励起状態化学反応解析のための量子多成分系理論の確立と応用計算

量子多元体系理论的建立及激发态化学反应分析的应用计算

基本信息

批准号：
21K04991
负责人：
宇田川太郎
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Gifu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、申請者が開発してきた、水素原子核の量子揺らぎを直接取り込んだ量子多成分系理論による化学反応解析法(量子多成分系CI-NEB法)を深化させ、電子基底状態のみならず電子励起状態の化学反応をも取り扱える新しい量子多成分系理論を確立する。具体的には、1. 量子多成分系時間依存密度汎関数理論(TDDFT法)の開発を通じ、水素原子核の量子揺らぎを直接考慮した電子励起状態計算を実現する。さらに、2. 量子多成分系凍結ストリング法を開発することで、電子励起状態の化学反応解析に向けた量子多成分系 CI-NEB法の高速化を達成し、量子多成分系理論による化学反応解析の適用対象を劇的に拡大する。開発した計算手法を用い、3. 8-ヒドロキシキノリンおよび10-ヒドロキシベンゾキノリン中で起こる励起状態プロトン移動反応の、水素原子核の量揺らぎを考慮した解析を実現する。さらに、4. 開発した手法を用い、励起状態二重プロトン移動反応や多段階励起状態プロトン移動反応についても、水素原子核の量子揺らぎを考慮した解析を初めて実現する。本年度は、項目3および4について主に取り組んだ。項目3については、研究が順調に進んでいたことから前年度より取り組み始めていたものである。8-ヒドロキシキノリンおよび10-ヒドロキシベンゾキノリン中の励起状態において起きるプロトン移動反応に対して、開発した量子多成分系TDDFT法を用いて解析し、励起状態プロトン移動反応に対する原子核の量子効果、H/D同位体効果を明らかにした。また、基底状態において決定した、量子多成分系理論に適した原子核基底関数が、励起状態計算にも適用可能であることを示した。また、項目4についても取り組み始めた。

在本研究中，我们将深化申请人开发的基于量子多组分系统理论的化学反应分析方法（量子多组分CI-NEB方法），该方法直接结合氢原子核的量子涨落，不仅可以分析电子我们将建立一种新的量子多组分系统理论，可以处理电子激发态的化学反应。具体来说，1.通过发展量子多元瞬态密度泛函理论（TDDFT方法），我们将实现直接考虑氢核量子涨落的电子激发态计算。此外，2.通过发展量子多元体系冻结弦方法，实现了用于电子激发态化学反应分析的量子多元体系CI-NEB方法的加速，实现了基于量子多元体系的化学反应。极大地扩展了组件系统理论的分析范围。 3. 使用开发的计算方法，我们将分析8-羟基喹啉和10-羟基苯并喹啉中发生的激发态质子转移反应，同时考虑氢核数量的波动。此外，4.利用所开发的方法，我们将首次能够通过考虑氢核的量子涨落来分析激发态双质子转移反应和多步激发态质子转移反应。今年我们主要做了第3项和第4项工作。关于第三项，我们去年就开始做，因为研究进展顺利。利用开发的量子多元TDDFT方法分析了8-羟基喹啉和10-羟基苯并喹啉在激发态下发生的质子转移反应，阐明了原子核对激发态质子转移反应的量子效应、H/D同位素效应。我们还表明，在基态确定的、适用于量子多组分系统理论的核基函数也可以应用于激发态计算。我们还开始研究第 4 项。

项目成果

期刊论文数量（29）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ベンゼンおよびベンゼン-d6で観測されるほぼ等しいC-H/C-D結合長に対する経路積分分子動力学シミュレーションによる考察

考虑使用路径积分分子动力学模拟在苯和苯-d6 中观察到几乎相等的 C-H/C-D 键长

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nishiuchi Tomohiko;Makihara Yuta;Kishi Ryohei;Sato Hiroyasu;Kubo Takashi;宇田川太郎
通讯作者：
宇田川太郎

経路積分分子動力学法を用いた芳香族性に対する量子効果の解析

路径积分分子动力学方法分析芳香性的量子效应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
田中輝;桑畑和明;立川仁典;宇田川太郎
通讯作者：
宇田川太郎

経路積分分子動力学法を用いたカチオン化したサリチルアルデヒドの分子内水素結合構造に関する理論的解析

路径积分分子动力学方法理论分析阳离子化水杨醛分子内氢键结构

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
田中輝;桑畑和明;立川仁典;宇田川太郎
通讯作者：
宇田川太郎

Direct elucidation of the reason for almost the same bond lengths for C-H and C-D bonds in C6H6 and C6D6: a path integral molecular dynamics study

直接阐明C6H6和C6D6中C-H和C-D键键长几乎相同的原因：路径积分分子动力学研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Taro Udagawa;Hikaru Tanaka;Kazuaki Kuwahata;Masaaki Baba;Tsuneo Hirano;Umpei Nagashima;Masanori Tachikawa
通讯作者：
Masanori Tachikawa

経路積分分子動力学法を用いたFujikurin A-D中の分子内水素結合構造に関する理論的解析

利用路径积分分子动力学方法对Fujikurin A-D分子内氢键结构进行理论分析