Analyzing of nonlinear vibrational spectroscopy from classical molecular dynamics simulation with intermolecular charge transfer effects

• Project/Area Number: 17J03111
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 伊藤 広伸 静岡大学, 工学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 水 / 分極 / 電荷移動 / 振動数シフト / 振動シュタルク効果 / ラマン / 赤外 / 水素結合 / OH伸縮振動

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、液体、溶液、生体系分子に対する振動分光スペクトル計算及びその解析を行い、分子内及び分子間電荷移動効果を動力学起源から明らかにすることが目的である。２０１８年度までの研究で、我々は水素結合形成した水分子の静電分極による電子密度変化に立脚した分極モデルの開発を行った。水素結合形成した水のOH伸縮振動モードは、周囲の水分子から発生する電場の効果によって振動数シフトが生じることが知られているが、２０１９年度の研究では、２０１８年度までに開発した電子密度変化に立脚した分極モデルを活用し、水クラスター系を対象に、水素結合形成した水のOH伸縮振動モードの振動数シフトのメカニズムを、電子密度をベースにした分極モデルに基づいて解析を行った。本研究において、振動シュタルク効果による振動数シフトの影響を周囲の分子との静電相互作用により生ずる振動数シフトの影響と分子間電荷フラックスによって生ずる振動数シフトの影響に分離した結果、水素結合形成した水分子のOH伸縮振動の振動数シフトは分子間電荷フラックス効果に大きく寄与しているということが分かった。また、水５０量体において、２つのドナー水分子と２つのアクセプター水分子との水素結合構造を持った水分子がOH伸縮振動を行った際の電子密度変化を計算した所、OH伸縮振動している水分子とその結合先の水分子との間において電子密度変化が見られ、それ以外の周りの水分子においては電子密度変化がほとんど見られないことが分かった。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] 水素結合形成した水のOH伸縮振動モードに対する外部電場効果のメカニズムにおける電子密度変化の役割に関わる理論的解析 (2019)
  • Author(s): 伊藤広伸、鳥居肇
  • Organizer: 第２２回理論化学討論会札幌
• [Presentation] 水素結合形成した水のOH伸縮振動モードの振動シュタルク効果に関する分極モデルに基づいた理論的解析 (2019)
  • Author(s): 伊藤広伸、鳥居肇
  • Organizer: 第１３回分子科学討論会名古屋
• [Presentation] 水素結合形成した水分子の静電分極による電子密度変化の解析と分極モデルの開発 (2018)
  • Author(s): 伊藤広伸、鳥居肇
  • Organizer: 第２１回理論化学討論会
• [Presentation] 水素結合形成した水のラマンスペクトル強度生成メカニズムの電子密度変化に関わる理論的解析 (2018)
  • Author(s): 伊藤広伸、鳥居肇
  • Organizer: 第１２回分子科学討論会福岡
• [Presentation] A model for electrostatic polarization of hydrogen-bonded water based on electron density variations (2018)
  • Author(s): Hironobu Ito, Hajime Torii
  • Organizer: EMLG/JMLG２０１８
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 水素結合形成した水の分極効果の理論的解析 (2017)
  • Author(s): 伊藤広伸、鳥居肇
  • Organizer: 第１１回分子科学討論会仙台
• [Presentation] 水素結合形成した水の分極効果に関わる電子密度変化の理論的解析 (2017)
  • Author(s): 伊藤広伸、鳥居肇
  • Organizer: 第４０回溶液化学シンポジウム