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電子状態状態理論を駆使した計算シミュレーションを行い、分子表面の配位空間に関する以下の3つの課題について検討した。
1. 分子表面の形状を定量的に調べるために、電子状態計算による分子形状解析の手法を考案し、代表的な分子に応用した。この方法は、プローブとなるイオンの空間的位置を少しずつずらしながら、注目する分子とイオンプローブとの相互作用エネルギーを電子状態計算により評価するものである。この計算によって、分子表面における引力的相互作用と斥力的相互作用の両方の空間的トポロジーを明らかにすることができた。得られたエネルギー面のトポロジーは、分子の電子状態を的確に反映するとともに、分子間相互作用を理解する際に必要となる相互作用点を明らかにするものである。この分子形状に関する情報を用いることによって、新規に配位高分子を設計するための指針を提唱することができた。一例として水素分子の形状解析を行い、水素分子を捕獲すると予想される分子材料を提案した。
2. 半導体微粒子の表面配位子の電子的機能を解明する目的で、有機分子で修飾されたCdSクラスターの電子スペクトルを解析した。本研究ではクラスター表面の有機分子を除去した場合としない場合の電子スペクトルを比較することによって、表面のダングリングボンドの役割を明らかにした。また、表面配位について複数のコンフォメーションが想定されるため、それぞれの相対安定性を調べるとともに、電子スペクトルを比較検討した。
3. イオン交換樹脂における金属イオンとプロトンの過程のエネルギー変化を計算化学的に検討した。新たに独自のイオン交換過程に関する熱力学モデルを提唱し、イオン交換における金属イオン選択性を支配する因子を明らかにした。
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