軌道エネルギーにもとづく化学反応解析理論

• 研究課題/領域番号: 24350005
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 常田 貴夫 山梨大学, 総合研究部, 教授 (20312994)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2015年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2013年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2012年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 反応の軌道エネルギー論 / 高精度励起エネルギー計算理論 / 反応経路解析 / 反応軌道エネルギー論 / 超高精度時間依存密度汎関数法 / エキシトン結合エネルギー / 燃料電池電解質膜プロトン伝導 / 燃料電池電極触媒酸素還元反応 / 反応解析理論の構築 / 1次元系のバンドギャップ計算 / フロンティア軌道論の拡張 / 2電子励起配置効果の導入 / 固体バンド計算 / 軌道エネルギー / 長距離補正密度汎関数法 / 化学反応解析 / グラフェン / ポリエン / 電子移動反応 / バンドギャップ / 内殻軌道エネルギー / 領域的自己相互作用補正 / 内殻励起・内殻IP

研究成果の概要

フロンティア軌道論など分子軌道図による化学反応解析理論は反応設計の指針となってきたが、反応経路の評価に必要な精度を持たない。本研究では、史上初の高精度な分子軌道エネルギーをもとに反応軌道論を拡張し、反応経路解析のための反応軌道エネルギー論を開発した。その結果、多くの標準的な反応の最安定経路が電子移動を先駆とし、そうでない場合は別経路を選択する可能性が高いことを立証した。また、価電子・内殻・Rydbergすべての軌道の軌道エネルギーを同時に高精度再現する理論やナノ触媒反応計算へ適用できる世界最高精度レベルの励起エネルギー（バンドギャップ）計算理論の開発にも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Relationship between orbital energy gaps and excitation energies for long-chain systems (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda, R. K. Singh and A. Nakata
  • 雑誌名: Journal of Computational Chemistry 巻: 37 号: 16 ページ: 1451-1462
  • DOI: 10.1002/jcc.24357
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chemical reaction analyses based on orbitals and orbital energies (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 雑誌名: International Journal of Quantum Chemistry 巻: 115 号: 5 ページ: 270-282
  • DOI: 10.1002/qua.24805
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electron-nucleus correlation functional for multi-component density functional theory (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Udagawa, T. Tsuneda, and M. Tachikawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 巻: 89 号: 5
  • DOI: 10.1103/physreva.89.052519
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical Investigation of Local Proton Conductance in Proton Exchange Membranes for Fuel Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: R. K. Singh, T. Tsuneda, K. Miyatake, and M. Watanabe
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 巻: 608 ページ: 11-16
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2014.05.076
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reactivity index based on orbital energies (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda and R. K. Singh
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 巻: 35 号: 14 ページ: 1093-1100
  • DOI: 10.1002/jcc.23599
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-interaction correction in density functional theory (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Tsuneda, K.Hirao
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 140 号: 18
  • DOI: 10.1063/1.4866996
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-range correction for density functional theory (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda, K. Hirao
  • 雑誌名: Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science 巻: - 号: 4 ページ: 375-390
  • DOI: 10.1002/wcms.1178
  • 査読あり
• [雑誌論文] 相対論的密度汎関数法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 雑誌名: Journal of Computer Chemistry, Japan 巻: 13 号: 1 ページ: 71-82
  • DOI: 10.2477/jccj.2013-0013
  • NAID: 130003391633
  • ISSN: 1347-1767, 1347-3824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stochastic Search of Molecular Cluster Interaction Energy Surfaces with Coupled Cluster Quality Prediction. The Phenylacetylene Dimer (2013)
  • 著者名/発表者名: M. A. Addicoat, Y. Nishimura, T. Sato, T. Tsuneda, S. Irle
  • 雑誌名: J. Chem. Theory Comput. 巻: 9 号: 8 ページ: 3848-3854
  • DOI: 10.1021/ct4003515
  • 査読あり
• [雑誌論文] Density functional theory for comprehensive orbital energy calculations (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Nakata and T. Tsuneda
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 139 号: 6 ページ: 64102-64102
  • DOI: 10.1063/1.4817404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction energetics on long-range corrected density functional theory: Diels-Alder reactions (2013)
  • 著者名/発表者名: R. K. Singh
  • 雑誌名: Journal of Computational Chemistry 巻: 34 号: 5 ページ: 379-386
  • DOI: 10.1002/jcc.23145
  • 査読あり
• [雑誌論文] π-Stacking on Density Functional Ffheory : A review (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda and T. Taketsugu
  • 雑誌名: π-Stacked Polymers and Molecules(Springer, Ed. T. Nakano) 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [学会発表] 拡張系励起の長距離交換と2電子励起の効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 量子化学の最近の進展 -大規模・複雑系の量子化学シミュレーション-
  • 発表場所: 理化学研究所計算科学研究機構（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2016-03-23
  • 招待講演
• [学会発表] 拡張系のエキシトン結合エネルギー (2016)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 研究会 凝縮系の理論化学
  • 発表場所: 琉球大学（沖縄県）
  • 年月日: 2016-03-10
  • 招待講演
• [学会発表] Reaction analyses based on orbital energies (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: The Seventh Asia-Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry (APCTCC 7)
  • 発表場所: Ambassador Hotel, Kaohsiung, Taiwan
  • 年月日: 2016-01-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 化学反応の軌道・軌道エネルギー論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 第5回量子化学スクール
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県）
  • 年月日: 2015-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] Reconsideration of chemical reactivity indices (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: The 6th Japan-Czech-Slovak International Symposium on Theoretical Chemistry (JCS-2015)
  • 発表場所: Congress Center of the Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Slovakia
  • 年月日: 2015-10-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 燃料電池の理論研究：電解質膜を中心に (2015)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 素戦略プロジェクト 触媒・電池元素戦略研究拠点第7回公開シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学桂キャンパス（京都府）
  • 年月日: 2015-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] Theoretical Investigations on Band Gaps of Extended Systems (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: The 36th Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2015)
  • 発表場所: TOP Hotel Prague, Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2015-06-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] On the difference between band gaps and orbital energy gaps (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: A cluster of topical meeting on Current Trends in Condensed Matter Physics (CTCMP) 2015
  • 発表場所: National Institute of Science Education and Research (NISER), Bhubaneswar (India)
  • 年月日: 2015-02-19 – 2015-02-22
  • 招待講演
• [学会発表] Relationship between excitation energies and orbital energy gaps for large systems (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: The 9th International Conference on Computational Physics (ICCP9)
  • 発表場所: the National University of Singapore (Singapore)
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-11
  • 招待講演
• [学会発表] Orbital energy gaps vs excitation energies for extended systems (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: 10th Triennial Congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC 2014)
  • 発表場所: Casa Piedra Santiago, Santiago (Chile)
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] 拡張系の軌道エネルギー差と励起エネルギーの関係性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 第8回分子科学討論会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス（広島県東広島市）
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [学会発表] Looking Toward Quantum Chemistry on the Exascale (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: US-Japan Workshop on Exascale Applications, Gatlinburg
  • 発表場所: Park Vista Hotel, Gatlinburg, Tennessee (USA)
  • 年月日: 2014-09-05 – 2014-09-06
  • 招待講演
• [学会発表] Present and Future Status of Quantum Chemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: 3rd Frontier Chemistry Center (FCC) International Symposium
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-06-13 – 2014-06-14
  • 招待講演
• [学会発表] 理論化学の現在と未来 (2014)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 第42回北大理論化学セミナー
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-06-12
  • 招待講演
• [学会発表] Reactivity index based on orbital energies (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: 第30回化学反応討論会
  • 発表場所: イーグレ姫路（兵庫県姫路市）
  • 年月日: 2014-06-04 – 2014-06-06
• [学会発表] DFTによる分散力結合計算での長距離補正の必要性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学(広島県)(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 軌道エネルギーに関する最新の研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: スーパーコンピュータワークショップ2013
  • 発表場所: 自然科学研究機構分子科学研究所計算科学研究センター(愛知県)(招待講演)
  • 年月日: 2013-01-22
• [学会発表] 軌道エネルギー研究の歴史と最近の進展 (2013)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 第25回量子化学セミナー
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都)(招待講演)
  • 年月日: 2013-01-17
• [学会発表] Density functional theory for comprehensive orbital energy calculations (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: 2013 International Workshop on Computational Science and Engineering
  • 発表場所: 国立台湾大学（台湾台北市）
  • 招待講演
• [学会発表] DFT交換相関汎関数とその補正 (2013)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 次世代計算化学技術セミナー
  • 発表場所: 新化学技術推進協会(JACI)（東京都千代田区）
  • 招待講演
• [学会発表] 軌道エネルギーにもとづく化学反応の新しい解析法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 日本分析化学会第62年会
  • 発表場所: 近畿大学東大阪キャンパス（大阪府東大阪市）
  • 招待講演
• [学会発表] 長距離補正密度汎関数法が導く新しい量子化学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 第18回高分子計算機科学研究会講座
  • 発表場所: 東京工業大学蔵前会館ロイアルブルーホール（東京都目黒区）
  • 招待講演
• [学会発表] A reactivity index based on orbital energies (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 学会等名: 8th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VIII会議)
  • 発表場所: ブダペストコングレスセンター（ブダペスト（ハンガリー））
• [学会発表] 軌道エネルギーにもとづく化学反応経路解析法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 第7回分子科学討論会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都府京都市）
• [学会発表] 内殻・価電子軌道エネルギーを定量的に与える理論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 第16回理論化学討論会
  • 発表場所: 福岡市健康づくりサポートセンター（あいれふ）（福岡県福岡市）
• [学会発表] 化学のための密度汎関数理論 (2012)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 学会等名: 第52回分子科学若手の会夏の学校
  • 発表場所: 東京大学(東京都)(招待講演)
• [図書] Density Functional Theory in Quantum Chemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuneda
  • 総ページ数: 300
  • 出版者: Springer
• [図書] 錯体化学会選書⑩「金属錯体の量子・計算化学」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫ほか著、山口・榊・増田編
  • 出版者: 三共出版
• [図書] 密度汎関数法の基礎 (2012)
  • 著者名/発表者名: 常田貴夫
  • 総ページ数: 236
  • 出版者: 講談社
• [備考] 山梨大学研究者総覧ー常田貴夫
  • URL: http://erdb.yamanashi.ac.jp/rdb/A_DispInfo.Scholar/0/0EB60D0AE958A3E2.html
• [備考] 常田研究室（理論化学）
  • URL: http://rare-events.org/tsuneda/
• [備考] 山梨大学燃料電池ナノ材料研究センター 研究紹介 研究成果
  • URL: http://fc-nano.yamanashi.ac.jp/kenkyu/seika/seika.html
• [備考] 山梨大学研究者総覧
  • URL: http://erdb.yamanashi.ac.jp/rdb/A_Index.Main
• [備考] 常田研（理論化学、密度汎関数法）
  • URL: http://rare-events.org/tsuneda/
• [備考] 山梨大学燃料電池ナノ材料研究センター 研究紹介 研究成果
  • URL: http://fc-nano.yamanashi.ac.jp/kenkyu/seika/seika.html
• [備考] 山梨大学研究者総覧
  • URL: http://erdb.yamanashi.ac.jp/rdb/A_DispDetail.Scholar
• [備考] 山梨大学燃料電池ナノ材料研究センター 研究紹介 研究成果
  • URL: http://fc-nano.yamanashi.ac.jp/kenkyu/seika.html
• [備考] 山梨大学研究者総論
  • URL: http://erdb.yamanashi.ac.jp/rdb/A_DispDetail.Scholar