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2022 年度 実績報告書

ダイレクト・アブイニシオMD法による光誘起・宇宙化学反応の理論解明

公募研究

研究領域次世代アストロケミストリー:素過程理解に基づく学理の再構築
研究課題/領域番号 21H05415
研究機関北海道大学

研究代表者

田地川 浩人  北海道大学, 工学研究院, 助教 (10207045)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
キーワード宇宙分子進化 / クラスター / 衝突反応 / 反応ダイナミクス / イオン化反応 / 電子捕捉反応 / 氷表面 / 温度効果
研究実績の概要

宇宙空間での化学反応は、光や宇宙線照射によって引き起こされる場合が多い。本研究では、ダイレクト・アブイニシオ分子動力学(AIMD)法を用いて、宇宙空間での光化学反応ダイナミクスの解明を行い、宇宙における「分子から生命への進化のメカニズム」を明らかにすることを目的とする。具体的な反応系として、 (1) 宇宙空間の分子クラスターの光反応ダイナミクスについての理論解明,および、(2)宇宙の氷の表面に吸着した分子への光照射効果の解明を行う.本年度は、以下の2テーマについて詳細な計算を行った。
(1) 一酸化炭素(CO)-水クラスターの光反応の解明:星間分子雲の氷は,水クラスターとCOから構成されている。本研究では、星間分子雲中の氷微粒子への光照射効果を理論的に研究した。CO-H2Oクラスターとして,CO分子と水分子1-4個からなる錯体をモデルクラスターとし, ダイレクトAIMD法を用いて光イオン化後の反応ダイナミクスを追尾した.イオン化後,水クラスター内でプロトン移動を起こすが,COと反応はしなかった.しかしながら,クラスターを振動励起させることにより,COと水分子由来のOHが反応し,活性なCO-OHラジカルが生成することが分かった.これは,クラスターの振動励起が反応を促進することを示唆している.
(2)宇宙の氷表面への紫外線照射効果:星間分子雲中の氷表面へ紫外線照射すると水素原子が表面から放出される。しかしながら,そのメカニズムは分かってなかった。本研究では、氷表面から放出する水素原子の運動エネルギーをクラスターモデルによって研究した。計算の結果、氷表面から生成する水素原子の運動エネルギーとして3種類あることがわかった。これらは, (a)直接脱離するタイプ,(b)衝突後脱離するタイプ,および(c)水素原子交換反応脱離するタイプの3つの起源があることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 1件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 6件)

  • [国際共同研究] Linkoping University(スウェーデン)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      Linkoping University
  • [雑誌論文] C-C Bond Formation Reaction Catalyzed by a Lithium Atom: Benzene-to-Biphenyl Coupling2023

    • 著者名/発表者名
      Tachikawa Hiroto
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 8 ページ: 10600~10606

    • DOI

      10.1021/acsomega.3c00520

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reaction Dynamics of NO+ with Water Clusters2022

    • 著者名/発表者名
      Tachikawa Hiroto
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 126 ページ: 119~124

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.1c09461

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation Mechanism of Odd- and Even-Numbered Hydrogen Cluster Cations Using the Direct Ab Initio Molecular Dynamics Approach2022

    • 著者名/発表者名
      Tachikawa Hiroto
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 126 ページ: 8225~8232

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.2c06355

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intracluster Reaction Dynamics of Ionized Micro-Hydrated Hydrogen Peroxide (H2O2): A Direct Ab Initio Molecular Dynamics Study2022

    • 著者名/発表者名
      Yamasaki Shuhei、Tachikawa Hiroto
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 7 ページ: 33866~33872

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c02730

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hydrogen Storage Mechanism in Sodium-Based Graphene Nanoflakes: A Density Functional Theory Study2022

    • 著者名/発表者名
      Tachikawa Hiroto、Yi Heewon、Iyama Tetsuji、Yamasaki Shuhei、Azumi Kazuhisa
    • 雑誌名

      Hydrogen

      巻: 3 ページ: 43~52

    • DOI

      10.3390/hydrogen3010003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structures and electronic states of trimer radical cations of coronene: DFT-ESR simulation study2022

    • 著者名/発表者名
      Tachikawa Hiroto、Lund Anders
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 24 ページ: 10318~10324

    • DOI

      10.1039/d1cp04638a

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of curvature on the mono-methylation of carbon belt surfaces using density functional theory2022

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Hiroshi、Tachikawa Hiroto
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 ページ: 061005~061005

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac6643

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dissociation mechanism of a C60-Li+ complex by microscopic hydration: density functional theory study2022

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Hiroshi、Tachikawa Hiroto
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 ページ: 071004~071004

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac78b0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of curvature on the activation energy of monomethylation of carbon belts: a DFT study2022

    • 著者名/発表者名
      Kawabata Hiroshi、Tachikawa Hiroto
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 15 ページ: 101001~101001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac8d4a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reactions of Graphene Nano-Flakes in Materials Chemistry and Astrophysics2022

    • 著者名/発表者名
      Tachikawa Hiroto、Iyama Tetsuji
    • 雑誌名

      Physchem

      巻: 2 ページ: 145~162

    • DOI

      10.3390/physchem2020011

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reaction mechanism of an intracluster SN2 reaction induced by electron capture2022

    • 著者名/発表者名
      Tachikawa Hiroto
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 24 ページ: 3941~3950

    • DOI

      10.1039/d1cp04697g

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrogen Storages Based on Graphene Nano-Flakes: Density Functional Theory Approach2022

    • 著者名/発表者名
      Tachikawa Hiroto
    • 雑誌名

      C

      巻: 8 ページ: 36~36

    • DOI

      10.3390/c8030036

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Molecular design of high density hydrogen storage devices: A DFT approach2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Tachikawa , Tetsuji Iyama, Hiroshi Kawabata
    • 学会等名
      15th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical study on curvature of carbon materials and efficiency of radical addition reactions2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kawabata, Tetsuji Iyama, Hiroto Tachikawa
    • 学会等名
      15th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • 国際学会
  • [学会発表] Density Functional Theory (DFT) Study on the Organic Radical-Functionalized Graphene2023

    • 著者名/発表者名
      Shigeaki Abe, Sirus Safaee, Ikuya Watanabe and Hiroto Tachikawa
    • 学会等名
      15th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • 国際学会
  • [学会発表] 金属ドープ・グラフェンへの水素吸着機構の理論解明2022

    • 著者名/発表者名
      井山哲二, 川畑弘, 田地川浩人
    • 学会等名
      第17回酸化グラフェンシンポジウム
  • [学会発表] 金属ドープグラフェンによる水素貯蔵メカニズム:理論的研究2022

    • 著者名/発表者名
      井山哲二, 川畑弘, 田地川浩人
    • 学会等名
      第49回 有機典型元素化学討論会
  • [学会発表] Hydrogen Storage Mechanism in the Graphene Nanoflake-Lithium-H2 System2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Tachikawa, Tetsuji Iyama, Hiroshi Kawabata
    • 学会等名
      35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Curvature on Radical Addition of Carbon Belt Surface using DFT2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kawabata, Tetsuji Iyama,  Hiroto Tachikawa
    • 学会等名
      35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Design of Organic Radical-Functionalized Graphene: Density Functional Theory (DFT) Study2022

    • 著者名/発表者名
      Shigeaki Abe, Ikuya Watanabe and Hiroto Tachikawa
    • 学会等名
      35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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