2018 Fiscal Year Annual Research Report
溶液内の遷移金属錯体・クラスターの安定性とダイナミックスに関する講究
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17H03009
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
佐藤 啓文 京都大学, 工学研究科, 教授 (70290905)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井内 哲 名古屋大学, 情報学研究科, 助教 (50535060)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 量子化学 / モデルハミルトニアン / 遷移金属錯体 / 液体の統計力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の活動で得られた成果の一部は以下の通りである。
（１）かご型球状錯体MnL2n(n=2から12)に対して量子力学モデル(QMHM)による計算を完了し、一般化ボルンモデルに基づく溶媒和効果の検討を行った。対アニオンの効果などについても考慮しながら、現実の系におけるこれら錯体の相対的安定性を議論した。
（２）東京大学佃研究室で観測されているAlnC2-の構造探索を行い、サイズ毎の安定構造について調査した。Distance geometryに基づく探索アルゴリズムを開発することによって、広域な構造探索を可能とした。量子力学モデル(QMHM)の利用や、より簡便な経験ポテンシャルの利用によるエネルギー評価も検討したが、最終的には小サイズのクラスターについてCCSD法などの高精度計算法と比較しながら汎用の密度汎関数理論を用いた。n=11までで最安定構造の他に準安定構造（異性体）を900以上見つけ出すことに成功した。
（３）相互作用する分子の集合過程を記述する上で、自由度数が多くなると3D-SSSV法などの時間依存分布関数を通じた取り扱いが困難である。そこで自己集合系を対象に粗視化モデルを新たに作成し、形成経路を特徴付ける試みを行った。具体的には分子動力学計算を行ってエネルギー面の大域的探索を行った。得られた構造群をクラスタリングを用いて分類して遷移過程を特徴付けることで反応経路を浮き彫りにした。
（４）分子の構造は三次元の直交座標系を用いて規定されるが、Z-matrixなどの内部座標でも表現される。一般に後者には恣意性や冗長性がある。そこで対称座標を導入することでこれら複数の座標表現を結びつけ、冗長性を取り除くプログラムコードを開発し、具体的な分子へ適用した。
（５）液体の静的構造に着目し、基本測度理論を利用しながら古典的な密度汎関数理論の構築に取り組んだ。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題では、(A) 物理化学的に見通しの良い、分子の電子状態を記述する量子化学の方法論、(B) 溶媒和や、拡散に代表される物質輸送現象を解析的・代数的に扱う統計力学理論を二つの柱として掲げている。前者においては、個別の系の性質を精査しながら、量子力学モデル(QMHM)や汎用の量子化学計算を適用している。含炭素アルミニウムアニオンクラスターの研究が完了するなど順調に進捗している。後者に関しては、液体構造を精度よく計算するためにより第一原理的な立場から方法論の構築に取り組んでいる。さらに(A)と(B)二つの観点の統合を目指し、分子やその集団がとりうる構造、輸送現象などダイナミクスを記述する方法について調査を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前項の(A)については、これまで取り組んできた量子力学モデル(QMHM)を用いて遷移金属錯体の計算に関して、 溶媒和効果を含む相対的な安定性について得た結果の取りまとめを進める。また分子の電子状態を記述する上で、実験との直接的な比較を行いやすい物理量を対象とした方法論の開発に取り組む。具体的にはNMR化学シフト(磁気遮蔽)を取り上げ、溶媒和に伴う電子状態の変化をより定量的に議論できる基盤整備を目指す。さらに前年度含炭素アルミニウムアニオンクラスターの研究において用いたdistance geometryに基づく探索アルゴリズムは、クラスターのように個別の原子が単位となって集合している系の構造探索には有効であるので、一般の多原子分子への拡張を検討する。(B)については、より体系的でより高精度の記述ができる分子性液体の統計力学理論が必要であることから、古典的密度汎関数理論に基づく研究を継続し、多原子分子からなる液体の静的構造(分布関数)の精密化を図り、構造とダイナミクスに対する理解を深める。
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