2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of multicomponent quantum mechanics methods and its applications
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16K17851
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
宇田川 太郎 岐阜大学, 工学部, 助教 (70509356)
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2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 同位体効果 / 量子化学 / 量子揺らぎ / 水素移動反応 / 多成分系分子理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではプロトンのような軽い原子核自身の量子揺らぎを直接取り込んだ多成分系計算手法(MC_QM法)を発展させ、1. 原子核の量子揺らぎを含めた理論計算手法による化学反応解析手法の確立、および2. 原子核の量子揺らぎを含めた巨大系を効率よく計算するための手法の確立を目指す。研究遂行のために必要な課題は、(1A)効率的な計算手法の確立、(1B)基底状態プロトン移動反応に対するH/D同位体効果の解析、(2A)巨大系のための理論計算手法の開発、(2B)包接水和物に対するH/D同位体効果の解析、の4点である。
前年度までに研究項目(1A)を終え、(1B)についても申請時の計画については終えている。H29年度は、(1B)の追加検討および、残りの項目(2A), (2B)を実施した。まず、(1B)の追加検討として、7-ヒドロキシキノリン(7-HQ)のアルコール(ROH)分子を介した水素移動反応について解析し、3分子目のROH分子の存在により、水素移動反応のプロファイルが大きく変化することを明らかとした。また、プロトンの量子揺らぎによる構造緩和を考慮することで、反応の活性化エネルギーが減少することが示唆された。
項目(2A)では多数の分子を含んだ大きな系を、複数の小さな部分系に分割して効率的に計算する手法(IMiCMO法)をMC_QM法に拡張したIMiCMC_QM法を開発し、プロトンの量子揺らぎを含めた大きな系の計算を実現した。項目(2B)では包接水和物に対するH/D同位体効果についてMC_QM法を用いて解析し、包接分子とカゴ状水クラスターとの相互作用が、軽水よりも重水でやや弱くなることを示唆する結果を得た。
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