ハイブリッド型第一原理分子動力学法による超臨界水中の反応に関する研究

混合从头算分子动力学方法研究超临界水反应

• 批准号: 03J04075
• 负责人: 堀 拓実
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J04075/
• 关键词: 超臨界水; 水触媒反応; QM; MM; DFT; 溶媒和自由エネルギー; Real-Space Grid; 並列計算; Therory of Energy Representation; イオン反応; 溶媒効果; Real-Space Grids; 塩化メチル

本年度は、プログラムの汎用性を高め、超臨界水中の様々な反応系にQM/MM法を適用できるようにするための研究を行い、以下の成果を得た。一連の研究により、超臨界水中での量子化学をベースとした自由エネルギー計算の方法論、及びそれを様々な系に適用できる柔軟なプログラムの開発が完了した。1.分子内QM/MMプログラムの開発様々な系に柔軟に適応するために、分子内QM/MM法のプログラムを開発した。これまでに開発したQM/MM法のプログラムをベースに、分子力学計算の汎用パッケージであるTINKERを組み込み分子内QM/MM計算ができるように拡張した。これにより、溶質分子が大規模になっても計算が可能になった。2.QM/MMプログラムの並列化現実的な時間で計算を実行できるようにするために、QM/MMプログラムの並列化を行った。量子化学計算部分に採用した実空間グリッド法の利点が充分に発揮され、並列化したプログラムの効率は最大で90%に達した。これは既存のQM/MMプログラムと比べても明らかに優れた結果であると言える。3.エネルギー表示の理論による反応の自由エネルギー計算反応を評価する上で、最も重要な量である活性化エネルギーを高速かつ高精度に計算するためにエネルギー表示の理論を導入し、QM/MM法と融合させた。導入したプログラムを適用して、水の自己解離の自由エネルギー変化の計算を行い、超臨界水中でイオン種が溶媒の密度増加に伴って安定化される原因はエントロピーの増加にあることを明らかにした。エネルギー表示の理論の導入により、超臨界水中の反応の活性化自由エネルギーも現実的な時間で定量的に求めることが可能になった。

今年，我们进行了研究，以提高程序的多功能性，并使QM/MM方法在超临界水中的各种反应系统中应用，并实现了以下结果。一系列研究得出了基于超临界水中量子化学的自由能计算方法的开发，以及可以应用于各种系统的灵活程序。 1。分子内QM/mm程序的开发为了灵活地适应各种系统，我们开发了分子内QM/mm程序。基于到目前为止开发的QM/MM方法计划，Tinker是分子力学计算的一般软件包，已扩展，以允许进行分子内QM/mm计算。这使得即使溶质分子大规模计算也可以计算。 2。QM/mm程序的并行化，以便在现实的时间内执行计算，QM/mm程序是并行的。完全实现了用于量子化学计算的真实空间网格方法的优势，并行化程序的效率达到了90％。显然，这比现有的QM/mm程序更好。 3。基于能量理论的反应计算，引入了能量显示理论，以计算最重要的激活能量，这是最重要的量，高速和高精度，并与QM/mm方法融合在一起。使用引入的程序，我们计算了水自分解的自由能变化，并揭示了超临界水中离子物种稳定的原因，因为溶剂的密度增加是由于熵的增加所致。通过引入能量显示理论，可以定量确定超临界水中反应的激活自由能。

项目成果

Takumi HORI: "Hybrid quantum chemical studies for the methanol formation reaction assisted by the proton transfer mechanism in supercritical water : CH_3Cl+ nH_2O→CH_3OH+HCl+(n-1) H_20"The Journal of Chemical Physics. 119・16. 8492-8499 (2003)

Takumi HORI：“超临界水中质子转移机制辅助的甲醇形成反应的混合量子化学研究：CH_3Cl+ nH_2O→CH_3OH+HCl+(n-1) H_20”《化学物理杂志》119・16。 2003）

An application of the novel quantum mechanical/molecular mechanical method combined with the theory of energy representation

新型量子力学/分子力学方法结合能量表示理论的应用

• 发表时间: 2005
• 期刊: Journal of Chemical Physics 119
• 作者: H.Takakashi