2021 Fiscal Year Annual Research Report
星間分子雲における重水素体濃縮機構解明のための新しい量子化学計算手法の開発
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21J00806
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
桑畑 和明 横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科, 特別研究員(PD)
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2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 量子化学 / 量子効果 / 経路積分 / 星間分子雲 / 水素結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、星間分子雲における分子生成において発現する特異的な同位体効果を解明するために、経路積分分子動力学法とONIOM法を組み合わせることで低温氷表面における化学反応の同位体効果を解明することを目標としている。
2021年度は準備計算として有機物生成に重要なアンモニウムイオンと水分子の相互作用に関する量子効果を調べた。その結果、水素原子を重水素に変えると相互作用が強くなるが、原子核をさらに重くしていくと相互作用がよわくなることがわかった。NH原子間の伸縮における量子効果はアンモニウムイオンと水分子の相互作用を強める働きがあるのに対し、HNO変角振動における量子効果は相互作用を弱めるという2種類の競合する量子効果があり、この微妙なバランスにより相互作用の強さが決定されることを明らかにした。これらは星間空間において観測される同位体効果を解明する手掛かりになると考えられる。
本年度はまた共同研究により過酸化水素における分子内回転に対する量子効果も調べた。その結果、低温では量子効果により回転運動が促進されるが、高温になると回転が抑制されることがわかった。この原因は低温においては分子内回転方向における量子効果が優位に働いているが、高温になるとOH伸縮方向の量子効果が顕在化し、このOH伸縮方向のゼロ点振動が回転を抑制することを明らかにした。
これらの成果を第一著者としてまとめた2報を含めて計3報の査読付き国際誌に報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要でも述べたようにアンモニウムイオンや水分子、過酸化水素水などにおける量子効果においてゼロ点振動の方向により異なる働きがあり、これらのバランスにより同位体効果が原子核質量に対して一様には変化しないことを明らかにした。このように小さい分子における量子効果に対する理解を深めることができた。これらの結果は今後、氷表面における化学反応を調べる上で重要な指標となると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は氷表面における化学反応の研究に着手するために、現在利用している経路積分法にONIOM法の組み込みを予定している。2021年度において調べたイオンと水分子の相互作用に対して、水分子を氷表面に拡張したさいにどのように変化するかを調べる。
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Research Products
(5 results)
