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Quantum Chemical Determination of the Complex Organic Molecules Formation in the Interstellar Medium

公募研究

研究領域次世代アストロケミストリー:素過程理解に基づく学理の再構築
研究課題/領域番号 21H05416
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関北海道大学

研究代表者

Sameera W.M.C.  北海道大学, 低温科学研究所, 外国人客員研究員 (90791278)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードquantum chemistry / radical reactions / organic molecules / interstellar medium / Radicals on ice surfaces / Binding energy / Reaction mechanisms / DFT / QM/MM / MC-AFIR / Radicals / Mechanisms / Quantum Chemistry / Computational Chemistry / Quantum Tunneling
研究開始時の研究の概要

Complex organic molecules (COM) have been detected in the interstellar medium (ISM). However, their origin is unknown. The fundamental building blocks of the COMs may be formed on cosmic icy dust grains in the ISM at low temperatures (e.g., 10 K), where small radical species play a crucial role. However, quantitative mechanistic details of radical adsorption, diffusion, and chemical reactions are not fully established and treated as a “black box” in the astrochemical models. Therefore, quantum chemical determination of the radical processes on icy grains become critical.

研究実績の概要

The origin of the complex organic molecules (COMs) in the interstellar medium (ISM) is not well established. Radicals formed on interstellar dust grains play a vital role in the formation of COMs. However, behavior radicals and ions on ice dust grains are not fully rationalized. To overcome this limitation, we use quantum chemistry to study the behavior of radicals on interstellar ice.
We have explored the radical reactions on ices; CH3SH + H and CH3OH + OH. Computed reaction paths of the radical reactions on ice explained the experimentally observed products, where quantum tunneling plays a key role in achieving the reactions at low temperatures. Present studies give important mechanistic insights into the COMs formation in the ISM.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 11件、 招待講演 2件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A systematic mechanistic survey on the reactions between OH radical and CH3OH on ice2023

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera, A. P. Jayaweera, A. Ishibashi, H. Hidaka, Y. Oba, N. Watanabe
    • 雑誌名

      Faraday Discuss.

      巻: - ページ: 508-518

    • DOI

      10.1039/d3fd00033h

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Surface Reaction of Methyl Mercaptan (CH<sub>3</sub>SH) with Hydrogen Atoms on Amorphous Solid Water2023

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thanh、Oba Yasuhiro、Sameera W. M. C.、Furuya Kenji、Kouchi Akira、Watanabe Naoki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 944 号: 2 ページ: 219-219

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acafde

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Modelling the radical chemistry on ice surfaces: an integrated quantum chemical and experimental approach2022

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera, B. Senevirathne, T. Nguyen, Y. Oba, A. Ishibashi, M. Tsuge, H. Hidaka, N. Watanabe
    • 雑誌名

      Front. Astron. Space Sci.

      巻: 9 ページ: 1-7

    • DOI

      10.3389/fspas.2022.890161

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Successive H-atom Addition to Solid OCS on Compact Amorphous Solid Water2021

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thanh、Oba Yasuhiro、Sameera W. M. C.、Kouchi Akira、Watanabe Naoki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 922 号: 2 ページ: 146-146

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac2238

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] OH radical on ice: photodesorption and reactivity from quantum chemical calculations2023

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera, A. Miyazaki, A. Ishibashi, H. Hidaka, Y. Nakai, N. Watanabe
    • 学会等名
      Symposium on Next Generation Astrochemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Radical binding and radical reactions on interstellar ices: a combined experimental and quantum chemical study Asia Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry2023

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera, T. Nguyen, A. Ishibashi, B. Senevirathne, Y. Oba, H. Hidaka, N. Watanabe
    • 学会等名
      APATCC-10, Vietnam
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Radical processes on interstellar ices: a combined experimental and quantum chemical study2023

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera
    • 学会等名
      Symposium on Next Generation Astrochemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum chemical modelling of the radical chemistry on ice surfaces2022

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera
    • 学会等名
      Sapporo-Colombo-Gothenburg Astrochemistry meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PyQM/MM for subtractive QM/MM calculations with the AMOEBA09 polarisable force field2022

    • 著者名/発表者名
      P. V. G. M. Rathnayake, W. M. C. Sameera, N. Watanabe
    • 学会等名
      CECAM Virtual Winter School for Computational Chemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum chemical determination of the complex organic molecules formation in the interstellar medium2021

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera
    • 学会等名
      Next Generation Astrochemistry Symposium
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum chemical modelling of chemical reactions2021

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera
    • 学会等名
      The 10th annual science research sessions, The South Eastern University of Sri Lanka
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PyQMMM for modelling chemical processes in the interstellar medium2021

    • 著者名/発表者名
      P. V. G. M. Rathnayake, W. M. C. Sameera, N. Watanabe
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of photodesorption OH radicals from H2O ice surface by visible light2021

    • 著者名/発表者名
      A. Miyazaki, N. Watanabe, W. M. C. Sameera, Y. Nakai, M. Tsuge, T. Hama, H. Hidaka, A. Kouchi
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A new electrochemical property of ice: negative charge transport triggered by reactions of surface OH radicals with electrons2021

    • 著者名/発表者名
      K. Kitajima, Y. Nakai, W. M. C. Sameera, M. Tsuge, A. Miyazaki, H. Hidaka, A. Kouchi, N. Watanabe
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Radical species on interstellar ices: a quantum chemical study2021

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera, A. Miyazaki, K. Kitajima, N. Watanabe
    • 学会等名
      The 15th annual meeting for Japan Society for Molecular Science 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] Transition Metal Catalyzed Cross-coupling and Nitrogen Reduction Reactions: Lessons from Computational Studies2022

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera, Y. Takeda, Y. Ohki
    • 出版者
      Elsevier Publishing
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] Elsevier Publishing2022

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera, Y. Sumiya, B. B. Skjelstad, S. Maeda
    • 出版者
      Automated Mechanism Discovery, Comprehensive Computational Chemistry
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Astrophysical Chemistry /Ice& Planetary Science

    • URL

      http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

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