コンビナトリアル計算化学による光反応触媒の高速スクリーニングと理論設計

利用组合计算化学进行光反应催化剂的高速筛选和理论设计

• 批准号: 14050009
• 负责人: 宮本 明
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14050009/
• 关键词: コンビナトリアル計算化学; 光触媒; 高速スクリーニング; 理論設計; 高速化量子分子動力学法; 励起状態ダイナミクス; 酸化チタン; 精密化

計算化学が種々の触媒材料に適用され、触媒反応機構や被毒機構の解明に大きな成果を挙げている。しかし従来の計算化学は、実験的に理解されている現象の理論的解釈をその主目的としており、新規な触媒の開発に役立った例は殆どない。研究代表者らは計算化学にコンビナトリアルケミストリーの概念を導入した「コンビナトリアル計算化学」という新しい概念を提案し、実質的に役立つ計算化学による触媒設計を実現してきた。そのさらなる推進のため、従来の第一原理量子分子動力学法に比較し5000倍高速な新規高速化量子分子動力学法プログラムColorsの開発に成功している。一方、化石エネルギー資源の枯渇等環境問題の観点から、クリーンで安全なエネルギー獲得技術の要素技術として最も重要なものは光触媒であり、その理論的設計が切望されている。研究代表者らは既に、上記Colorsプログラムを用いて、大規模系での静的励起状態の計算に成功している。本研究では、上記Colorsプログラムを有限温度下での励起状態ダイナミクス計算が可能となるよう拡張し、世界に先駆けて光触媒反応の大規模シミュレーションが可能な高速化量子分子動力学プログラムの開発に成功した。この手法を用いて、Cu表面における有機分子の光分解過程初期ダイナミクスの検討に成功した。また、光触媒として重要なアナターゼ型酸化チタン触媒表面上でのダイオキシン分子の分解過程における初期ダイナミックスや、同触媒表面上での光による水分子の解離吸着過程を明らかにすることに成功した。また、本プログラムの高速性を最大限に生かした新規光触媒の高速スクリーニングを展開すべくさらなる高速化と精密化を行った。

Computational chemistry is used for catalytic materials, catalytic reaction mechanisms and toxic mechanisms. The theoretical solution of the phenomenon in computational chemistry is the main purpose of the new method of catalyst development. The research representative introduced the concept of computational chemistry, proposed new concepts, and realized the catalyst design of computational chemistry. The first principles quantum molecular dynamics method has been successfully developed at a speed of 5000 times higher than that of the first principles quantum molecular dynamics method. The most important aspect of environmental problems, such as the depletion of fossil resources, safety and environmental protection technologies, is the design of photocatalysts. The representative of the study noted that the calculation of static excitation state in large-scale systems was successful. In this study, we note that the calculation of excitation state under finite temperature is possible, and the large-scale simulation of photocatalytic reaction in the world is possible, and the development of high-speed quantum molecular dynamics is successful. This method was successfully applied to the initial stage of photolysis of organic molecules on the surface of Cu. In the early stage of the decomposition process of water molecules on the surface of photocatalyst, the process of dissociation and adsorption of water molecules on the surface of photocatalyst is successful. The maximum speed of photocatalysts is achieved by optimizing the speed and precision of photocatalysts.

项目成果

X.Wan et al.: "Theoretical Investigation on Functionalization of Alkanes by Rhodium Complex Catalyst"Organometallics. 21. 3703-3708 (2002)

X.Wan 等人：“铑络合物催化剂对烷烃官能化的理论研究”有机金属。

M.Elanany et al.: "Aquantum Molecular Dynamics Simulation Study of the Hydrolysis Step in Sol-Gel Process"The Journal of Physical Chemistry B. 107. 1518-1524 (2003)

M.Elanany 等：“溶胶-凝胶过程中水解步骤的量子分子动力学模拟研究”物理化学杂志 B. 107. 1518-1524 (2003)

X.Wang et al.: "Electronic Structures and Spectroscopic Properties of Dimers Cu_2, Ag_2, and Au_2 Calculated by Density Functional Theory"Journal of Molecular Structure (Theochem). 579. 221-227 (2002)

X.Wang等人：“通过密度泛函理论计算的二聚体Cu_2、Ag_2和Au_2的电子结构和光谱性质”分子结构杂志（Theochem）。

Y.Luo et al.: "The Adsorption of Nitrogen Oxides and Water on Rare-Earth Ion-Exchanged ZSM-5:A Density Functional Study"Applied Surface Science. 202. 283-288 (2002)

Y.Luo等：“稀土离子交换ZSM-5上氮氧化物和水的吸附：密度泛函研究”应用表面科学。

X.Wang et al.: "A Theoretical Study on Electronic Structures and Spectroscopic Properties of Cyclopropane in Ground and Excited States"Chemical Physics. 279. 7-14 (2002)

X.Wang等：“基态和激发态环丙烷电子结构和光谱性质的理论研究”化学物理。