2015 Fiscal Year Research-status Report
ハイブリッドQM/QM法を用いた金属クラスターによる触媒反応に関する理論的研究
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26810007
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
大西 裕也 神戸大学, その他の研究科, 助教 (10646178)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電子状態計算 / 計算化学 / 量子化学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は、前年度に検討した金属クラスターの量子化学計算を行う上で、正しい結果をもたらす計算手法を用いてより広範な金属クラスターの計算を行った。金属クラスターとしては、二種の金属からなる二量体をとりあげ、周期表の金属に関して網羅的な密度汎関数計算を行い、実験値が存在するものについて結合長やスピン状態を正しく導けるかどうかの比較を行った。その結果、実験で見出されるAgCu分子のような電子状態が比較的簡単な分子に対しては、密度汎関数法は有効ではあるものの、鉄やコバルトのような開殻のd電子を含んだものは、初期電子配置を注意深く選び、なおかつ最終結果に対しても解の安定性を再検討する必要があるなど、二種の金属クラスター程度の系に対しても、密度汎関数法では非常な注意を要することを確認した。この結果は、金属クラスターの計算においては、HF参照解が真の解ではなく結合クラスター法を用いてもブラックボックス的に最も安定な解を得ることができないことを意味しており、活性軌道空間を手動で選択する計算手法などが必要なことを示唆している。一方で、触媒反応のように分子の対称性が低く構造変化が起こる系では、活性軌道空間を一貫して選択することは不可能であるため、電子状態が複雑な金属を含んだ系に対しては、ブラックボックス的に安定なSCF解を得る計算手法の開発が必要であるものと考えられる。従って、今後はpost HF法の開発よりも、結合クラスターのための参照解としてふさわしいものの開発に従事する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
・交付申請書に記載した当初の予定と比べると、上述した通り想定していた計算手法の適用範囲がそれほど大きくないことがわかったため、手法の開発という点で若干の遅れがある。
・申請書ではHybrid QM/QM法で多くの金属クラスターが計算できるものと想定していたが、post HF法のための参照解が従来の手法では信頼出来ないことがわかったため、参照解を得る手法を開発しなければならないという点に計画の変更が必要となった。
・ポスト京コンピュータ用プログラムの準備という面では、大規模配列を取り扱うためのライブラリの開発は完了しており、この点は計画通りであった。
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| Strategy for Future Research Activity |
結合クラスターのための参照解が信頼出来ない理由は、もっとも安定なSCF解かどうか判断できないという点にある。このような場合は、スピン対称性を壊したbroken symmetry解を得るために解の安定性を検証するのが通常であるが、この手続も必ずしも一意な値を与えるわけではないことが知られている。また、HF法でエネルギーが最も低いエネルギーを与えるものが、電子相関を加えた後でも最も低いエネルギーを与えるとは限らない。そこで、今後は遺伝アルゴリズムなどを用いて複数の参照解を用意し、複数のpost HF法を適用したあとでエネルギーの評価を行う方針に変更する。具体的には、一度計算結果が得られた分子軌道を機械的に入れ替えることでこれは実現できるため、実装の面でそれほど大きな労力を要するわけではない。これをすでに開発している結合クラスター法と組み合わせることで、より不安定性の小さな計算手法の開発を行う。
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| Causes of Carryover |
研究進捗に若干の遅れがあったため、国際会議への参加を見送ったため、計画と比べて差額が生じることになった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
大半は57th Sanibel Symposiumなどの国際会議での発表のための旅費とする計画である。
少額は書籍や消耗品などの購入に充てる。
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