第一原理分子動力学法の反応経路地図解析と励起ダイナミクスへの展開

点击翻译按钮获取中文摘要

固有反応座標（IRC）はポテンシャルエネルギー曲面（PES）において反応物、遷移状態構造、生成物を結ぶ最小エネルギー経路であり、IRCに沿った構造変化やエネルギー変化から化学反応に関する直観的描像が得られる。近年、反応経路自動探索法により複数の異性体がIRCで結ばれた反応経路地図が構築され、反応機構解析へと展開されている。しかし、実際の分子系は運動量を持って反応するためダイナミクスの効果も重要である。経験的なパラメータを必要としないab initio分子動力学法は運動量が考慮された動的反応過程を与えるが、膨大な時系列データであるため恣意性なしに反応に関与する情報を抜き出すことは困難であった。PES上のエネルギー的に重要な領域である反応経路地図上で反応ダイナミクスを表現できれば、複雑な動的反応過程を複数のIRCを参照しながら解析可能になる。昨年度までに、多次元データ縮約法（古典的多次元尺度構成法）による化学反応空間の可視化に取り組み、反応ダイナミクスを表現するための舞台を構築してきた。本年度は可視化された反応空間へ動的反応過程を埋め込む方法論を整備し、二分子衝突反応や金5量体の分岐反応、異性化反応へ適用することで、従来の反応ダイナミクス解析では見落とされていたIRCから他のIRCへ乗り移るようなIRC-jump過程を見出した。特に金5量体の分岐反応では、IRC-jumpによって到達可能な生成物領域が決定づけられることを明らかにした。さらに当該年度では、本手法をcis-スチルベンの光化学反応解析へ拡張した。本研究では、基底状態及び励起状態PESにおける重要な座標領域を含む多状態反応空間を構築し、光励起後から基底状態へ失活するまでの動的反応過程を可視化した。これにより、本手法は励起状態ダイナミクスと基底状態への失活ダイナミクスを包括的に議論可能なツールであることが実証された。