| 研究課題/領域番号 |
26288003
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
森田 明弘 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70252418)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 液液界面 / イオン移動 / 相間移動触媒 / 分子動力学 |
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| 研究実績の概要 |
液液界面でのイオン輸送を制御する相間移動触媒の機能を、従来の現象論的な速度論や計算化学を超えた新たな視点で解明する。界面の構造とゆらぎが果たす大きな影響をあらわに取り入れて、相間移動触媒の効果を分子レベルで捉える理論を開発し、分子動力学計算で実証する。さらにメソスケールの拡散二重層と界面のミクロな構造を同時に扱うマルチスケールの方程式を解いて、輸送自由エネルギーの全貌を明らかにする。初年度にはこれまでに界面のミクロな構造を特徴づける界面ゆらぎを適切に表す座標の理論を確立し、今後の自由エネルギー計算への道を拓いた。
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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
液液界面における物質移動を分子レベルで扱う理論を創るうえで、我々が最初に鍵と考える点は界面の構造ゆらぎを記述する座標の定義である。とくにイオンが水和水を引き連れて有機溶媒相に移動する過程ではwater fingerと呼ばれる特徴的な構造が現れる。我々は計画申請段階では、その構造ゆらぎを規定する座標として、界面のギブス面から有機相側にはみ出した水の個数をとることを想定していたが、当該年度にはもっと適切な座標を取ることができることを見出した。水の水素結合ネットワークをグラフ理論で扱い、水和水クラスターとバルク水とのネットワークのボトルネック長として、ゆらぎ座標を定義することが可能であることを見出した。これによって、界面ゆらぎ座標を考慮した自由エネルギー面の計算が可能となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
上で確立した界面ゆらぎ座標およびイオンの位置座標の両方を考慮した2次元自由エネルギー面の計算を進めている。そのために2次元空間上の異なる点にアンブレラ・ポテンシャルをおいた分子動力学計算を並列に行い、そのアンブレラを適宜交換するレプリカ交換法を使用する。得られた2次元自由エネルギー面をもとにして、イオン通過の際に現れる自由エネルギー障壁が界面ゆらぎに関わるものであることを明らかにし、イオン通過の反応速度の実測値を解明する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度の成果として発表予定であった論文の投稿が次年度にずれこんだため、論文発表に関する経費が次年度に繰り越された。
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| 次年度使用額の使用計画 |
現在その成果について投稿準備の最終段階に入っており、次年度に発表費用として使用される予定である。
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