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

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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。