2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of accurate quantumchemical computation method for condensed-phase therodynamic properies
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15K13629
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
中井 浩巳 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00243056)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 敦之 早稲田大学, 理工学術院, 次席研究員(研究院講師) (80613893) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子化学計算 / 熱力学量 / 溶媒効果 / Henry定数 / CO2化学吸収法 / 遷移金属錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、凝縮相の熱力学計算に対する高精度量子化学計算法の確立を目指して、我々が開発した新しい理論モデルである調和溶媒和モデル(HSM)の実践的応用を行った。その他、本目的に必要な理論的検討を行った。
①剛体近似型調和溶媒和モデル(RB-HSM)の開発：従来のHSM法では、数値微分によるヘシアン計算を行っていた。そのため、溶質の原子数が多くなると計算負荷が大きくなり、適用が困難であった。そこで、エントロピー項のリーディング項である並進と回転のみをHSMを用いて取り扱うために、剛体近似を導入した。
②量子化学計算による気液平衡の理論的検討：Henry定数などの気体分子の溶解度は、基礎的な物理化学のみならず環境科学など種々の応用分野においても重要なパラメータである。本研究では、25種類の気体分子に対してHSMを用いて溶解自由エネルギーを理論的に見積った。特に従来法では困難な溶解エントロピーの記述が改善され、溶解度の温度依存性を定量的に取扱えることが示された。
③CO2化学吸収法における反応自由エネルギーの理論的検討：アミン溶液を用いたCO2化学吸収法は、地球温暖化の解決手段として注目されている。実用的な観点から、吸収塔における速い吸収と再生塔における低い再生エネルギーがアミン溶液に求められている。本研究では、特に、13種類のアミン溶液に対してCO2吸収反応の反応自由エネルギーを理論的に検討した。特に、あらわな水溶媒を第1溶媒和圏、第2溶媒和圏と含めることにより、一定値に収束することが見出された。
④遷移金属錯体の生成エンタルピーの理論的検討：本研究では、23種類の遷移金属錯体に対して生成エンタルピーを理論的に検討した。その結果、電子相関効果の十分な取り込みに加えて相対論効果の考慮が不可欠であることが示された。
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