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2009 Fiscal Year Annual Research Report

励起状態反応ダイナミックスと光化学への応用

Research Project

Project/Area Number 18066001
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

武次 徹也  Hokkaido University, 大学院・理学研究院, 教授 (90280932)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 野呂 武司  北海道大学, 大学院・理学研究院, 准教授 (50125340)
中山 哲  北海道大学, 大学院・理学研究院, 助教 (10422007)
Keywords第一原理分子動力学法 / 光化学反応 / アゾベンゼン / 無輻射過程 / 異性化反応経路 / RATTLE法 / 非断熱遷移 / 励起寿命
Research Abstract

本課題では、実験研究でターゲットとされる多原子分子の電子励起状態の関与するプロセスに対し、反応機構およびダイナミクスを第一原理に基づき調べることのできる理論手法ならびに汎用的なプログラムを開発することにより、量子化学研究の適用範囲を励起ダイナミクスの領域へと拡張することを目指している。今年度は、アゾベンゼンのS_0→S_1(nπ*)励起後の反応ダイナミクスに対し、CASSCFレベルで状態遷移をあらわに考慮したAIMDシミュレーションを行い、異性化の収率、励起寿命、反応経路、状態遷移機構について詳細な議論を行った。さらにAIMD計算の効率化(コスト軽減)を試みた。AIMDシミュレーションにおいてコストを軽減するには、1点あたりの電子状態計算を軽くすることと、trajectory計算のタイムステップを可能な限大きくするという2つの因子が考えられる。後者を目的に反応にそれほど関与しないと考えられるフェニル基のCH結合長を平衡構造の値に固定し、conventionalなMD計算でよく用いられるRATTLE/SHAKE法をAIMDプログラムに実装して、励起ダイナミクス計算を行りた。初期条件は、cis体およびtrans体の基底状態における平衡構造近傍において300Kの条件下で各基準振動の座標と運動量を生成し、cis体から200本のtrajectoryを240fs、trans体からは100本を3ps走らせた。その結果、nπ*励起においてもアゾベンゼンの光異性化は基本的に中心部分のCNNC二面体角が回転することにより進行することが確認された。ただし、この回転の様式には時計周りと反時計回りの2種類があり、初期条件によりいずれかの経路をとることが新たにわかった。cis体、trans体からの反応の異性化の収率はそれぞれ0.45,0.28となり実験値と非常に良い一致を示した。

  • Research Products

    (29 results)

All 2010 2009

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (25 results)

  • [Journal Article] Efficient sampling for ab initio Monte Carlo simulation of molecular clusters using an interpolated potential energy surface2009

    • Author(s)
      Akira Nakayama
    • Journal Title

      J.Chem.Phys. 130

      Pages: 024107

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ab initio QM/MM excited-state molecular dynamics study of coumarin 151 in water solution2009

    • Author(s)
      Daisuke Kina
    • Journal Title

      International J.Quantum Chem. 109

      Pages: 2308-2318

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ab initio molecular dynamics simulation with internal constraint on photoisomerization of azobenzene in n-pi* state2009

    • Author(s)
      Yusuke Ootani
    • Journal Title

      J.Chem.Phys. 131

      Pages: 194306

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Speed-up of ab initio hybrid Monte Carlo and ab initio path integral hybrid Monte Carlo simulations using an auxiliary potential energy surface2009

    • Author(s)
      Akira Nakayama
    • Journal Title

      Chem.Lett. 38

      Pages: 976-977

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 量子化学計算が明かす核酸塩基の光物理2010

    • Author(s)
      山崎祥平
    • Organizer
      第8回HSSワークショップ
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2010-03-11
  • [Presentation] Ab initio molecular dynamics approach to excited-state reactions2010

    • Author(s)
      武次徹也
    • Organizer
      岡崎コンファレンス"New Frontier in Quantum Chemical Dynamics"
    • Place of Presentation
      岡崎
    • Year and Date
      2010-02-21
  • [Presentation] Ab initio 計算に基づく振動分光学と反応ダイナミクス2010

    • Author(s)
      武次徹也
    • Organizer
      近畿化学協会コンピュータ化学部会公開セミナー第77回例会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2010-01-20
  • [Presentation] Ab initio excited-state dynamics study2010

    • Author(s)
      武次徹也
    • Organizer
      International Symposium on "Molecular Theory for Real Systems"
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2010-01-07
  • [Presentation] Theoretical Study for the H2 Storage in the POSS Compounds2010

    • Author(s)
      工藤貴子
    • Organizer
      International Symposium on "Molecular Theory for Real Systems"
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2010-01-07
  • [Presentation] Multi-state CASPT2 study of the deactivation mechanisms of uracil and 5-fluorouracil2010

    • Author(s)
      S.Yamazaki
    • Organizer
      International Symposium on "Molecular Theory for Real Systems"
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-01-07
  • [Presentation] Ab initio Molecular Dynamics Simulations of Dissociative Recombination Reactions2009

    • Author(s)
      T.Taketsugu
    • Organizer
      The fourth Asian Pacific Conference of Theoretical & Computational Chemistry
    • Place of Presentation
      Port Dickson, Malaysia
    • Year and Date
      20091221-20091223
  • [Presentation] Theoretical Study on Catalytic Activity of Gold Clusters2009

    • Author(s)
      武次徹也
    • Organizer
      The 5th Nanjing University-Hokkaido University Joint Symposium
    • Place of Presentation
      南京, 中国
    • Year and Date
      2009-11-08
  • [Presentation] Ab Initio Molecular Dynamics Study of Ultrafast Decay Mechanism of Cytosine2009

    • Author(s)
      Y.Harabushi
    • Organizer
      The 5th Nanjing University-Hokkaido University Joint Symposium
    • Place of Presentation
      南京, 中国
    • Year and Date
      2009-11-08
  • [Presentation] Ab initio 分子動力学法とポテンシャル曲面生成2009

    • Author(s)
      武次徹也
    • Organizer
      化学反応経路探索のニューフロンティア
    • Place of Presentation
      豊田
    • Year and Date
      2009-09-25
  • [Presentation] かご状シロキサンの分子内水素分子生成反応に関するAIMD計算による研究2009

    • Author(s)
      工藤貴子
    • Organizer
      第3回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-09-21
  • [Presentation] ab initio 分子動力学法を用いた cytosine の光励起ダイナミクス2009

    • Author(s)
      原渕祐
    • Organizer
      第3回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-09-21
  • [Presentation] Ab initio 拘束分子動力学法によるアゾベンゼンの光異性化機構の解明2:S2(ππ*)状態2009

    • Author(s)
      佐藤公則
    • Organizer
      第3回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-09-21
  • [Presentation] Ab initio 拘束分子動力学法によるアゾベンゼンの光異性化機構の解明1:S1(nπ*)状態2009

    • Author(s)
      大谷優介
    • Organizer
      第3回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-09-21
  • [Presentation] 解離性再結合反応H+(H2O)2+e-に関する理論的研究2009

    • Author(s)
      森井健人
    • Organizer
      第3回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-09-21
  • [Presentation] Ab initio Molecular Dynamics Approach to Excited-State Reactions2009

    • Author(s)
      武次徹也
    • Organizer
      Long Island Univeristy Seminar 2009
    • Place of Presentation
      ニューヨーク, 米国
    • Year and Date
      2009-09-15
  • [Presentation] 励起状態反応ダイナミクスヘの理論的アプローチ2009

    • Author(s)
      武次徹也
    • Organizer
      九州大学理学部化学教室平成21年度第1回談話会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2009-07-07
  • [Presentation] Ab initio QM/MM excited-state molecular dynamics study of coumarin 151 in water solution2009

    • Author(s)
      武次徹也
    • Organizer
      13th International Congress of Quantum Chemistry
    • Place of Presentation
      ヘルシンキ, フィンランド
    • Year and Date
      2009-06-22
  • [Presentation] Ab initio molecular dynamics simulation with internal constraint on photoisomerization of azobenzene in n-pi* state2009

    • Author(s)
      大谷優介
    • Organizer
      13th International Congress of Quantum Ckemistry
    • Place of Presentation
      ヘルシンキ, フィンランド
    • Year and Date
      2009-06-22
  • [Presentation] Ab initio molecular dynamics study of H2 formation inside of Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes2009

    • Author(s)
      工藤貴子
    • Organizer
      13th International Congress of Quantum Chemistry
    • Place of Presentation
      ヘルシンキ, フィンランド
    • Year and Date
      2009-06-22
  • [Presentation] Ab initio molecular dynamics study on the photodissociation of CH3I2009

    • Author(s)
      M.Kamiga
    • Organizer
      13th International congress of Quantum chemistry
    • Place of Presentation
      ヘルシンキ, フィンランド
    • Year and Date
      2009-06-22
  • [Presentation] Efficient sampling for ab initio Monte Carlo simulation of moleculaz clusters using an interpolated potential energy surface2009

    • Author(s)
      A.Nakayama
    • Organizer
      13th International Congress of Ouantum Chemistry
    • Place of Presentation
      ヘルシンキ, フィンランド
    • Year and Date
      2009-06-22
  • [Presentation] Ab initio molecular dynamics study of the H2 formation inside of POSS compounds2009

    • Author(s)
      工藤貴子
    • Organizer
      特定領域研究実在系の分子理論公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-05-30
  • [Presentation] QM/MM-AIMD法によるクマリン151励起状態緩和過程の理論的研究2009

    • Author(s)
      武次徹也
    • Organizer
      第12回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-05-28
  • [Presentation] cytosine の光励起ダイナミクスに関する理論的研究2009

    • Author(s)
      原渕祐
    • Organizer
      第12回理論化学討論会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-05-28

URL: 

Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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