• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2021 年度 実績報告書

動的エキシトンの理論

計画研究

研究領域動的エキシトンの学理構築と機能開拓
研究課題/領域番号 20H05839
研究機関京都大学

研究代表者

東 雅大  京都大学, 工学研究科, 准教授 (20611479)

研究期間 (年度) 2020-11-19 – 2025-03-31
キーワード動的エキシトン / ドナー・アクセプター相互作用 / 量子化学計算 / 分子動力学シミュレーション / 溶媒効果
研究実績の概要

本研究では、独自の高精度理論解析手法を発展させて動的エキシトンの理論を確立することを目的とする。本年度は、昨年度に引き続きA01今堀やA02小堀により系統的に合成および物性測定されたポルフィリン連結フラーレン化合物の電子励起状態や電荷分離状態の解析を行った。これまでの我々の研究で、電子励起状態や電荷分離状態を適切に記述するためには、化合物の構造緩和や溶媒分子の応答を分子レベルで露わに取り扱う必要があることが明らかになった。そこで、それらを効率的に記述可能なQM/MM RWFE-SCF法を用いてモデル分子を解析したところ、概ね実験結果と良い一致を示した。特に、電荷分離状態は溶媒により大きく安定化していることが明らかになった。さらに、QM/MM RWFE-SCF法の計算を高速化するプログラムの改良も行った。また、A01今堀らにより合成された非フラーレン型アクセプター分子TACICの励起状態や薄膜状態の構造の解析を行った。TACICの薄膜状態での励起状態の寿命は、溶液中の寿命と比較して大幅に長くなる。これは構造やバンド構造が似たITICと全く逆の挙動であるが、その理由は不明である。まず、量子化学計算により、TACICとITIC単量体の励起状態のポテンシャル面はよく似ていることが分かった。これは溶液中での寿命が同程度であることに対応する。一方、分子動力学シミュレーションを用いて薄膜状態の構造を解析したところ、ITICでは主に端同士がスタックしているのに対して、TACICでは端と中央がスタックした構造も同程度存在していた。この薄膜状態での構造の違いが、励起状態の寿命の違いと関連していると考えられる。また、A03三ツ沼が開発したドナーアクセプター相互作用を利用した水素引き抜き触媒の生成機構をA02小堀やA02山方と共同で解析し、ラジカルが2段階で生成していることを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は、主にポルフィリン連結フラーレン化合物の電子励起状態や電荷分離状態やTACICの励起状態や薄膜状態の構造の解析を進め、いくつかの新たな知見を得た。領域内の共同研究も積極的に進め、成果も出始めていることから、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

次年度も引き続き、ポルフィリン連結フラーレン化合物やTACICの解析を進める。ポルフィリン連結フラーレン化合物の解析では、高速化したプログラムを用いて、様々な連結長の化合物の電子励起状態や電荷分離状態を解析し、化合物の構造緩和や溶媒の応答が電子状態に与える影響を明らかにする。TACICの解析では、薄膜状態でのITICとの構造の違いが励起状態の寿命に与える影響を明らかにする。さらに、量子化学反応ダイナミクス計算法の構築も引き続き進め、本研究費で雇用している特定助教と協力して有機薄膜太陽電池の理論モデルの改良も行う。また、計画班や公募班との領域内連携研究を今後も積極的に進め、理論化学・計算化学の面から領域の推進に貢献する。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Excited states of chlorophyll a and b in solution by time-dependent density functional theory2022

    • 著者名/発表者名
      Zhu Zhe、Higashi Masahiro、Saito Shinji
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 156 ページ: 124111~124111

    • DOI

      10.1063/5.0083395

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification of a Self-Photosensitizing Hydrogen Atom Transfer Organocatalyst System2022

    • 著者名/発表者名
      Fuse Hiromu、Irie Yu、Fuki Masaaki、Kobori Yasuhiro、Kato Kosaku、Yamakata Akira、Higashi Masahiro、Mitsunuma Harunobu、Kanai Motomu
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 144 ページ: 6566~6574

    • DOI

      10.1021/jacs.2c01705

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical Shift of Solvated Hydride Ion: Comparative Study with Solvated Fluoride Ion2022

    • 著者名/発表者名
      Imamura Kosuke、Higashi Masahiro、Kobayashi Yoji、Kageyama Hiroshi、Sato Hirofumi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 126 ページ: 3090~3098

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c00326

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 凝縮系の化学反応ポテンシャル関数の開発と応用2022

    • 著者名/発表者名
      東 雅大
    • 雑誌名

      分子シミュレーション学会誌 ”アンサンブル”

      巻: 24 ページ: 32~38

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical study on isomerization of α-acids: A DFT calculation2021

    • 著者名/発表者名
      Kimura Minami、Ito Tadashi、Sato Hirofumi、Higashi Masahiro
    • 雑誌名

      Food Chemistry

      巻: 364 ページ: 130418~130418

    • DOI

      10.1016/j.foodchem.2021.130418

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical study of the mechanism of the solvent dependency of ESIPT in HBT2021

    • 著者名/発表者名
      Naka Keiji、Sato Hirofumi、Higashi Masahiro
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 23 ページ: 20080~20085

    • DOI

      10.1039/d0cp06604d

    • 査読あり
  • [学会発表] 構造緩和と溶媒効果に着目したドナーーアクセプター連結分子の励起状態緩和過程の解析2022

    • 著者名/発表者名
      木村 南、佐藤 啓文、今堀 博、東 雅大
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
  • [学会発表] 薄膜状態で長寿命励起状態をもつ非フラーレン型電子受容体分子の理論的研究2022

    • 著者名/発表者名
      浦上 拓臣、佐藤 啓文、今堀 博、東 雅大
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
  • [学会発表] 不斉有機触媒を用いた立体選択的フッ素化反応に関する理論的研究2022

    • 著者名/発表者名
      矢島 武知、佐藤 啓文、有光 暁、東 雅大
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
  • [学会発表] ドナー-アクセプター連結分子の電荷分離状態を含む光励起緩和過程2022

    • 著者名/発表者名
      木村 南、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      京都大学福井謙一記念研究センターオンラインシンポジウム
  • [学会発表] 量子もつれ光子対を用いたFenna-Matthews-Olsonタンパク質の時間分解分光スペクトルの理論的解析2022

    • 著者名/発表者名
      藤橋 裕太、東 雅大、石崎 章仁
    • 学会等名
      京都大学福井謙一記念研究センターオンラインシンポジウム
  • [学会発表] β,β-ジフェニルセリンを用いた立体選択的フッ素化反応に関する理論的研究2022

    • 著者名/発表者名
      矢島 武知、佐藤 啓文、有光 暁、東 雅大
    • 学会等名
      京都大学福井謙一記念研究センターオンラインシンポジウム
  • [学会発表] 非フラーレン型電子受容体 TACIC 薄膜の長寿命励起状態に関する理論的研究2022

    • 著者名/発表者名
      浦上 拓臣、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      京都大学福井謙一記念研究センターオンラインシンポジウム
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションによる光捕集複合体LH2の吸収スペクトルの解析2022

    • 著者名/発表者名
      薮 俊佑、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      京都大学福井謙一記念研究センターオンラインシンポジウム
  • [学会発表] MDシミュレーションによる光捕集複合体クロロソームに含まれる色素集合体の解析2022

    • 著者名/発表者名
      仲 啓志、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      京都大学福井謙一記念研究センターオンラインシンポジウム
  • [学会発表] Toward a molecular understanding of photosynthetic proteins2021

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi
    • 学会等名
      The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Theoretical study on donor-acceptor-linked molecules2021

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Flexible and Printed Electronics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ドナー・アクセプター連結分子の理論解析2021

    • 著者名/発表者名
      東 雅大
    • 学会等名
      2021年光化学討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] Toward a molecular understanding of photoinduced charge separation process in organic solar cells with computational approaches2021

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi
    • 学会等名
      239th ECS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光合成色素の超高速な励起状態緩和ダイナミクスにおける配位子の効果の理論的解析2021

    • 著者名/発表者名
      高林 侑示、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      第11回CSJ化学フェスタ2021
  • [学会発表] Quantum chemical calculation of excited-state properties of porphyrin-fullerene linked systems2021

    • 著者名/発表者名
      Minami Kimura, Hirofumi Sato, Masahiro Higashi
    • 学会等名
      239th ECS Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションによる光捕集複合体LH2の吸収スペクトルの解析2021

    • 著者名/発表者名
      薮 俊佑、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      第23回理論化学討論会
  • [学会発表] ポルフィリン-フラーレン連結分子の励起状態特性に関する理論計算2021

    • 著者名/発表者名
      木村 南、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      第23回理論化学討論会
  • [学会発表] 非断熱分子動力学法による光合成色素の励起状態緩和ダイナミクスの解析2021

    • 著者名/発表者名
      高林 侑示、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      第23回理論化学討論会
  • [学会発表] 光合成細菌の反応中心内の色素の電子状態の理論解析2021

    • 著者名/発表者名
      飯田 凌生、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      第23回理論化学討論会
  • [学会発表] 酵素反応のエナンチオ選択性向上を目指した理論解析2021

    • 著者名/発表者名
      右京 陸、山口 滋、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      第23回理論化学討論会
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションによる光捕集複合体クロロソームに含まれる色素集合体の解析2021

    • 著者名/発表者名
      仲 啓志、佐藤 啓文、東 雅大
    • 学会等名
      第23回理論化学討論会

URL: 

公開日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi