イオン液体に適した分極力場の開発と輸送現象の分子論的解明

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昨年度まで最適化した非分極力場を用いて[C2C1im]Cl系の輸送係数を評価したところ，電気伝導率と粘性率は最適化を経て収束した。その確度を検証するため，様々なイオン液体系で検証したところ，まず経験的な古典力場で得られる輸送係数は実験値と1オーダー程度異なる値を示した。一方で電荷分布とvdWパラメータも凝縮系における第一原理計算から最適化すると，計１３種のイオン液体系で組成によらない高い再現性が得られた。粘性率は実験値をやや過小評価するが，電気伝導率は実験値によく一致した。ここで各組成の分子の電荷分布の様態を評価したところ，電荷移動効果と分子内分極効果を表す物理量が相関関係を示したことから，凝縮系の多体効果を平均的に考慮できていることが実証された。本年度はさらにこれらの手法を，二酸化炭素を溶解させたガス吸収イオン液体，さらに尿素と混合させた機能性イオン溶液に適用し，混合溶液系における輸送物性の分子論について考察した。特に，疎水基が極端に長いイオン液体系のシミュレーションも行ったところ，実験結果に類似の不均一構造が再現でき，その中に溶存した二酸化炭素は，拡散係数から算出される摩擦係数が著しく小さくなることが分かった。さらに尿素系イオン液体として尿素-[C2C1im]Cl系に焦点を当てたところ，その高イオン伝導性を高い確度で再現できた。このとき尿素分子は，アニオンとカチオンのイオン結合を弱めて流動性をあげることから，分子潤滑剤のように振る舞いうることが分かった。これらのことから，本研究で得られた分子モデルの開発スキームは，複合系イオン液体の輸送物性推算においても機能することが分かった。