In silico design of innovative functional materials bearing bistability based on d-pi electron hybrid systems

基于 d-pi 电子混合系统的双稳态创新功能材料的计算机设计

• 批准号: 22H02050
• 负责人: 北河 康隆
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02050/
• 关键词: In silico分子デザイン; d-π複合電子系機能材料; 量子化学計算; バンド計算; 双安定性; d-π複合電子系機能性材料

本研究課題では、将来のデバイス素子として活用できる革新的な分子性機能材料の理論提案を目指し、『金属イオンとπ電子系の利点を有効に活用した、外場制御可能な双安定性化合物を、量子化学計算(QC)、バンド計算(BD)、そしてマテリアルズインフォマティクス（MI）を組み合わせることによりin silicoでデザインする』ことを目的としている。そのために、(1)QC、BD、MIの統合によるin silicoデザイン法の確立、(2)それぞれの状態で異なる物性を示す双安定性分子性化合物の理論提案、の２つが具体的な研究目標であり、最終的には新規機能性d-π複合電子系材料の提案までを遂行する。2022年度は、in silico分子デザインのスキームの確立を目指し、下記の研究を遂行した。(1)単核錯体を用いた研究：配位子としてビピリジン（bpy）を有するトリスビピリジン錯体（[Ru(bpy)3]）に着目し、分子構造とフロンティア軌道エネルギーの重回帰式を得た。(2) 金属二核錯体を用いた研究：Ruアセテート架橋パドルホイール錯体（[Ru2(O2CR)4]）に注目し、様々なπ共役系置換基（R）を架橋配位子に導入したモデル化合物の第一原理計算から、配位子と酸化還元状態、そしてフロンティア軌道エネルギーとの相関を明らかにした。(3) 表面上での開殻化合物の電子状態計算：バンド計算を用いた開殻系化合物を金属あるいは酸化物表面に吸着させた際の相互作用を解明した。(4) π共役化合物の励起状態の挙動の解明と集積構造による影響の解明。これらの結果は、英文論文２報、学会発表９２件（内、国際会議２５件、国内会議６７件）を通じて国内外に発表した。

This research topic is aimed at the theoretical proposal of innovative molecular functional materials for the future, the effective utilization of the advantages of metal and π electron systems, the control of possible bistable compounds by external fields, quantum chemical calculations (QC), calculation (BD), The first one is called "the first one." (1) Establishment of a method for the integration of QC, BD and MI in silico systems;(2) Theoretical proposals for bistable molecular compounds with different physical properties;(3) Specific research objectives; and (4) Final proposals for new functional d-π composite electronic materials. In 2022, the establishment of the molecular structure of silico was pointed out and the research was carried out. (1)Study on the use of single nuclear complex: ligand, orbital, molecular structure, molecular structure (2)Study on the Application of Metal Binary Complexes: Ru (2)(O2) CR (4) Ru (2) CR (4) Ru (4) Ru (4) CR (4) Ru (2) CR (4) Ru (4) Ru (4) CR (4) Ru (4) Ru 2) CR (4) Ru (4) Ru 2) CR (4) Ru 4 (4) Ru 2) Ru 2 (4) CR (4) Ru 4) Ru 4 (4) Ru 4) Ru 2 (4) CR (4) Ru 4) Ru 4 (3)Calculation of electronic states of open-shell compounds on the surface: application of calculations to explain adsorption interactions between open-shell compounds and metals (4)Explanation of excitation state of π-active compounds and influence of accumulation structure. 92 papers (25 at domestic and international conferences and 67 at domestic conferences) were published.

项目成果

Theoretical Study on Frontier Orbitals of Paddle-Wheel Type Dinuclear Ruthenium(II,II) Complexes Bearing Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Bridging Ligands

桥连配体中含多环芳烃的桨轮型双核钌(II,II)配合物前沿轨道的理论研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Keisuke Sasaki;Naoka Amamizu;Yusuke Kataoka;Hsiu-Hui Chen;I-Jui Hsu;Ryohei Kishi;Masayoshi Nakano;Yasutaka Kitagawa
• 通讯作者: Yasutaka Kitagawa

密度汎関数理論法を用いたダブルデッカー型テルビウム（III）フタロシアニン錯体の構造と磁気異方性に関する理論研究

密度泛函理论研究双层型铽(III)酞菁配合物的结构和磁各向异性

• 发表时间: 2023
• 作者: 益田 晃希;津田 雅大;林 優太;佐々木 啓介;西田 光博;本城 一樹;甘水 君佳;岸 亮平;北河 康隆
• 通讯作者: 北河 康隆

Theoretical Study on Frontier Orbitals of Paddle-Wheel Type Dinuclear Ruthenium Complexes Bearing Polycyclic Aromatic Hydrocarbons

含多环芳烃的桨轮型双核钌配合物前沿轨道的理论研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Keisuke Sasaki;Naoka Amamizu;Yusuke Kataoka;Hsiu-Hui Chen;I-Jui Hsu;Ryohei Kishi;Yasutaka Kitagawa
• 通讯作者: Yasutaka Kitagawa

原子価結合理論に基づく多電子第二超分極率密度解析

基于价键理论的多电子第二超极化密度分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉田 航;松井 啓史;中野 雅由;岸 亮平;北河 康隆
• 通讯作者: 北河 康隆

原子価結合(VB)配置間相互作用モデルに基づく一次元開殻分子集合系の電子構造についての理論研究：VB軌道の空間的広がり効果

基于价键（VB）构型相互作用模型的一维开壳层分子组装体系电子结构理论研究：VB轨道的空间展宽效应

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉田 航;重田 育照;松井 啓史;岸 亮平;北河 康隆
• 通讯作者: 北河 康隆