First-Principles Statistical Thermodynamics and Materials Informatics Considering Weak Interactions: Exploring Gas Separability of Deep Eutectic Solvents

考虑弱相互作用的第一性原理统计热力学和材料信息学：探索深共晶溶剂的气体分离性

• 批准号: 21H01894
• 负责人: 森 寛敏
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Chuo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01894/
• 关键词: 深共融溶媒; ガス分離能力; マテリアルズ・インフォマティクス; 弱い相互作用; 第一原理分子シミュレーション; 第一原理統計熱力学計算; COSMO-RS法; 弱い分子間相互作用; 塩化コリン; イオン性化合物; CO2分離回収液

2022年度は、高精度量子化学計算に基づく分子間相互作用解析と統計熱力学計算（拡張COSMO-RS）の応用計算により、深共融溶媒の CO2、炭化水素、硫化水素等のガス吸収量評価指針となる、ヘンリー定数の予測を実施した。具体的には、1,533,528 種類の候補から、イオン性をもつ化合物（塩化コリン等）を僅かに溶解させた深共融溶媒（96 種類）が、CO2 を上述の混在し得るガスからの分離吸収能力に優れていることを見出した。計算の結果は、既報の実験データを矛盾なく説明した。また、当該計算結果について、MACCSフィンガープリントに基づく化学情報学的解析から、塩化コリンを始めとしたイオン性化合物が水素結合ドナーとなる場合、ガス吸収液の機能が一般に低下する湿潤条件下でも優れた吸収能を発揮できることも予測された。従来の報告では、塩化コリン等は、もっぱら水素結合アクセプターとして用いられてきた。拡張COSMO-RS法により、水素結合ドナー/アクセプター性を量子化学計算に基づき定量評価した結果は、実験的な新たなトライをする可能性を暴き出したと言える。これらは球温暖化解決のための、安価な CO2 物理吸収液開発につながる成果として期待される。得られた成果は、ACS Omega誌でオープンアクセスの論文として発表の上、化学工学会およびアメリカ化学会で発表を行った。また、発表成果のイメージ図は、同論文誌のカバーアートとして採択された。

In 2022, high-precision quantum chemical calculation of basic molecular interaction analysis and statistical thermodynamics calculation (COSMO-RS) was carried out in the application calculation of CO2, carbonized water, sulfur water and other deep eutectic solvents. Specifically, there are 1,533,528 kinds of candidate compounds (such as chemical compounds), only 96 kinds of deep eutectic solvents (such as CO2), and excellent separation and absorption ability of CO2. The results of the calculation are contradictory to those reported. In addition, when the calculation results are obtained, MACCS can be used for chemical informatics analysis, chemical analysis, and chemical analysis. In the case where the chemical compound is water binding, the absorption function of the solution is generally low, and the absorption energy is excellent under humid conditions. In the future, the report will be submitted to the Ministry of Foreign Affairs, the Ministry of Foreign Affairs and the Ministry of Foreign Affairs. The COSMO-RS method is based on quantum chemical calculations to evaluate the potential of water binding. The solution of global warming is expected to be solved by the development of CO2 physical absorption solution. The results of the ACS Omega project were published in the Journal of Chemical Engineering and Chemical Engineering. The results of the study were published in the same journal as the results of the study.

项目成果

物性を直裁に記述する電子的特徴量を用いた MI によるものづくりの加速

使用直接描述物理属性的电子特征通过 MI 加速制造

• 发表时间: 2021
• 作者: Nishiuchi Tomohiko;Sotome Hikaru;Fukuuchi Risa;Kamada Kenji;Miyasaka Hiroshi;Kubo Takashi;Takanori Takiue;森 寛敏
• 通讯作者: 森 寛敏

機能性分子設計のための電子状態インフォマティクス

用于功能分子设计的电子态信息学

• 发表时间: 2022
• 作者: Maria del Carmen Marin Perez;今野雅恵;Laura Pedraza-Gonzalez;Luca De Vico;Massimo Olivucci;井上圭一;黒木菜保子・森寛敏
• 通讯作者: 黒木菜保子・森寛敏

第一原理統計熱力学計算による水素結合性混合有機溶媒のガス分離性の検討

使用第一原理统计热力学计算研究氢键混合有机溶剂的气体分离性

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Aoyama;K. Katayama;R. Abe-Yoshizumi;M. Sugiura;A. Rozenberg;I. Kaczmarczyk;D. Matzov;T. Nagata;M. Shalev-Benami;O. Beja;K. Inoue;Y. Furutani;H. Kandori;渡部栞・黒木菜保子・森寛敏
• 通讯作者: 渡部栞・黒木菜保子・森寛敏

イオン液体非水溶液の第一原理熱力学物性モデリング

离子液体非水溶液的第一性原理热力学模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: 黒木菜保子;渡部尚汰郎;森寛敏
• 通讯作者: 森寛敏

電子状態インフォマティクスによるガス吸収性イオン液体の最適化

利用电子态信息学优化吸收气体的离子液体

• 发表时间: 2022
• 作者: 山中美佳;瀧上世奈;松島彩夏;瀧上隆智;森寛敏
• 通讯作者: 森寛敏