| 研究課題/領域番号 |
17H03009
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
佐藤 啓文 京都大学, 工学研究科, 教授 (70290905)
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| 研究分担者 |
井内 哲 名古屋大学, 情報学研究科, 助教 (50535060)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 量子化学 / モデルハミルトニアン / 遷移金属錯体 / 液体の統計力学 / ダイナミックス |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、我々がこれまでに開発してきた理論を発展させながら、遷移金属を含む錯体やクラスターの溶液中の安定性やダイナミクスを調べている。本年度は(A) 量子化学モデルを用いて八面体カプセル型の遷移金属錯体を、また(B) 3D-RISM法や3D-SSSV法を用いて液体分布を調べるとともに新規方法論開発を行った。
(A) 遷移金属を含む系の計算は広く行われるようになりつつあるが、３－４つ以上の遷移金属を含む複核錯体は、一般に計算負荷が大きい。そこで分担者・井内らによって開発された量子化学モデルハミルトニアンの方法に基づいて、こうした錯体をターゲットとした計算を行った。具体的にはPdイオンと配位子をモデル化したピリジン(Py)からなる [PdPy4]2+における配位子置換反応について通常の密度汎関数理論（DFT）による計算を行い、この結果を1kal/mol程度の差異で再現できるようにモデルのパラメータを決定した。ついでこのモデルを用いて八面体カプセル型錯体を構成する１０種類以上の過渡種について計算を行った。DFT計算と比較した誤差の絶対値はやや大きくなるものの、全体のエネルギーに対しては数パーセント程度であり、十分な精度で幅広い化学種の計算が可能となった。
(B) 3D-SSSV法や、拡散律速反応を記述する理論など、溶液内分子のダイナミクスを記述するための統計力学理論、とりわけ相互作用点表示に基づく液体の積分方程式理論について、これまでの発展を総括した。また三次元空間における拡散方程式を数値的に安定に解く技術を確立した。また二次電池で重要となるグラファイト近傍の電解質を構成するイオンと溶媒の構造について明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初掲げていた量子化学モデルハミルトニアンの方法は、通常の量子化学計算と同程度の精度で広範な化合物に適用できることが分かった。実際の計算も効率よく、複雑な反応過程を調べる上で有用である。分子の溶媒和・動態に関わる(B)については、実際上の問題点も明らかにすることが出来た。
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| 今後の研究の推進方策 |
(A)の量子化学モデルハミルトニアンについては、サイズの異なる自己集合型錯体や均一触媒反応などへの展開を行う。特に前者に関しては溶媒和をも考慮した安定性を議論する。
(B)3D-SSSVやこれまでに開発してきた輸送現象用の積分方程式は非常に有用である一方で、拡散による分子の移動に対する原点の定義や初期条件など、自己集合過程に適用する際の実際上の考慮点が明らかになってきた。今後は、自己集合過程の追跡に焦点をより絞って検討を行う。具体的には、粗視化モデルなどの比較的見通しの良い系を対象として、エネルギー面上の探索と過程の特徴付けを調べる。
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