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2011 年度 実績報告書

界面和周波分光の理論計算手法の開発と応用

研究課題

研究課題/領域番号 21245002
研究機関東北大学

研究代表者

森田 明弘  東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70252418)

キーワード分子動力学シミュレーション / 和周波発生 / 振動分光 / 硫酸エアロゾル / 電気二重層 / 界面誘電率
研究概要

硫酸エアロゾル界面の構造解析
大気化学で広く重要な硫酸エアロゾル上の不均質反応への解明に向けて、硫酸水溶液の表面構造を解明した。硫酸の2段階の酸解離平衡は系の熱力学的条件に敏感に依存し、界面の局所的な環境における硫酸の解離平衡が不明であった。そこで産総研の宮前らの和周波測定と我々の分子シミュレーションの緊密な協力により、硫酸エアロゾル表面での酸解離平衡と界面構造を同時に明らかにする成果を得た。硫酸エアロゾルの表面付近での解離平衡はバルク中とは異なり、とくに表面の電気二重層内では、第2段の解離が強く抑制されていることを実証した。
界面の局所電場の理論と計算
一般に界面の光学的測定の解析を行うとき、界面の誘電率という現象論的なパラメータが用いられるが、界面数分子層の領域でのマクロな誘電的性質は物理的意味が明らかでない。本研究では、分子動力学シミュレーションによって界面領域の局所電場と非線形分極を同時に求めることによって、実験の解析に用いるべき"界面誘電率"を分子レベルで定義して評価する理論手法を与えた。

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

界面分光の理論開発において、さまざまな実在の界面系への応用と基礎理論の深化の両面で十分な成果を得ている。硫酸界面のようなチャレンジングな研究対象を明快に解明したことは特筆する成果である。

今後の研究の推進方策

今後も水溶液系や有機分子などを含めた多くの系への応用をすすめ、界面分光の汎用的な解析手法の確立を目指す。基礎理論および分子モデリング手法についてのこれまでの研究の蓄積を生かして、十分に推進可能であると考えられる。

  • 研究成果

    (51件)

すべて 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (39件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Study of Phase Transfer Catalyst for Ion Transfer through Water-Chloroform Interface2012

    • 著者名/発表者名
      Nobuaki Kikkawa, Tatsuya Ishiyama, Akihiro Morita
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Lett.

      巻: 534 ページ: 19-22

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear Vibrational Spectroscopic Studies on the Ionic Liquid ([C_nmim]TFSA(n=4,8))/Water Interfaces2012

    • 著者名/発表者名
      Takashi Iwahashi, Yasunari Sakai, Doseok Kim, Tatsuya Ishiyama, Akihiro Morita, Yukio Ouchi
    • 雑誌名

      Faraday Discuss.

      巻: 154 ページ: 289-301

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibrational Spectrum at Water Surface : A Hybrid Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Molecular Dynamics Approach2011

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Ishiyama, Hideaki Takahashi, Akihiro Morita
    • 雑誌名

      J.Phys. : Condens.Matter

      巻: 24 ページ: 124107-124113

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface Structure of Sulfuric Acid Solution Relevant to Sulfate Aerosol : Molecular Dynamics Simulation Combined with Sum Frequency Generation Measurement2011

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Ishiyama, Akihiro Morita, Takayuki Miyamae
    • 雑誌名

      Phys.Chem.Chem.Phys.

      巻: 13 ページ: 20965-20973

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unified Molecular View of Air/Water Interface Based on Experimental and Theoretical X^<(2)> Spectra of Isotopically Diluted Water Surface2011

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nihonyanagi, Tatsuya Ishiyama, Touk-kwan Lee, Shoichi Yamaguchi, Mischa Bonn, Akihiro Morita, Tahei Tahara
    • 雑誌名

      J.Am.Chem.Soc.

      巻: 133/42 ページ: 16875-16880

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulation of Sum Frequency Generation Spectra of Aqueous Sulfuric Acid Solution2011

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Ishiyama, Akihiro Morita
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.C

      巻: 115/28 ページ: 13704-13716

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Theory on Dielectric Constant at Interfaces : A Molecular Dynamics Study of the Water/Vapor Interface2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Shiratori, Akihiro Morita
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys.

      巻: 134 ページ: 234705-234714

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric Quadrupole Contribution to the Nonresonant Background of Sum Frequency Generation at Air/Liquid Interfaces2011

    • 著者名/発表者名
      Shoichi Yamaguchi, Kazuya Shiratori, Akihiro Morita, Tahei Tahara
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys.

      巻: 134 ページ: 184705-184711

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energetic Origin of Proton Affinity to the Air/Water Interface2011

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takahashi, Kunihiro Maruyama, Yasuhito Karino, Akihiro Morita, Masayoshi Nakano, Pavel Jungwirth, Nobuyuki Matubayasi
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B

      巻: 115/16 ページ: 4745-4751

    • 査読あり
  • [学会発表] Unified view of surface nonlinear susceptibility chi(2) of liquid water studied by molecular dynamics and sum frequency generation spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      A.Morita
    • 学会等名
      TBA, ACS National Meeting, Symposium on "Atmospheric and Geochemical Interfaces"
    • 発表場所
      San Diego, CA, USA
    • 年月日
      20120325-20120329
  • [学会発表] 和周波実験と理論計算の連携による界面の分子科学2012

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 学会等名
      第5回SFG研究会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20120310-20120311
  • [学会発表] 界面非線形分光の実験と計算化学による溶液界面研究の進展2012

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 学会等名
      第25期CAMMフォーラム本例会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2012-02-03
  • [学会発表] 界面非線形分光の解析計算ソフトCalnosの開発2012

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 学会等名
      第2回ナノ統合ソフトウェア説明会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2012-01-26
  • [学会発表] 界面分光実験と分子シミュレーションの共同研究による水表面構造の解明2011

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 学会等名
      第6回高次系分子科学合同班会議
    • 発表場所
      沖縄
    • 年月日
      20111208-20111210
  • [学会発表] 振動和周波スペクトルからみえる水表面の水素結合構造2011

    • 著者名/発表者名
      石山達也, 李徳冠, 二本柳聡史, 山口祥一, 田原太平, 森田明弘
    • 学会等名
      第25回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20111205-20111207
  • [学会発表] 硫酸水溶液表面の解離状態-理論と実験の双方向アプローチー2011

    • 著者名/発表者名
      宮前孝行、石山達也、森田明弘
    • 学会等名
      表面・界面スペクトロスコピー2011
    • 発表場所
      三浦
    • 年月日
      20111202-20111203
  • [学会発表] 界面分光の理論と実験-協力体制が拓く界面化学2011

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 学会等名
      子研研究会「実験と理論による高次分子システムの機能発現の分子論的理解」
    • 発表場所
      岡崎
    • 年月日
      20111101-20111102
  • [学会発表] 液体界面の局所電場理論と分子シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      白鳥和矢、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] 和周波振動分光と分子動力学計算を用いた水/イオン液体界面構造の研究2011

    • 著者名/発表者名
      岩橋崇、酒井康成、Kim Doseok、石山達也、森田明弘、大内幸雄
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] 電解質水溶液の表面構造と和周波スペクトルへの埋もれたアニオンの効果2011

    • 著者名/発表者名
      今村貴子、水越祐里、石山達也、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] 液体メタノールのC-H伸縮振動領域に対する赤外吸収,ラマン,和周波発生スペクトルの統一的理解2011

    • 著者名/発表者名
      石山達也、Sokolov Vladimir、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] 液体ベンゼン界面の和周波発生における対称性の破れのメカニズム2011

    • 著者名/発表者名
      川口達也、石山達也、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] QM/MM-ER法による多体相互作用に伴う自由エネルギー変化の厳密な取り扱い2011

    • 著者名/発表者名
      高橋英明、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションを用いた微小気泡内圧の解明2011

    • 著者名/発表者名
      高橋秀明、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] 水表面での分子内・分子間振動カップリングのSFGスペクトルへの影響2011

    • 著者名/発表者名
      李徳冠、石山達也、二本柳聡、山口祥一、田原太平、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] アセトニトリル水溶液の和周波発生分光法による配向解析手法の理論2011

    • 著者名/発表者名
      武井祐介、石山達也、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] 固液界面近傍でのイオン水和殻の振動分光と吸着ダイナミクスの解明2011

    • 著者名/発表者名
      添田英司、石山達也、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] 赤外-可視和周波発生分光法を用いたアルカン/イオン液体界面構造の研究2011

    • 著者名/発表者名
      酒井康成、岩橋崇、小川よしみ、石山達也、森田明弘、Kim Doseok、大内幸雄
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] アルコール単分子膜に覆われた気液界面における物質輸送のダイナミクス2011

    • 著者名/発表者名
      坂口俊、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] 自由エネルギー計算を用いた相間移動触媒の分子機構の解析2011

    • 著者名/発表者名
      吉川信明、石山達也、森田明弘
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      20110920-20110923
  • [学会発表] Na_2SO_4水溶液の界面構造-埋もれたイオンの及ぼす大きな影響-2011

    • 著者名/発表者名
      水越祐里、今村貴子、石山達也、森田明弘
    • 学会等名
      平成23年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110917-20110918
  • [学会発表] アセトニトリル-水混合溶液の界面構造2011

    • 著者名/発表者名
      武井祐介, 石山達也, 森田明弘
    • 学会等名
      平成23年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110917-20110918
  • [学会発表] 水分子の蒸発・取り込みに対する表面活性分子の影響2011

    • 著者名/発表者名
      坂口俊、森田明弘
    • 学会等名
      平成23年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110917-20110918
  • [学会発表] 相間移動触媒によるイオン輸送の分子動力学シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      吉川信明、石山達也、森田明弘
    • 学会等名
      平成23年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110917-20110918
  • [学会発表] 微小気泡内圧のサイズ依存性に関する分子動力学シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      高橋秀明、森田明弘
    • 学会等名
      平成23年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110917-20110918
  • [学会発表] 電極界面近傍におけるイオン水和殻の分子動力学シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      添田英司、石山達也、森田明弘
    • 学会等名
      平成23年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110917-20110918
  • [学会発表] なぜ液体ベンゼンの界面で和周波発生が起こったか2011

    • 著者名/発表者名
      川口達也、石山達也、森田明弘
    • 学会等名
      平成23年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110917-20110918
  • [学会発表] NaF、NaOH水溶液の表面構造と和周波スペクトルの計算化学的解析2011

    • 著者名/発表者名
      高橋秀明、森田明弘
    • 学会等名
      平成23年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110917-20110918
  • [学会発表] 同位体希釈による水表面のSFGスペクトルの変化の解析2011

    • 著者名/発表者名
      李徳冠、石山達也、二本柳聡、山口祥一、田原太平、森田明弘
    • 学会等名
      平成23年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110917-20110918
  • [学会発表] Theory and Computation of Surface Nonlinear Spectroscopy and Structure of Water Surface2011

    • 著者名/発表者名
      A.Morita
    • 学会等名
      14th Korea-Japan Joint Symposium on Frontiers of Molecular Science "New Visions for Spectroscopy and Computation : Temporal and Spatial Adventures of Molecular Sciences"
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      20110706-20110708
  • [学会発表] Electric quadrupole contribution to the nonresonant background of sum frequency generation at air/liquid interfaces2011

    • 著者名/発表者名
      S.Yamaguchi, K.Shiratori, A.Morita, T.Tahara
    • 学会等名
      第27回化学反応討論会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20110608-20110610
  • [学会発表] Computer Simulation of Surface Nonlinear Spectroscopy, International Conference on Computational Science 20112011

    • 著者名/発表者名
      A.Morita, T.Ishiyama, K.Shiratori
    • 学会等名
      Large Scale Computational Molecular Science
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      20110601-20110603
  • [学会発表] Theory of sum frequency generation spectroscopy and application to liquid surfaces, CECAM Workshop on Vibrational Spectroscopy of Complex Systems2011

    • 著者名/発表者名
      A.Morita
    • 学会等名
      CECAM Workshop on Vibrational Spectroscopy of Complex Systems
    • 発表場所
      Paris, Prance
    • 年月日
      20110523-20110525
  • [学会発表] 電極界面の溶液構造と物質移動2011

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 学会等名
      触媒・電池研究会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2011-12-27
  • [学会発表] 電極界面でのイオン輸送と脱溶媒和過程の分子シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 学会等名
      計算物質科学イニシアティブ元素戦略ワークショップ電池
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] 液体界面での計算分子科学の新展開2011

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 学会等名
      多元研ミニシンポジウム「第一原理計算化学の最前線」
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-09-30
  • [学会発表] 溶液界面での分子の振る舞いを捉える2011

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 学会等名
      2011年物理化学合同川渡セミナー
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-06-17
  • [学会発表] Computation of reaction free energies by the QM/MM-ER approach-Exact treatment of the many-body interactions-2010

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, A.Morita
    • 学会等名
      7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      20101124-20101126
  • [図書] 巨大分子系への計算化学CSJカレントレビュー・シリーズ第8巻"液体界面の分子の状態"2012

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 総ページ数
      201
    • 出版者
      化学同人
  • [図書] 大学院講義物理化学(第2版)第II巻第6章"溶液反応の速度論"2011

    • 著者名/発表者名
      森田明弘
    • 総ページ数
      146-177
    • 出版者
      東京化学同人
  • [備考]

    • URL

      http://comp.chem.tohoku.ac.jp/index.html

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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