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第一原理分子動力学法を用いたクラスレート水和物内部の分子運動の解明

使用第一原理分子动力学方法阐明笼形水合物内部的分子运动

基本信息

批准号：
13J05399
负责人：
平塚将起
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

次世代の環境・エネルギー技術として期待されるハイドレート技術の高度化には，ハイドレートの熱力学的な安定性やゲスト分子の占有率を決定する要因を深く理解することが不可欠である．本研究では，アルコールやハロゲン分子のような水分子との間に強い相互作用がはたらくゲスト分子において，ハイドレートが安定化するメカニズムを明らかにすることを目的とし．分子動力学法を用いたゲスト分子の運動の様子や水素結合の解析を行った．前年度に実施したフルオロメタンやブタノールを含むハイドレートの計算結果を踏まえ，本年度は異なるハロゲン原子を含むゲスト分子や，エタノールなどの異なるアルコールを包接するクラスレート水和物についても第一原理分子動力学計算を行い結果を比較した．その結果，分子の形状や大きさ，電気陰性度の違いに誘起されるゲスト分子の分布の違いや水素結合の形成され方の違いが明らかになった．ゲスト-ホスト間の水素結合の分布の違いはハイドレートのケージの構造や安定性に影響を与えており，ゲスト-ホスト間の強い相互作用がハイドレートの熱力学的な安定性に影響を及ぼすメカニズムについて知見を得ることができた．より強いゲスト-ホスト間相互作用をもつアンモニア分子を包接するクラスレート水和物についても分子動力学計算を行い，水素結合やゲスト分子の振る舞いを調べた．アンモニア分子はハイドレート内でイオン化しており，それに伴い格子を構成する水分子のプロトン移動が生じていることが示された．イオン化した分子はセミクラスレート水和物の構造を作る場合があることが知られているが，こうした構造が安定化になるメカニズムについて新たな知見を得られた．また，水素のように複数の分子がケージに取り込まれている場合や，水が重水に置き換わった場合に分子の運動や振動スペクトルが受ける影響についてもシミュレーションから明らかにした．

The next generation of environmental technology is looking forward to the development of advanced technology. The stability of the mechanics of the environment is determined by the deep understanding of the molecular occupancy of the technology. The molecules are not strong enough to interact with each other. The purpose of the molecular dynamics method is to use the combination of water and water in the molecular dynamics method to analyze the bank analysis. in the previous year, the calculation results show that the calculation results show that there is a significant difference in the results of the calculation. This year, the molecular dynamical method is based on the combination of water and water. The results of the first principle molecular dynamics calculation are compared with each other. The results show that the molecular shape is very large. The distribution of molecular weight, the molecular distribution, the stability, the water, the stability, the stability. The stability of the mechanical properties and the knowledge of the mechanical properties of the interaction are known to be known. The interaction between the two molecules is not strong, and the calculation of molecular dynamics is based on the package of the molecules. The combination of water and water molecules is sensitive to the formation of water molecules, which is known to be sensitive to the formation of water molecules. In the process of stabilizing the system, the new information is known to the public. The water content is more complex than the number of molecules. The water supply is used in the system. The heavy water supply is used to reduce the frequency of the molecule. The vibration response is affected.