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本課題では，水溶液中の分子やイオンの流れと電極表面における電荷移動を伴う反応のカップリングに着目し，酸化還元反応や水和構造を介した分子・イオン流動のダイナミクスを扱うための新しい理論モデルおよびシミュレーション手法を開発することを目的とする．ここで，流体力学，分子動力学および量子力学の枠組みの中で現象を支配する主要因を抽出しながら，かつ相補性を保つ接続条件を見出すことが重要な課題である．その結果，溶媒／原子・分子・イオン／電子に見られるスケールの異なる現象を連成することが可能となり，マルチスケールの分子・イオンの流動シミュレーションが実現されることで上述の問題を克服するための工学的応用発展が期待される．
昨年度には，極性有機溶媒におけるリチウムイオンの溶媒和構造と塩濃度に依存する拡散係数の関係に着目し，理論モデルを構築して分子動力学シミュレーションを行った結果，溶媒和構造間の相互作用により流動性に変化がもたらされることが明らかとなった．他者の実験結果ともよく一致することが示され，現実の系をよく再現していることが確かめられた．
さらに本年度は，電極表面における酸化還元反応に着目し，電荷移動による電子状態の変化とそれによる電流電圧特性の変化を解析するための理論モデルを構築して評価した．特に，プラチナ触媒表面における酸素分子の還元反応を取り上げ，両者の相互作用による電子状態の変化を量子力学に基づいて解析し，非定常の電流電圧特性を導出して評価した．酸素分子がプラチナ表面に接近するとき，両者の相互作用により電荷移動が生じるが，外部電場に対して，双極子と電子数に変化が見られ，それらが電流密度の変化につながることが示された．これにより，従来の定常的な化学反応の解析に加えて，非定常場での反応を評価する一方法を提案した．
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