2015 Fiscal Year Research-status Report
新規理論手法によるミクロ相分離イオン液体の溶媒和効果の定量的解析
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15K17809
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中農 浩史 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20711790)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | イオン液体 / ソルバトクロミズム / QM/MM / 分子動力学法 / 電子移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は、量子化学計算と分子動力学計算法を組み合わせた新規理論手法を開発し、極性ドメインと非極性ドメインに分離するイオン液体中で起こる化学反応や光吸収に対する溶媒効果を、原子レベルで定量的に調べることを目的としている。QM/MM-MD法はそのために用いられる代表的な理論手法であるが、実験に対応した意味のある結果を得るためには、信頼性の高い高精度電子状態理論の使用と十分な統計サンプリングの両立が不可欠である。しかし（１）ドメイン分離したイオン液体はその粘性の高さと不均一性のため溶媒配置の十分なサンプリングが非常に難しい。（２）またその強い溶質溶媒間静電相互作用を効率良くかつ安定に評価する必要がある。
本年度は（１）の問題を解決出来るQM/MM法をベースとした励起エネルギー計算法を開発した。この方法は第一原理電子状態理論を用いながらも溶媒配置の十分なサンプリングが可能であり、かつ励起に伴う非平衡溶媒和効果（溶媒の電子分極効果）も効率良く含めることが出来る。この方法を水と有機溶媒中の色素分子の励起エネルギー計算に適用し、実験値と非常に良く一致する結果を得た。方法の有効性が確認出来たので、次年度以降、（２）の問題を解決する別の方法と組み合わせイオン液体に適用する。
また色素分子を溶かしたアルキル鎖長の異なる複数のアルキルイミダゾリウムイオン液体に対し分子動力学計算を行い、アルキル鎖長とドメイン分離の関係、また色素分子周りの溶媒構造を調べた。
さらに上記の吸収スペクトルを計算する方法とは別に、凝縮相中の電子移動を扱うことの出来る方法も開発し、イオン液体を含む溶液中の電子移動に適用した。
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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
研究計画では励起エネルギー計算手法の開発は平成28年度に予定していたが、早期に目処が立ったため先に開発を済ませた。28年度は27年度に予定していた、溶質溶媒間の強い静電相互作用を効率よくかつ安定に扱うことの出来る方法の開発を行う。この開発は既に一部進んでおり、研究計画全体の進捗状況に遅れはない。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究実施計画にある方法の開発を28年度中に完成し、現時点では安定に扱えていないイオン液体を対象とした計算を可能にし、そのソルバトクロミズムの定量的解析を行う。27年度中に行った様々なアルキル鎖長を持つイミダゾリウム系イオン液体に対する計算で得られた経験と知見を活かし、効率良く確実に研究を進める。
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| Causes of Carryover |
旅費の清算により3,640円の戻入があったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度予算は予定通りに使用し、生じた次年度使用額は物品購入費と旅費の一部とする。
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