複雑量子状態の理論開発とナノ・バイオ系への応用

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04104
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設)
• 研究代表者: 江原 正博 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 計算科学研究センター, 教授 (80260149)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 複雑量子状態 / ナノ・バイオ系 / 強相関電子系 / 電子共鳴状態 / 電子移動励起

研究実績の概要

本研究課題では，複雑な量子状態である強相関電子状態や電子共鳴状態を精密に記述する新しい基礎理論の開発を行い，ナノ・バイオ系，とくに不均一系触媒や光機能分子系の微視的メカニズムを電子状態理論によって解明し，その知見に基づいて，新しいナノ・バイオ系の量子システムの設計・制御することを目的としている。H30年度は，実施計画で挙げた研究課題について下記の研究成果を得た。
1.凝縮相Au-Pd微粒子触媒について，構造・電子状態・界面ダイナミクスに関するこれまでの理論研究をまとめて総説を発表した。2.大規模系強相関理論の開発と応用では，カルボン酸とアミンからアミド化合物を合成する反応について，周期的DFT法を用いてアルミナ・チタニア・ニオビア表面における触媒活性を解析した。その結果，触媒活性は伝導バンドのd-バンド中心や基質と活性点の軌道混成と相関しており，これらの要因によって，ニオビア表面が特に触媒活性が高いことを見出した。3.大規模系電子共鳴状態の理論開発では，分子クラスターの共鳴状態における分子間相互作用の効果を検討した。とくにメタン，エタン，水分子とエチレンの共鳴状態との相互作用について詳細に検討した。ここで得られた知見に基づいて，本理論の分子集合系や凝縮系への展開を行った。4.化学反応における極限的圧力効果の研究では，系統的な研究を行い，励起状態と化学反応における圧力効果の基礎的知見を得ることができた。5.電子移動励起の化学指標の研究では，細胞内の複数のRNAを同時計測可能なECHOプローブの蛍光色素の基礎的光物性を理論計算を用いて調査した。複数のH会合体の局所安定構造を求めて光吸収・発光を検討し，強い蛍光発光は単量体に起因し，発光の抑制がH会合体形成に基づくという機構を明確に示した。蛍光色素間のストークスシフトは理論計算で定量的に解析することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Southeastern Loussiana University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Southeastern Loussiana University
• [国際共同研究] Chimie ParisTech(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Chimie ParisTech
• [国際共同研究] University of Marburg(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: University of Marburg
• [国際共同研究] Xi'an Jiaotong University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Xi'an Jiaotong University
• [国際共同研究] IIIT, Hyderabad(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: IIIT, Hyderabad
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 1
• [雑誌論文] High Turnover Frequency CO-NO Reactions over Rh Overlayer Catalysts: A Comparative Study Using Rh Nanoparticles (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, K. Koizumi, M. Boero, M. Ehara, S. Misumi, A. Matsumoto, Y. Kuzuhara, T. Sato, J. Ohyama, M. Machida
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 123 ページ: 6080-6089
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b0038
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Catalysis of Cu Cluster for NO Reduction by CO: Theoretical Insight into the Reaction Mechanism (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Takagi, K. Ishimura, H. Miura, T. Shishido, R. Fukuda, M. Ehara, S. Sakaki
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 4 ページ: 2596-2609
  • DOI: 10.1021/acsomega.8b02890
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heat-Resistant Properties in Phosphorescence of Trans‐Bis[β‐(Iminomethyl)Aryloxy]platinum(II) Complexes: Effect of Aromaticity on d-π Conjugation Platforms (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Inoue, M. Naito, M. Ehara, T. Naota
  • 雑誌名: Chem. Eur. J 巻: 25 ページ: 3650-3661
  • DOI: 10.1002/chem.201805785
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gold-Palladium Nanocluster Catalysts for Homocoupling: Electronic Structure and Interface Dynamics (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Ehara, U. Deva Priyakumar
  • 雑誌名: Chem. Rec. 巻: 19 ページ: -
  • DOI: 10.1002/tcr.201800177
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Control of Near Infrared Photoluminescence Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes by Functionalization with Dendrons (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeda, Y. Konno, M. Yamada, P. Zhao, X. Zhao, M. Ehara, S. Nagase
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 10 ページ: 23012-23017
  • DOI: 10.1039/c8nr07983h
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Preferential Photoreaction in a Porous Crystal, Metal-Macrocycle Framework: PdII-Mediated Olefin Migration over [2+2] Cycloaddition (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Yonezawa, S. Tashiro, T. Shiraogawa, M. Ehara, R. Shimada, T. Ozawa, M. Shionoya
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 140 ページ: 16610-16614
  • DOI: 10.1021/jacs.8b08534
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lewis Acid Catalysis of Nb2O5 for Reactions of Carboxylic Acid Derivatives in the Presence of Basic Inhibitors (2018)
  • 著者名/発表者名: S. M. A. H. Siddiki, M. N. Rashed, M. A. Ali, T. Toyao, P. Hirunsit, M. Ehara, K. Shimizu
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 11 ページ: 383-396
  • DOI: 10.1002/cctc.201801239
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Origin of Nb2O5 Lewis Acid Catalysis for Activation of Carboxylic Acids in the Presence of Hard Base (2018)
  • 著者名/発表者名: P. Hirunsit, T. Toyao, S. M. A. H. Siddiki, K. Shimizu, M. Ehara
  • 雑誌名: ChemPhysChem. (Front Cover p. 2804, Cover Profile p. 2809) 巻: 19 ページ: 2848-2857
  • DOI: 10.1002/cphc.201800723
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic Processes in NO Dimerization on Ag and Cu Clusters: DFT and MRMP2 Studies (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Takagi, M. Nakagaki, K. Ishimura, R. Fukuda, M. Ehara, S. Sakaki
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 巻: 40 ページ: 181-190
  • DOI: 10.1002/jcc.25568
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photophysical Properties of Fluorescent Imaging Biological Probes of Nucleic Acids: SAC-CI and TD-DFT Study (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shiraogawa, G. Candel, R. Fukuda, I. Ciofini, C. Adamo, A. Okamoto, M. Ehara
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 巻: 40 ページ: 127-134
  • DOI: 10.1002/jcc.25553
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanisms of NO-CO Reaction over Highly Dispersed Cuprous Oxide on γ-Alumina Catalyst Using Metal-Support Interfacial Site in the Presence of Oxygen: Similarities to and Difference from Biological Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Fukuda, S. Sakai, N. Takagi, M. Matsui, M. Ehara, S. Sakaki, S. Hosokawa, T. Tanaka
  • 雑誌名: Cat. Sci. Tech. 巻: 8 ページ: 3833-3845
  • DOI: 10.1039/c8cy00080h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ni-catalyzed Dimerization and Hydroperfluoroarylation of 1,3-Dienes (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Iwasaki, X. Min, A. Fukuoka, L. Zhu, R. Qiu, T. Yang, M. Ehara, A. Sudalai, N. Kambe
  • 雑誌名: J. Org. Chem 巻: 83 ページ: 9267-9277
  • DOI: 10.1021/acs.joc.8b01266
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Silicon-Coordinated Nitrogen-Doped Graphene as a Promising Metal-Free Catalyst for N2O Reduction by CO: A Theoretical Study (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Junkaew, S. Namuangruk, P. Maitarad, M. Ehara
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 8 ページ: 22322-22330
  • DOI: 10.1039/c8ra03265c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Different Photoisomerization Routes Found in the Structural Isomers of Hydroxy Methylcinnamate (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Kinoshita, Y. Miyazaki, M. Shimada, Y. Onitsuka, H. Kohguchi, Y. Inokuchi, N. Akai, T. Shiraogawa, M. Ehara, K. Yamazaki, Y. Harabuchi, S. Maeda, T. Taketsugu, T. Ebata
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 20 ページ: 17583-17598
  • DOI: 10.1039/C8CP00414E
  • 査読あり
• [学会発表] Frenkel-Exciton Decomposition Analysis of Circular Dichroism and Circularly Polarized Luminescence for Multichromophoric Systems (2019)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ehara
  • 学会等名: Pure and Applied Chemistry International Conference 2019 (PACCON 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Element Strategy for Catalysts and Batteries (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ehara
  • 学会等名: SOKENDAI Asian Winter School, "Challenges for New Frontiers in Molecular Science: From Basics to Advanced Researches"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical Approaches to Asymmetry: Photoreaction in MMF and Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ehara
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Coordination Asymmetry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Wavefunction Theory for Photophysical Properties of Functional Molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ehara
  • 学会等名: Japan-India Mini Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical Chemistry for Complex Systems: Nanocluster and Heterogeneous Catalysts (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ehara
  • 学会等名: Pre-conference of TOCAT8 and the 5th International Symposium of Institute for Catalysis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical Molecular Spectroscopy using SAC-CI: Collaboration with ATR-FUV Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ehara
  • 学会等名: International Conference on Advanced Molecular Spectroscopy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Frenkel-Exciton Decomposition Analysis of Circular Dichroism and Circularly Polarized Luminescence for Multichromophoric Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Ehara
  • 学会等名: The 7th Japan-Czech-Slovak Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光機能分子の励起状態に関する理論的研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 江原 正博
  • 学会等名: 第3回キラルルミネッセンスセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 担持クラスター触媒の理論・計算化学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 江原 正博
  • 学会等名: 第55回触媒研究懇談会
  • 招待講演
• [学会発表] 複雑系の理論・計算化学：光機能分子への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 江原 正博
  • 学会等名: 近畿大学 第14回光化学セミナー
  • 招待講演
• [備考] 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 江原研究室
  • URL: http://tc.ims.ac.jp/