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2016 年度 実績報告書

溶液内における蛍光消光反応ダイナミクスの分子理論

研究課題

研究課題/領域番号 15J08092
研究機関京都大学

研究代表者

笠原 健人  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
キーワード液体ダイナミクス / 拡散律速反応 / 蛍光消光反応 / 反応ダイナミクス / 積分方程式理論
研究実績の概要

本年度は,最初に昨年度導出した分子性液体におけるSmoluchowski方程式の数値計算プログラムの改良を行った.数値解法の検証のため,従来のSmoluchowski方程式でも記述可能な単純液体(液体アルゴン)の反応に適用した結果,適切な三次元グリッドを選べば,新規解法は厳密解をほぼ完全に再現することが確認できた.続けて,二原子分子液体の拡散律速反応(蛍光消光反応)に適用した.また比較のためDongらによって提案されている分子動力学(MD)法を用いた反応シミュレーション計算を行った.比較の結果,蛍光分子周囲の消光分子分布は0-2 psの短時間領域では若干の差異が現れたものの,5 ps以降の長時間領域では両者は良い一致を示した.また,反応の速度定数を計算したところ,新規理論では反応初期の速度定数をMD法よりも大幅に過大評価した.これは,反応を記述するために用いた完全吸収型境界条件が原因であり,従来の単純液体理論でも現れる挙動である.しかし,分布関数の時間発展と同様,5 ps以上の領域ではMDとかなり良い一致を示した.従って,新規理論が長時間領域において有効な理論であることが確かめられた.
また,本年度は拡散律速反応の定式化にも深く関係している時間依存分布関数を,Smoluchowski方程式に基づいて計算するプログラムを開発し,リチウムイオン電池の電解質溶液である1.0 M LiClO4/エチレンカーボネート(EC)中におけるEC-Li+クラスターの解離過程に適用した.ECのカルボニル酸素に配位していたLi+が10 ps以下では主にECから離れる方向に拡散し,10 ps以降では徐々にエーテル酸素近傍に分布が広がっていくという結果が得られた.

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A theory of diffusion controlled reactions in polyatomic molecule system2016

    • 著者名/発表者名
      K. Kasahara and H. Sato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 145 ページ: 194502

    • DOI

      10.1063/1.4967400

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 分子性液体における拡散律速反応ダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      笠原健人
    • 学会等名
      化学反応のポテンシャル曲面とダイナミクス
    • 発表場所
      沖縄青年会館
    • 年月日
      2017-04-09 – 2017-04-09
    • 招待講演
  • [学会発表] フェノールフタレインに関する理論的研究2016

    • 著者名/発表者名
      棚橋祐太,笠原健人,中農浩史,福田良一,佐藤啓文
    • 学会等名
      第39回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      産業技術総合研究所 つくばセンター共用講堂
    • 年月日
      2016-11-10 – 2016-11-13
  • [学会発表] 拡散律速反応ダイナミクスの分子理論2016

    • 著者名/発表者名
      笠原健人,佐藤啓文
    • 学会等名
      第39回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      産業技術総合研究所 つくばセンター共用講堂
    • 年月日
      2016-11-10 – 2016-11-13
  • [学会発表] A theory of diffusion controlled reactions in polyatomic molecule system2016

    • 著者名/発表者名
      Kento Kasahara, Hirofumi Sato
    • 学会等名
      4th International Conference on Molecular Simulation (ICMS 2016)
    • 発表場所
      Crowne Plaza Shanghai Hotel, Shanghai
    • 年月日
      2016-10-23 – 2016-10-26
    • 国際学会
  • [学会発表] Diffusion-Controlled Reactions in Polyatomic Systems Based on Smoluchowski-like Equation2016

    • 著者名/発表者名
      Kento Kasahara, Hirofumi Sato
    • 学会等名
      International Symposium on Multi-scale Simulation of Condensed-phase Reacting Systems (MSCRS2016)
    • 発表場所
      Noyori Conference Hall, Nagoya University
    • 年月日
      2016-10-10 – 2016-10-13
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子性液体における拡散律速反応2016

    • 著者名/発表者名
      笠原健人,佐藤啓文
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-15
  • [学会発表] 分子性液体における拡散律速反応ダイナミクス2016

    • 著者名/発表者名
      笠原健人,佐藤啓文
    • 学会等名
      第19回理論化学討論会
    • 発表場所
      早稲田大学西早稲田キャンパス
    • 年月日
      2016-05-23 – 2016-05-26

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公開日: 2018-01-16  

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