Theoretical study of the correlation between chemical reaction and intramolecular energy transfer through vibronic motions

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05367
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yokogawa Daisuke 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (90624239)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 溶液内量子化学計算 / 基準振動解析 / 自由エネルギー曲面

Outline of Final Research Achievements

Theoretical approach to discuss both of the chemical reaction rate and energy dissipation is strongly required. To design such an approach, we developed methods for (1) accurate potential field made by solvent molecules and (2) energy transfer along the structural fluctuation and solute-solvent interactions. In the case of (1), we derived analytical gradient of free energies in solution based on second-order Moller-Plesset perturbation theory. In the case of (2), we developed an analytical second derivatives of the free energy in solution. By employing developed methods, we studied chemical systems in solution, such as non-radiative decay process through intersystem crossing, tautomerization reaction of poly-iodide anions in solution, and so on.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では溶液内での高精度エネルギー計算、揺らぎを含めた自由エネルギー曲面の計算を行うための理論開発、ならびにそこから求めることができる振動モードを利用したエネルギー移動を議論するための手法の開発を行った。これらの手法は溶液内でのエネルギー移動を議論する上で重要であるだけでなく、様々な溶液内化学現象を議論する上での基礎になるはずである。また、今回開発した手法はアイオワ州立大学で開発が進められているGAMESSプログラム上で実行しており、将来的には公開することも視野に入れている。