerism / fullerenes / tight-binding / DFT-DFTB benchmarks / genetic algorithm / functionalization |
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| Research Abstract |
a)本研究員(Matthew Addicoat博士)は確率論に基づいた分子構造作成プログラムKick[1]を基に、より構造に着目したCrazyLegoプログラムを開発した。このプログラムを用い、気相中のイオンクラスター[AB]_n([dmim^+][NO^-_3]、[emim^+][NO^-_3]、[bmim^+][NO^-_3])の解析を行った。構造最適化においては3次補正、散相互作用を加えたDFTB-3rd-Dを用いて行った。[AB]および[AB]_2において、より高精度な量子化学計算であるLC-BOP-LRD法と非常に良い一致を示した。以上より、DFTB-3rd-DとCrazyLegoの組み合わせは、従来法では困難であった溶液内計算でも正しく振る舞うことが期待される。
b)本研究員はフラーレンの水素化、水酸基化において最安定な構造異性体を決定するために遺伝的アルゴリズム(GA)の最適化を行った。そこではDFT法とDFTB法を駆使して構造異性体のエネルギーを計算し、DFTB法とDFT法の計算結果が良い一致を示し、さらにこれらの方法で求めたGAにおけるパラメータも非常に似通っていることを明らかにした。フラーレンに適用する前にC_<20>の検討を行った。この系は非常に小さいため、全ての考えられる異性体について計算することが可能である。C_<20>H_nとC_<20>(OH)_nについてエネルギー分割を行うことで、官能基が少ない場合は、異性体の安定性の違いをHuckel法で議論できることが分かった。しかし官能基の数が増えるとπ電子だけで説明できないことも明らかとなった。
c)本研究員はKickアルゴリズム[1]を用いてフェニルアセチレン2量体の計算を行い、相互作用についてCCSD(T)/CBSを用いて解析を行った。
[1]M. A. Addicoat and G. F. Metha, J. Comput. Chem., 30(2009),57
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究員は単量体から多量体の構造を自動生成することができるCrazyLegoと呼ばれるプログラムを作成した。この仕事はイオン液体のモデルであるクラスター計算において必要不可欠であった。さらに遺伝的アルゴリズムを駆使して、フラーレンの官能基化に着手している。この手法は世界的に見ても非常にユニークであり、官能基化されたフラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブの異性体の最安定構造を得ることができる。これらの成果は当初の計画以上である。
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| Strategy for Future Research Activity |
a)我々はイオン液体に関するクラスター([dmim^+][NO^-_3]、[emim^+][NO^-_3]、[bmim^+][NO^-_3])について分子動力学シミュレーションを行う予定である。得られた莫大な数の構造に対して、CrazyLegoで得た最適化構造と比較して解析を行う。また同様の計算をFe(111)面を周期境界条件の下で行う。得られた結果は名古屋大学大内准教授により得られた実験結果と比較する。
b)遺伝的アルゴリズムをC_<60>H_x、C_<60>OH_x(x=2～58)に適用する。
c)DFTB-Kickプログラムを用いて、フェニルアセチレン3量体、多量体について検討を行う。相互作用エネルギーについて、幾つかの構造についてより精度の高いLC-BOP+LRDを用いて算出する。
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