Computational elucidation and design of luminescent organic elastic crystals

发光有机弹性晶体的计算阐明和设计

基本信息

批准号：
19K05443
负责人：
河東田道夫
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

エラスティック有機分子結晶の合理的デザイン方法の開発の研究については、前年度に改良を行ったエラスティック有機分子結晶構造予測システムを元にフレキシブル分子結晶の構造探索をより効率的に行うため、以下2項目に関して改良を行った。(1)結晶構造安定性評価の高精度化を目的として、調和振動子近似に基づくフォノン計算・自由エネルギー計算手法を開発し実装した。(2)高い吸収特性を持つ有機分子結晶の自動探索を実現するため、半経験的分子軌道法の一種であるGFN2-xTBを用いた時間依存密度汎関数理論(TD-DFT)計算による励起状態計算と組み合わせたシステムを開発した。エラスティック有機分子結晶のシミュレーションと実験による弾性機構解明の研究については、昨年度に続いて、Lammpsを活用した古典分子動力学シミュレーションによる以下2項目に関して評価手法の開発を行った。(1)フレキシブルな分子結晶の構造変化で重要となる回転可能な分子内二面角パラメーターの精度に問題があるため、パラメータをGFN2-xTBを用いて自動決定する機能を実装した。(2)分子ミュレーション結果の構造スナップショットに対して、GFN2-xTBに基づくTD-DFT計算を自動実行し吸収スペクトルを計算する機能を実装した。開発したシステムを用い、9,10ジブロモアントラセン結晶を対象に引長・せん断変形シミュレーションのためのモデルを決定し、単位セルを伸長・変形させたシミュレーションを実施した構造変化を評価したところ、昨年度に実施した結果とよく一致し、実験の先行研究で報告したポアソン比と吸収スペクトル変化をよく再現することを確認した。

关于开发弹性有机分子晶体合理设计方法的研究，为了在前一年改进的弹性有机分子晶体结构预测系统的基础上，更高效地寻找柔性分子晶体的结构，我们将进行以下工作研究进行了两项改进。 (1)为了提高晶体结构稳定性评估的准确性，我们开发并实现了基于谐振子近似的声子计算和自由能计算方法。（2）利用半经验分子轨道方法GFN2-xTB，通过时间相关密度泛函理论（TD-DFT）计算激发态，实现自动搜索具有高吸收特性的有机分子晶体。结合了计算。延续去年通过模拟和实验阐明弹性有机分子晶体的弹性机制的研究，我们利用 Lammps 的经典分子动力学模拟开发了以下两项的评估方法。 (1) 由于可旋转分子内二面角参数的准确性存在问题，该参数对于柔性分子晶体的结构变化很重要，因此我们使用GFN2-xTB实现了自动确定参数的功能。 (2)我们实现了基于GFN2-xTB自动进行TD-DFT计算的功能，并计算分子模拟结果的结构快照的吸收光谱。使用开发的系统，我们确定了 9,10 二溴蒽晶体的伸长和剪切变形模拟模型，并通过对晶胞伸长和变形进行模拟来评估结构变化，结果与实验结果非常吻合。经证实，先前实验研究中报告的泊松比和吸收光谱变化得到了很好的再现。