| 研究課題/領域番号 |
20K05476
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| 研究機関 | 長崎大学 |
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研究代表者 |
重光 保博 長崎大学, 工学研究科, 教授 (50432969)
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| 研究分担者 |
北條 博彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (20357940)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 分子動力学法 / 分子軌道法 / 分子集積体 / 非平衡状態 / 水素結合 / 反応速度理論 / 自由エネルギー曲面 |
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| 研究実績の概要 |
凝縮系の化学反応速度は、室温・低圧の通常の条件下では、全系が一体的に化学平衡を保って進行する遷移状態理論で通常は解釈される。
しかし、凝縮系の動的構造や化学反応における化学平衡仮定の正当性については、理論・実験の両面から体系的な検証が行われていない。
化学平衡から外れた系のダイナミクス関する過去の研究は、ブラウン運動駆動の粗視化方程式であるFokker-Planck方程式は溶液系やタンパク質ダイナミクスに、物性物理分野の平均場理論・相転移理論はリジッドマテリアルに、それぞれ数多く適用されている。しかし、両者の境界領域である分子集積体のような動的構造を有するソフトマテリアルの挙動解析は未開拓のまま残されている。
本研究の足掛かりは、分子集積体の非平衡ダイナミクスが高粘性溶媒中で生起する動的溶媒効果と同じ物理化学的本質を有することに着目した点である。
本研究は、水素結合ネットワーク分子集積体を対象として、非平衡解析手法（凍結クラスター計算法）と粗視化手法を組み合わせ、分子集積体の動的構造・光物性を理論と実験の連携の下で解明することを目的とする。分子間水素結合を介した集積体の非平衡自由エネルギー計算と粗視化変数の抽出を行う。
初年度は、空間的に束縛された分子結晶状態での光励起異性化反応を分子軌道法および密度汎関数法で詳細な解析を行った。さらに、溶液系で開発した非平衡系自由エネルギーを算出する手法を分子間水素結合で緩く結合したソフト集積体に適用するため、その理論整備および予備的計算を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
計算化学アプローチにおいて、電子状態レベル解析と力場ダイナミクス解析を並行して推進した。
電子状態解析では、空間的に束縛された分子結晶状態での光励起異性化反応を分子軌道法および密度汎関数法を使って詳細な解析を行った。
分子動力学解析では、分子集積体の時空揺らぎを効率的にサンプリングすることを目的として、粗視化法を取り入れたMDシミュレーションの検証を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
水素結合の生滅を伴う非平衡自由エネルギー曲面を、粗視化法・メタダイナミクス法・マルチスケール法等に基づく分子動力学法によって定量的に算出することを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
対面での学術活動（研究打ち合わせ・学術集会等）がオンラインに切り替わったため、当初計上した旅費が未使用となった。次年度以降、社会情勢を勘案しながら学術集会等で旅費を適切に執行するとともに、実験解析を進めるための分析機器消耗品（レンズ、フィルター、試料フォルダ等）の購入に充てる。
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