| 研究課題/領域番号 |
21K04806
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28010:ナノ構造化学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
岸本 直樹 東北大学, 理学研究科, 准教授 (60302080)
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| 研究分担者 |
三宅 亮介 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 講師 (30509542)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 量子化学計算 / 反応経路探索 / 分子反応シミュレーション / 分子動力学計算 / 超分子錯体 / 架橋ネットワーク構造 / 熱硬化性樹脂 / 反応経路自動探索 / 超分子ナノ構造体 / ネットワーク構造 / 二水素錯体 / 生成初期過程 / 分子動力学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
分子は集合して秩序構造を形成することでエントロピーを失うが、エントロピーロスを上回るエンタルピーの安定化を分子間力によって得てGibbs自由エネルギーの低下が起きているはずである。したがって分子集合系のポテンシャルエネルギー曲面を解析してエンタルピーの低い安定な構造を調査することで、超分子の最安定構造と異性体を決定することができる。超分子の形成過程で分子の自己集合が起こる理由は、「弱い結合力」が「多点」で起こることで繰り返し異性化を起こすためと考えられる。本研究では、弱い結合力を計算する第一原理計算を用いて量子力学が支配するナノレベルの構造体の形成メカニズムを明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
量子化学計算と分子動力学計算を組み合わせて、有機分子の化学反応における自己触媒効果を入れた分子反応シミュレーション法と、可逆反応過程を入れた多段階分子反応シミュレーション法の２つを開発して、柔軟な分子のビルドアップ機構の解明を図った。
また、溶液中で金属イオン原子と柔軟なペプチド分子の自己組織化によって巨大環状金属錯体が生成する過程で中心金属イオンが六座配位を形成するのに果たす役割や、反応初期のペプチド分子のコンフォメーション変化、カウンターアニオンを含んだ構造変形などについて、反応経路自動探索法を用いた量子化学計算によって検討し、巨大金属錯体のビルドアップ機構を研究した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年、軽くて強い炭素繊維強化プラスチックが航空機の機体などに用いられ、省エネルギーが図られているが、本研究では炭素繊維を固定する母材となる樹脂の生成過程のエネルギー関係を量子化学計算で明らかにし、得られたエネルギーを独自の分子反応シミュレーションに組み込むことで巨大な架橋ネットワーク構造を作成することが出来た。これによって樹脂の力学特性を実験と遜色ない精度でシミュレートすることが可能となり、開発コストの削減が可能になると考えられる。さらに、自己組織化過程によって生成する巨大金属錯体の反応過程についても量子化学計算で重要な知見を得ることが出来た。
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