Materials informatics of mixed ionic liquids towered efficient CO2 capture

常温溶融塩であるイオン液体は、CO2を物理吸収することができる。イオン液体をCO2吸収剤として化学プロセスに応用するには、CO2を高速に吸収可能なイオン液体の設計が必須である。吸収速度は外圧とイオン液体の粘性に支配されるため、理論的にイオン液体を設計するには、圧力制御下で分子の拡散ダイナミクスを詳細に調査せねばならない。本年度に得られた成果は、以下の二点である。（１）高圧下の液体物性を予測可能な分子動力学（MD）法の提案：液体物性をMD法により求めるには、分子間相互作用を高精度に記述できる汎用力場の作成が必須である。本研究では、第一原理計算に基づく可分極力場として、有効フラグメントポテンシャル（EFP）に着目した。EFP-MD法が高圧下の液体物性評価に利用可能か否か調査するため、実測数が多いNH3を対象とし、液体から超臨界状態までシミュレーションを行った。その結果、EFP-MD法により超臨界状態を含めた液体物性を半定量的かつ簡便に予測できることが示された。本成果は、手軽な液体物性予測の実現可能性を拓いたという点において学術的意義が高く、国際誌J. Phys. Chem. B（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.8b07446）の内表紙（https://pubs.acs.org/toc/jpcbfk/123/1#）に選出された。（２）有機アニオンデータベースの拡張：イオン液体のマテリアルズインフォマティクスを行うには、有機分子イオンの幾何構造と電子状態に関するデータを大量に得ることが必須である。本年度は、新たな有機イオン骨格を提案することを目指し、アニオンデータベースを重点的に拡張した。結果として、前年度に比べ10倍のアニオンデータベースを用意することができ、探索可能な混合イオン液体の範囲を100倍拡張することに成功した。

常温溶融塩であるイオン液体は、CO2を物理吸収することができる。イオン液体をCO2吸収剤として化学プロセスに応用するには、CO2を高速に吸収可能なイオン液体の設計が必須である。吸収速度は外圧とイオン液体の粘性に支配されるため、理論的にイオン液体を設計するには、圧力制御下で分子の拡散ダイナミクスを詳細に調査せねばならない。本年度に得られた成果は、以下の二点である。（１）高圧下の液体物性を予測可能な分子動力学（MD）法の提案：液体物性をMD法により求めるには、分子間相互作用を高精度に記述できる汎用力場の作成が必須である。本研究では、第一原理計算に基づく可分極力場として、有効フラグメントポテンシャル（EFP）に着目した。EFP-MD法が高圧下の液体物性評価に利用可能か否か調査するため、実測数が多いNH3を対象とし、液体から超臨界状態までシミュレーションを行った。その結果、EFP-MD法により超臨界状態を含めた液体物性を半定量的かつ簡便に予測できることが示された。本成果は、手軽な液体物性予測の実現可能性を拓いたという点において学術的意義が高く、国際誌J. Phys. Chem. B（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.8b07446）の内表紙（https://pubs.acs.org/toc/jpcbfk/123/1#）に選出された。（２）有機アニオンデータベースの拡張：イオン液体のマテリアルズインフォマティクスを行うには、有機分子イオンの幾何構造と電子状態に関するデータを大量に得ることが必須である。本年度は、新たな有機イオン骨格を提案することを目指し、アニオンデータベースを重点的に拡張した。結果として、前年度に比べ10倍のアニオンデータベースを用意することができ、探索可能な混合イオン液体の範囲を100倍拡張することに成功した。