2017 Fiscal Year Annual Research Report
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16H04104
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| Research Institution | Okazaki Research Facilities, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
江原 正博 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 計算科学研究センター, 教授 (80260149)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 複雑量子状態 / ナノ・バイオ系 / 強相関電子系 / 電子共鳴状態 / 電子移動励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、複雑な量子状態である強相関電子状態や電子共鳴状態を精密に記述する新しい基礎理論の開発を行い、ナノ・バイオ系、とくに不均一系触媒や光機能分子系の微視的メカニズムを電子状態理論によって解明し、その知見に基づいて、新しいナノ・バイオ系の量子システムの設計・制御することを目的としている。H29年度は、実施計画で挙げた研究課題について下記の研究成果を得た。
(1)合金微粒子の複雑電子状態の理論解析では、銅－金属合金クラスターにおいて、合金の構造と金属のd軌道の占有率に相関があることを理論的に明らかにし、8族・9族の原子（M=Ru, Ph, Os, Ir）ではM原子をコアとするコアシェル構造が安定であり，10族・11族の原子（M=Pd, Ag, Pt, Au）では固溶体構造が安定であることを示した。(2)大規模系強相関理論の開発と応用では、コロイド凝縮相金微粒子におけるヒドロアミノ化反応の反応機構を解明し、アルミナに担持されたAu-Pd合金微粒子によるシリル化反応の理論解析に成功した。(3)大規模系電子共鳴状態の理論開発では、電子共鳴状態理論のアプローチとして、外挿法に基づく安定な結合定数解析接続法の理論開発に成功し、数種類の解析接続の方法についてベンチマーク計算を実施した。また弱い相互作用系の電子共鳴状態について理論解析に成功した。(4)化学反応における極限的圧力効果の研究では、フラーレンとシクロペンタジエンのDiels-Alder反応に独自のPCM XP理論を適用した研究を進展させ、成果発表した。(5)電子移動励起の化学指標の研究では、励起状態プロトン移動反応について、SAC-CI計算を用いてTD-DFT計算の汎関数依存性を評価し、効率的な計算プロトコルを確立した。
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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
本研究課題で当初計画していた複雑な量子状態である強相関電子系や電子共鳴状態の理論開発は順調に進展しており、ナノ・バイオ系、とくに不均一系触媒、電子付加状態、光機能分子系への適用も実施できている。
(1)では、銅―金属合金クラスターの構造について、コアシェル構造、固溶体構造、相分離構造のいずれが安定かという課題について、偏析エネルギーや部分電荷を解析することによって、d軌道の占有率が重要であるという一般的な知見を示すことができた。(2)では、理論開発に先行して、強相関系である金属酸化物に担持された合金クラスターの電子状態を明らかにすることができ、不均一系触媒としては新しいシリル化反応の反応機構を明らかにすることに成功した。(3)では、これまで開発してきた理論とは本質的に異なる安定な解析接続法の開発に成功し、解析接続の方法のベンチマーク計算を実施した。(4)では、独自のPCM XP理論を用いて、これまでにない大きさの反応系における圧力効果を明らかにし、成果発表した。 (5)では、光誘起プロトン移動における化学指標の変化に注目し、信頼性の高く、高速な計算法を確立することができた。これらの研究では、研究計画を立案時以上の研究成果が出ていると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題ををさらに進展させ、理論開発を進展させ、様々な化学事象に適用するとともに、応用研究からフィードバックし、より有用性の高い理論の開発を実施する。また、当初計画した研究課題を推進していく。
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Research Products
(28 results)
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[Journal Article] Core-Shell Versus Other Structures in Binary Cu38-nMn Nanoclusters (M = Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, and Au; n = 1, 2, and 6): Theoretical Insight into Determining Factors2017
Author(s)
N. Takagi, K. Ishimura, M. Matsui, R. Fukuda, M. Ehara, S. Sakaki
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Journal Title
J. Phys. Chem. C
Volume: 121
Pages: 10514-10528
DOI
Peer Reviewed
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