プロトン共役電子移動の特性解明を実現する電子状態計算法の核座標微分開発

研究課題

研究課題/領域番号	22KJ1517
補助金の研究課題番号	21J20614 (2021-2022)
研究種目	特別研究員奨励費
配分区分	基金 (2023) 補助金 (2021-2022)
応募区分	国内
審査区分	小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関	名古屋大学
研究代表者	飯野翼名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
研究期間 (年度)	2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス	完了 (2023年度)
配分額 *注記	2,200千円 (直接経費: 2,200千円) 2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円) 2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円) 2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード	量子化学 / 計算化学 / 振動波動関数 / プロトン共役電子移動 / 密度行列繰り込み郡 / 多参照理論 / 電子状態理論 / 電子移動 / Marcus理論 / 密度行列繰り込み群 / プロトン移動
研究開始時の研究の概要	継続課題のため、記入しない。
研究実績の概要	光合成などで効率的なエネルギー変換プロセスをもたらすための重要な反応に，プロトン共役電子移動（PCET）反応がある。本研究では，PCETの一種である共役プロトン電子移動（CPET）反応の速度定数計算を実現するために，フェルミの黄金律と多次元調和振動子の波動関数に基づくFull Quantumな速度定数計算手法Vibration Correlation Function (VCF) 法を応用した新規理論開発および実装を行なった。本手法を，CPET反応の解析にこれまで使われてきたSemiclassicalな速度定数計算法Multistate Continuum Theory，および電子移動反応の解析に使われるMarcus-Levich-Jortner Theoryと理論比較し，またCPET反応のモデル分子を用いた数値計算を行うことで，我々の手法と既存手法の利点・欠点をそれぞれ明確にした。この研究に伴い，１）プロトン移動を伴う分子の内部座標構築法，２）Duschinsky回転がもたらすCPET反応の速度定数に対する重大な影響，の２点を見出した。また，我々の手法における欠点を改善する方法に関しては，すでにその方向性を見出しており，今後は研究室にてその手法開発が行われる予定である。さらに，Duschinsky回転を考慮した，VCF法における高温近似の速度定数に対する解析解の新規導出にも成功し，実装を行なった。