Development of simulation method about swelling soft structure by intercalation

软结构插层膨胀模拟方法的发展

• 批准号: 21K14705
• 负责人: 宮川 雅矢
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kogakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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-21K14705/
• 关键词: 分子動力学法; 吸着; 層状粘土鉱物; モンモリロナイト; 有機粘土; 分子動力学シミュレーション; 有機修飾粘土; インターカレーション; 発光

前年度は粉体どうしを混ぜ合わせることによって進行する固相吸着に関するシミュレーション法を開発した．今年度は有機粘土が一般的に用いられる液相吸着反応について，材料としての最適化およびシミュレーション法の開発を目的とした．吸着量は有機粘土・吸着質の種類によって大きく異なり，混ぜてみないと分からないというのが現状である．この問題を機械学習を用いて解決できないか検討した．具体的には，液相吸着に関する実験データを論文から収集し，学習モデルを構築した．その結果，テストデータを入力したときの吸着量は実験値をよく再現し，実験せずとも吸着量が予想することに成功した．また，これまではわからなかったホストである粘土・修飾材である有機カチオン・吸着質がそれぞれ吸着量に対してどの程度影響を及ぼすのかを，平衡濃度ごとに定量的に明らかにした．液相吸着シミュレーションの開発については，含水率の推定および含水構造の決定を中心に検討した．熱重量分析（TG）の実験データから含水率を見積もることで，含水有機粘土のモデリングを行い，疎水的と考えられている層間に水がインターカレートされることでカチオンの配座・配向がどのように変わるかを明らかにした．次に，吸着等温線データから吸着量を算出することで，液相における吸着構造のモデリングをおこなった．その結果，吸着質をベンゼンとしたときの吸着量のカチオン種依存性は有機粘土の表面構造の違いによって説明できることを明らかにした．

在上一年，我们开发了一种用于固相吸附的模拟方法，该方法通过将粉末混合在一起而进行。今年，目的是优化液相吸附反应，该反应通常使用有机球酶，并开发模拟方法。吸附量取决于有机粘土和吸附物的类型，而当前情况是，直到您混合后才知道它。我们研究了是否可以使用机器学习解决此问题。具体而言，从纸张中收集了有关液相吸附的实验数据，并构建了学习模型。结果，在输入测试数据时的吸附量很好地重现为实验值，并且可以预测无需实验的吸附量。此外，我们定量阐明了以前未知的宿主粘土，改性材料，有机阳离子和吸附物对每个平衡浓度都会影响吸附量的程度。液相吸附模拟的开发集中在估计水分含量和确定水分含量结构上。通过从热重分析（TG）的实验数据中估算水分含量，我们对含水的有机千万酶进行了建模，并揭示了当水在被认为是疏水性的层之间插入水时，阳离子的构象和方向如何变化。接下来，通过从吸附等温度数据中计算吸附量，我们对液相中的吸附结构进行了建模。结果，据揭示了当用作吸附剂时，吸附量的阳离子物种依赖性可以通过细胞组织表面结构的差异来解释。

项目成果

機械学習による有機粘土が示す吸着量の決定因子の探究

使用机器学习探索有机粘土吸附量的决定因素

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayato Shobuke;Takumi Matsumoto;Masaya Miyagawa;Hiromitsu Takaba;宮川雅矢，廣澤史也，正部家隼人，田中秀樹，中戸晃之，高羽洋充;正部家隼人，宮川雅矢，高羽洋充
• 通讯作者: 正部家隼人，宮川雅矢，高羽洋充

Prediction of adsorption amount of aromatic compounds in organoclay by machine learning

通过机器学习预测有机粘土中芳香族化合物的吸附量

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayato Shobuke;Takumi Matsumoto;Masaya Miyagawa;Hiromitsu Takaba
• 通讯作者: Hiromitsu Takaba

分子動力学法を用いた有機修飾モンモリロナイトの水による飽和膨潤状態の推定

利用分子动力学方法估算有机改性蒙脱石遇水饱和溶胀状态

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayato Shobuke;Takumi Matsumoto;Masaya Miyagawa;Hiromitsu Takaba;宮川雅矢，廣澤史也，正部家隼人，田中秀樹，中戸晃之，高羽洋充;正部家隼人，宮川雅矢，高羽洋充;正部家隼人，松本拓海，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;西村翔馬，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充
• 通讯作者: 西村翔馬，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充

水で膨潤したアルキルアンモニウムイオン修飾モンモリロナイトの構造およびフェノール類の吸着サイトの計算化学による解明

通过计算化学阐明水溶胀烷基铵离子改性蒙脱石的结构和苯酚吸附位点

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayato Shobuke;Takumi Matsumoto;Masaya Miyagawa;Hiromitsu Takaba;宮川雅矢，廣澤史也，正部家隼人，田中秀樹，中戸晃之，高羽洋充;正部家隼人，宮川雅矢，高羽洋充;正部家隼人，松本拓海，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;西村翔馬，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;宮川雅矢，濤崎啓吾，廣澤史也，高羽洋充
• 通讯作者: 宮川雅矢，濤崎啓吾，廣澤史也，高羽洋充

機械学習による有機粘土吸着材の吸着特性予測

使用机器学习预测有机粘土吸附剂的吸附特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayato Shobuke;Takumi Matsumoto;Masaya Miyagawa;Hiromitsu Takaba;宮川雅矢，廣澤史也，正部家隼人，田中秀樹，中戸晃之，高羽洋充;正部家隼人，宮川雅矢，高羽洋充;正部家隼人，松本拓海，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;西村翔馬，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;宮川雅矢，濤崎啓吾，廣澤史也，高羽洋充;西村翔馬，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充;正部家隼人，松本拓海，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充
• 通讯作者: 正部家隼人，松本拓海，廣澤史也，宮川雅矢，高羽洋充