Theoretical study of reaction path bifurcation mapped on the global reaction route map

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16KT0047
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 特設分野
• Research Field: Transition State Control
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Taketsugu Tetsuya 北海道大学, 理学研究院, 教授 (90280932)
• Research Collaborator: MAEDA Satoshi
• Project Period (FY): 2016-07-19 – 2019-03-31
• Keywords: 反応経路分岐 / 反応経路地図 / 谷-尾根遷移 / 固有反応座標 / ポテンシャル曲面 / 第一原理分子動力学

Outline of Final Research Achievements

The intrinsic reaction coordinate (IRC) is defined as a static reaction path for an elementary reaction. In some case, however, the potential curvature in the direction orthogonal to the reaction path changes from positive to negative, and the reaction path bifurcation occurs. In this project, a global reaction path map is generated for a small gold cluster, as an example, by anharmonic downward distortion following method and IRC calculation, and the condition and frequency at which a reaction path bifurcation occurs are investigated. It is shown that there always exists a transition state in the region close to the valley-ridge transition point. The dynamics effect and branching ratio are further analyzed by AIMD simulations, which leads to a proposal of a dynamical reaction picture.

Free Research Field

理論化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

原子・分子の世界を支配する原理である量子力学を基盤とする量子化学計算は計算機の進展とともに大いに発展し、化学反応の研究では量子化学計算に基づく固有反応座標を用いるのがルーチンとなり、さらに反応経路自動探索法の出現により網羅的にIRCを求める計算が可能となって、化学反応研究が多いに進展した。しかしポテンシャル曲面の情報のみで決められる静的反応経路は、経路分岐や経路の曲がりなどによる動的効果により破たんする可能性がある。本研究では、反応経路自動探索法と第一原理分子動力学計算を駆使することにより、静的反応描像を超えた動的反応描像の構築を目指すものであり、次世代化学反応理論への道を拓くものである。