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Taketsugu Tetsuya

Faculty of Science Chemistry Physical ChemistryProfessor
Faculty of EngineeringProfessor
Institute for Integrated Innovations Institute for Chemical Reaction Design and DiscoveryProfessor
Research Center of Mathematics for Social CreativityProfessor

Researcher basic information

■ Degree
  • Ph. D, The University of Tokyo
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • quantum chemistry
  • Reaction Dynamics
  • Computational Chemistry
  • Theoretical Chemistry
Research Field
  • Nanotechnology/Materials, Fundamental physical chemistry, Theoretical Chemistry
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Apr. 2005 - Present
    Hokkaido University, Faculty of Science, Department of Chemistry, 教授
  • Apr. 1999 - Mar. 2005
    Ochanomizu University, Faculty of Science, 助教授
  • Nov. 1995 - Mar. 1999
    The University of Tokyo, The Graduate School of Engineering, Department of Applied Chemistry, 助手
  • 1994 - 1995
    アイオワ州立大学 博士研究員
Educational Background
  • Mar. 1994, The University of Tokyo, The Graduate School of Engineering, 工業化学専攻 博士後期課程, Japan
  • Mar. 1991, The University of Tokyo, The Graduate School of Engineering, 合成化学専攻 修士課程, Japan
  • Mar. 1989, The University of Tokyo, Faculty of Engineering, Department of Synthetic Chemistry
Position History
  • 教育研究評議会評議員, 2018年4月1日 - 2020年3月31日
  • 大学院総合化学院長, 2018年4月1日 - 2020年3月31日
  • 大学院総合化学院副学院長, 2014年4月1日 - 2016年3月31日

Research activity information

■ Awards
  • Sep. 2024, Japan Society for Molecular Science, The 15th Award of the Japan Society for Molecular Science
    Deepening the Understanding of Chemical Reaction Dynamics Based on the Concept of Reaction Pathways
    Tetsuya Taketsugu
  • Feb. 2021, Hokkaido University, The Hokkaido University President’s Award for Excellence in Research and Education for AY2020
    Tetsuya Taketsugu
  • Mar. 2019, The Chemical Society of Japan, The CSJ Award for Creative Work
    Ab Initio Elucidation of Electronically-Excited Reaction Processes and Dynamics
    TAKETSUGU Tetsuya
■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Books and other publications
  • 密度汎関数法による量子化学計算 (KS化学専門書)
    常田貴夫; 武次徹也; 小林正人; 岩佐豪; Andrey Lyalin; 斉田謙一郎; 小野ゆり子; 堤拓朗; 和田諒; 赤間知子
    講談社, 29 May 2025, 4065396786, 256, Japanese, Textbook, [Joint editor]
  • ケモインフォマティクスにおけるデータ収集の最適化と解析手法
    岩佐豪; 小林正人; 武次徹也, 第3章 第2節 計算化学研究におけるスパースモデリングの応用 pp 92-100
    技術情報協会, Apr. 2023, 657, pp 92-100, Japanese, Scholarly book, [Contributor]
  • 計算化学
    Jensen, Frank; 五十幡, 康弘; 内田, 希; 神谷, 宗明; 北, 幸海; 小林, 正人 (物理化学); 佐藤, 啓文; 重田, 育照; 砂賀, 彩光; 武次, 徹也; 常田, 貴夫; 長谷川, 淳也; 波田, 雅彦; 森, 聖治; 後藤, 仁志; 立川, 仁典; 長嶋, 雲兵
    森北出版, Mar. 2023, 9784627242333, xx, 882p, Japanese
  • Time-Dependent Density Functional Theory: Nonadiabatic Molecular Dynamics
    Tetsuya Taketsugu; Takuro Tsutsumi; Yu Harabuchi; Takao Tsuneda, Chapter 2. On-the-fly excited-state molecular dynamics study based on spin-flip TDDFT approach: photo-branching reaction of stilbene and stilbene derivatives, pp39-73
    Jenny Stanford Publishing, 29 Dec. 2022, 9814968420, 504, pp39-73, English, Scholarly book, [Peer-reviewed], [Contributor]
  • Spectroscopy and computation of hydrogen-bonded systems
    Tetsuya Taketsugu; Yusuke Ootani, chapter 3. Trajectory on-the-fly Molecular Dynamics Approach to Tunneling Splitting in the Electronic Ground and Excited States, pp65-80
    Wiley-VCH, 27 Dec. 2022, 3527349723, 544, pp65-80, English, Scholarly book, [Peer-reviewed], [Contributor]
  • 化学便覧 基礎編 改訂6版
    武次徹也; 小林正人, 「理論化学,計算化学,情報化学」17章2.3節 化学反応
    丸善出版, Jan. 2021, 9784621305218, xviii, 1509p, pp1276-1278, Japanese, Dictionary or encycropedia, [Peer-reviewed], [Contributor]
  • 触媒の劣化対策、長寿命化
    武次徹也; Andrey Lyalin, 第12章 触媒の貴金属低減化、貴金属フリー技術 第6節 新電極触媒BN/Au:理論提案から実験実証へ
    技術情報協会, Nov. 2020, 9784861048142, 579p, pp 571-579, Japanese, Scholarly book, [Contributor]
  • 化学 : 物質の構造と性質を理解する
    新しい化学教育研究会, 第3章 化学結合と分子構造
    学術図書出版社, Apr. 2019, 9784780607635, iv, 333p, Japanese, [Joint work]
  • Frontiers of Quantum Chemistry
    Tetsuya Taketsugu; Yu Harabuchi, Ab initio molecular dynamics study on photoisomerization reactions: Applications to azobenzene and stilbene
    Springer, 2017, pp431-453, [Contributor]
  • 新版 すぐできる 量子化学計算ビギナーズマニュアル (KS化学専門書)
    武次徹也; 平尾公彦
    講談社サイエンティフィク, Mar. 2015, 4061543881, 224, Japanese, Scholarly book, [Editor]
  • π-Stacked Polymers and Molecules: Theory, Synthesis, and Properties
    Takao Tsuneda; Tetsuya Taketsugu, π-Stacking on Density Functional Theory: A review
    Springer, 2013, pp 245-270, [Contributor]
  • Advances in Quantum Monte Carlo
    Akira Nakayama; Tetsuya Taketsugu, Chapter 3. Enhancement of sampling efficiency in ab initio Monte Carlo simulations using an auxiliary potential energy surface
    ACS symposium series vol 1094, 2012, pp 27-40, [Contributor]
  • Hydrogen Bonding and Transfer in the Excited State
    Tetsuya Taketsugu; Daisuke Kina; Akira Nakayama; Takeshi Noro; Mark S. Gordon, QM/MM Study of Excited State Solvation Dynamics of Biomolecules
    Wiley, 2010, pp. 579-588, [Contributor]
  • すぐできる 量子化学計算ビギナーズマニュアル (KS化学専門書)
    武次 徹也; 平尾 公彦; 武次 徹也; 平尾 公彦
    講談社サイエンティフィク, Apr. 2006, 406154330X, 236, Japanese, [Editor]
  • 早わかり分子軌道法 (化学サポートシリーズ)
    武次 徹也; 平尾 公彦
    裳華房, Jan. 2003, 4785334096, 114, Japanese, [Joint work]
  • The Transition State: A Theoretical Approach
    Tetsuya Taketsugu; Kimihiko Hirao, 3. Molecular Symmetry and Transition State
    Kodansha-Gordon and Breach Science Publishers, 1999, pp45-63, [Contributor]
  • Theory of Chemical Reaction in terms of Normal Modes of Vibration
    Tetsuya Taketsugu
    Thesis (The Univ. of Tokyo), Mar. 1994, [Single work]
  • 分子軌道法MOPACガイドブック”第2版
    武次 徹也, 10章.遷移状態の計算法とキーワード SADDLE,NLLSQ,TS 等の使用法
    海文堂, 1994, pp187-203, [Contributor]
■ Lectures, oral presentations, etc.
  • Theoretical suggestion and experimental proof for functionalization of h-BN by gold as electrocatalysts for ORR and HER
    Tetsuya Taketsugu; Andrey Lyalin; Min Gao; Kohei Uosaki
    256th ACS National Meeting "Fundamental Understanding of Catalysis at Interface through Computational Approach", 19 Aug. 2018, English, Invited oral presentation
    Boston, [Invited], [International presentation]
  • Reaction Path Concept in Quantum Chemistry and Dynamics Effects
    TAKETSUGU Tetsuya
    Geometry of Chemical Reaction Dynamics in Gas and Condensed Phases, TSRC workshop, 17 Jul. 2018, English, Invited oral presentation
    Telluride, [Invited], [International presentation]
  • Dynamic Reaction Routes beyond the IRC network
    TAKETSUGU Tetsuya
    7th JCS SYMPOSIUM (Quantum chemistry, from methodology to applications in organic, inorganic, biochemistry and material sciences), 21 May 2018, English, Invited oral presentation
    PRAGUE, [Invited], [International presentation]
  • 理論と実験のインタープレイから生まれた新しい触媒:BN/Au
    武次徹也; Andrey Lyalin; Min Gao; 魚崎浩平
    ワークショップ「理論と実験の融合による高難度物質変換の反応機構解明にむけて」, 11 May 2018, Japanese, Invited oral presentation
    札幌, [Invited], [Domestic Conference]
  • 固有反応座標と動力学効果
    武次徹也
    ワークショップ 「複合系の理論化学・計算化学:最近の研究状況と展望」, 21 Apr. 2018, Japanese, Invited oral presentation
    京都, [Invited], [Domestic Conference]
  • Theoretical study of reactivity of gold clusters: Structural effects and support effects
    Tetsuya Taketsugu
    APS March Meeting "Nano and sub-nano clusters as the smallest and highly-tunable interfaces", 05 Mar. 2018, English, Invited oral presentation
    Los Angels, [Invited], [International presentation]
  • 理論計算による未知触媒開発と未知反応機構解明
    武次徹也
    計算材料学センター セミナーシリーズ スパコンプロフェッショナル No.11, 23 Feb. 2018, Japanese, Invited oral presentation
    仙台, [Invited], [Domestic Conference]
  • 量子化学研究の最新の展開:振動状態理論・反応経路網・ダイナミクス
    武次徹也
    2017 年度「物質階層原理研究」研究報告会, 13 Feb. 2018, Japanese, Invited oral presentation
    和光, [Invited], [Domestic Conference]
  • Theoretically inspired new catalyst: boron nitride with gold
    TAKETSUGU Tetsuya
    2018 Mesilla Chemistry Workshop on Interplay between Theory and Experiment in Nanocatalysis, 04 Feb. 2018, English, Invited oral presentation
    Mesilla, [Invited], [International presentation]
  • 元素戦略にもとづく触媒開発研究 ~理論計算と実験実証のインタープレイ~
    武次徹也
    スーパーコンピュータワークショップ2017「機能性材料設計への最新の計算科学アプローチ」, 23 Jan. 2018, Japanese, Invited oral presentation
    東岡崎, [Invited], [Domestic Conference]
  • 隠れた反応経路 - 固有反応座標を超えて
    武次徹也
    化学科主催研究会「お茶の水女子大学の理論化学と計算化学」, 23 Dec. 2017, Japanese, Invited oral presentation
    茗荷谷, [Invited], [Domestic Conference]
  • 解離性再結合反応の 第一原理分子動力学シミュレーション
    武次徹也
    宇宙生命計算科学連携拠点第 3 回ワークショップ, 20 Nov. 2017, Japanese, Invited oral presentation
    筑波, [Invited], [Domestic Conference]
  • 北大理論化学グループの元素戦略プロジェクト:これまでの成果と今後の計画
    武次徹也; 岩佐豪; 高敏; 小林正人; 前田理; 中山哲; Andrey Lyalin; Raman Singh
    ESICB電子論 second kick-off会議, 13 Nov. 2017, Japanese, Invited oral presentation
    京都, [Invited], [Domestic Conference]
  • Theoretical Suggestion and Experimental Proof for Novel Catalyst: Boron Nitride with Gold
    TAKETSUGU Tetsuya
    The 2017 International Conference on Functional Carbons (ICFC), 01 Nov. 2017, English, Invited oral presentation
    Taipei, [Invited], [International presentation]
  • Reaction-path bifurcation analyses based on Valley-Ridge transition and global reaction route mapping
    Tetsuya Taketsugu; Yu Harabuchi; Yuriko Ono; Takuro Tsutsumi; Satoshi Maeda
    The 11th Triennial Congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC 2017), 27 Aug. 2017, English, Oral presentation
    Munich, [International presentation]
  • Computational approach to design of non-platinum catalyst for oxygen reduction reaction: boron nitride with gold
    Tetsuya Taketsugu; Andrey Lyalin; Min Gao; Kohei Uosaki
    The 21st International Annual Symposium on Computational Science and Engineering (ANSCSE21), 03 Aug. 2017, English, Invited oral presentation
    Pathum Thani, Thailand, [Invited], [International presentation]
  • A Hidden Feature in Static Intrinsic Reaction Coordinate Analysis: Bifurcation
    TAKETSUGU Tetsuya
    3rd Japan-Thai workshop on Theoretical and Computational Chemistry 2017, 14 Jul. 2017, English, Invited oral presentation
    Yokohama, [Invited], [International presentation]
  • Theoretical approach to reaction-path bifurcation
    TAKETSUGU Tetsuya
    INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON PURE & APPLIED CHEMISTRY (ISPAC) 2017, 08 Jun. 2017, English, Invited oral presentation
    Ho Chi Minh, Vietnam, [Invited], [International presentation]
  • AIMD study on pipi*-excited substituted-stilbene
    Tetsuya Taketsugu; Rina Yamamoto; Takuro Tsutsumi; Yu Harabuchi; Satoshi Maeda
    57th Sanibel Symposium, 19 Feb. 2017, English, Poster presentation
    St. Simons Island, [International presentation]
  • Ab initio MD study of branching reactions in the excited-state potential energy surface
    TAKETSUGU Tetsuya
    GAMESS7557 Meeting, 15 Jan. 2017, English, Invited oral presentation
    Kauai, [Invited], [International presentation]
  • 反応経路自動探索法の金属クラスター触媒への応用と表面触媒反応への展開
    武次徹也; 前田 理; 岩佐 豪; 小林正人; 高 敏; 中山 哲; Andrey Lyalin
    ESICB触媒検討会, 12 Jan. 2017, Japanese, Invited oral presentation
    京都, [Invited], [Domestic Conference]
  • 理論計算が拓く非白金燃料電池触媒探索の試み
    武次徹也
    ポスト「京」重点課題5 「エネルギーの高効率な創出,変換・貯蔵,利用の新規基盤技術の開発」第3回公開シンポジウム, 15 Dec. 2016, Japanese, Invited oral presentation
    東京, [Invited], [Domestic Conference]
  • 触媒開発に理論化学は役に立つか? 未知触媒と未知反応機構へのアプローチ
    武次徹也
    住友化学講演会, 08 Dec. 2016, Japanese, Public discourse
    千葉, [Invited], [Domestic Conference]
  • Ab Initio Approach to Photoreaction Dynamics
    TAKETSUGU Tetsuya
    Thai-Japan Symposium in Chemistry, 15 Nov. 2016, English, Invited oral presentation
    Chiang Mai, [Invited], [International presentation]
  • On-the-fly dynamics study on the photoisomerization mechanism of stilbene and its derivative
    TAKETSUGU Tetsuya
    Japan-France-Spain Joint-Symposium on Theoretical and Computational Science of Complex Systems, 26 Oct. 2016, English, Invited oral presentation
    Kyoto, [Invited], [International presentation]
  • Theoretical study of substituent effects on excited-state dynamics of stilbene
    TAKETSUGU Tetsuya
    2nd Japan-Thai workshop on Theoretical and Computational Chemistry 2016, 21 Sep. 2016, English, Invited oral presentation
    Yokohama, [Invited], [International presentation]
  • 反応経路分岐の理論化学
    武次徹也
    有機反応機構研究会, 05 Sep. 2016, Japanese, Invited oral presentation
    長崎, [Invited], [Domestic Conference]
  • Ab initio study of photo-isomerization reaction dynamics
    TAKETSUGU Tetsuya
    INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON PURE & APPLIED CHEMISTRY (ISPAC) 2016, 16 Aug. 2016, English, Invited oral presentation
    Kuching, Malaysia, [Invited], [International presentation]
■ Syllabus
  • 計算機実習, 2024年, 学士課程, 総合教育部
  • 実践的計算化学, 2024年, 修士課程, 総合化学院
  • 化学特別講義Ⅱ, 2024年, 学士課程, 総合教育部
  • 分子化学A(分子理論化学), 2024年, 修士課程, 総合化学院
  • 物理化学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 計算機実習, 2024年, 学士課程, 理学部
  • 化学特別講義Ⅱ, 2024年, 学士課程, 理学部
■ Affiliated academic society
  • 理論化学会
  • American Chemical Society
  • 分子科学会
  • 日本化学会
■ Research Themes
  • Theoretical Chemistry Analysis of Superatomic Materials
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2026 - 31 Mar. 2031
    武次 徹也; 岩佐 豪
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A), Hokkaido University, 26H00397
  • Theoretical study of reaction path bifurcation mapped on the global reaction route map
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    19 Jul. 2016 - 31 Mar. 2019
    Taketsugu Tetsuya; MAEDA Satoshi
    The intrinsic reaction coordinate (IRC) is defined as a static reaction path for an elementary reaction. In some case, however, the potential curvature in the direction orthogonal to the reaction path changes from positive to negative, and the reaction path bifurcation occurs. In this project, a global reaction path map is generated for a small gold cluster, as an example, by anharmonic downward distortion following method and IRC calculation, and the condition and frequency at which a reaction path bifurcation occurs are investigated. It is shown that there always exists a transition state in the region close to the valley-ridge transition point. The dynamics effect and branching ratio are further analyzed by AIMD simulations, which leads to a proposal of a dynamical reaction picture.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 16KT0047
  • Nonadiabatic transition in photochemical reactions studied by time-resolved spectroscopy of molecular orbitals
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2015 - 31 Mar. 2018
    sekikawa taro; TAKETSUGU Tetsuya; IIKUBO Ryo; TENTAKU Tateharu; ARAKI Kotaro; ATOBE Ryunosuke
    Relaxation dynamics of 1,3-pentadiene(PD) and 2,5-dimethyl-2,4-hexadiene(DH) were investigated by time-resolved photoelectron spectroscopy to elucidate the effects of the steric hinderence or the mass by the methyl groups on the relaxation dynamics of the conjugated dienes.
    Our theoretical calculation reveals that the molecular structure of DH at a conical intersection is totally different from those of BD and PD, which might be attributable to the steric hinderence. Upon returning to the ground state, the stimulated vibrational modes in DH and PD are different because of the different structure at the conical intersections. This difference appears in the photoelectron specra.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 15H03702
  • Theoretical study on excited-state dynamics with plural factors
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2014 - 31 Mar. 2017
    Taketsugu Tetsuya; NAKAYAMA Akira
    For excited-reaction dynamics including nonadiabatic region, the spin-flip TDDFT is introduced with a tracking method to perform the first principles dynamics simulation. In collaboration with laser spectroscopic experiments, the reaction mechanism and dynamics of the photo-isomerization reaction of stilbene and its derivatives, as well as the excited state dynamics of 1,2-butadiene, are elucidated. The reaction quantum yield, the lifetime in the excited state, and molecular motion after deactivation are all well explained through the present theoretical simulations.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 26288001
  • Ab initio simulation of matrix-isolation vibrational spectroscopy
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2011 - 2012
    TAKETSUGU Tetsuya; NORO Takeshi; NAKAYAMA Akira
    We have developed a computational scheme to investigate the vibrational shift of a target molecule embedded in noble-gas matrix environments in the framework of the mixed quantum-classical simulations. The high-level ab initio calculations were carried out to determine the interaction potential needed to construct the total potential of the system, and the Monte Carlo simulations were performed using this potential in order to obtain vibrational spectra in the presence of surrounding noble-gas atoms. The vibrational shifts of NgBeO (Ng=Ar, Xe) and HXeCl in various noble-gas matrices were investigated and the origin of the spectral shifts were discussed in detail. From this work, it was shown that the explicit treatment of the surrounding noble-gas atoms is essential to reproduce the experimentally observed vibrational shifts.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 23655001
  • A Theoretical Study on the catalytic activity of gold nanoparticles
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2010 - 2012
    LYALIN Andrey; TAKETSUGU Tetsuya
    Catalytic activity of small size-selected gold clusters for oxidation and hydrogen dissociation reactions has been studied theoretically using density functional theory. Cooperative effect in co-adsorption of C_2H_4 and O_2 on small gold clusters is found. It is demonstrated that co-adsorption of the reactant molecule can promote activation and dissociation of the molecular oxygen. The important role of the support effects on catalytic activity of gold clusters is studied. Two types of support are considered-the “inert” support of hexagonal boron nitride (h-BN) and the “active” support of rutile TiO_2(110). It is found that inert h-BN support can considerably affect catalytic activity of gold particles and modify barriers of chemical reactions catalyzed by gold. Electron-pushing mechanism of activation of the molecular O2 adsorbed on Au/h-BN is found. It is shown that h-BN support can be functionalized by N-doping and become catalytically active for oxygen reduction reaction. It is emonstrated that the active TiO_2 support considerably promotes H_2 dissociation on the supported gold clusters. It is shown theoretically that the catalytic activity of gold nanoparticles supported on the rutile TiO_2(110) surface is proportional to the length of the perimeter interface between the nanoparticle and the support.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 22550001
  • Theoretical development of ab initio reaction dynamics approach and generalized program code
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2009 - 2011
    TAKETSUGU Tetsuya; NORO Takeshi; NAKAYAMA Akira
    Ab initio molecular dynamics (AIMD) approach has been extended to treat nonadiabatic process and tunneling process, and has been applied to several significant reactions to clarify key factors in excited-state and tunneling dynamics, i.e., (1) non-adiabatic transition, (2) solvent effects, (3) quantum effects of nuclei, (4) branching ratio, (5) lifetime, and (6) reaction pathways.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 21350002
  • 希ガスマトリックス効果を考慮した凝縮系振動スペクトルシミュレーションの理論開発
    科学研究費補助金(萌芽研究, 挑戦的萌芽研究)
    2008 - 2009
    武次 徹也; 野呂 武司; 中山 哲
    本研究では、量子化学計算手法を凝縮系のダイナミクスに実装し、不安定分子種の分光定数を測定する手段として長らく利用されてきた「希ガスマトリックス単離法」を理論的にシミュレートする方法論を開発することを目的として研究を進めてきた。あわせて、希ガスマトリックス分光法で測定された実験データの中に希ガス化合物に帰すべきものが含まれていないか、高精度理論計算に基づき調べている。本年度は(1)キセノンとグラフェンの相互作用に関する高精度計算、(2)Ar-PtCO、Ar-PdCOの高精度分光定数予測、(3)希ガスマトリックス振動スペクトルシミュレーションプログラムの開発とキセノンマトリックス中に単離されたXe-BeOの振動スペクトルへの適用を行った。ここでは、すでに論文で報告を行った(2)について概要を述べる。モノカルボニル化合物PtCO,PdCOについてはArマトリックス中で測定された振動数が報告されているが、特に変角振動の振動数について、理論計算で得られる調和振動数と実験値との間に二倍ほどのずれがあった。他研究グループの論文では、何らかの理由で実験では倍音が測定されたのでは、と議論されていたが、その根拠についてはフェルミ共鳴の可能性が指摘されるのみで、解決には至っていなかった。本研究では、ArがPtCO,PdCOに10kcal/molのオーダーの結合エネルギーで付着し、変角モードの振動数...
    文部科学省, 萌芽研究, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 20655001
  • Ab initio Excited-State Reaction Dynamics and Its Applications to Photochemistry
    Grants-in-Aid for Scientific Research(特定領域研究)
    2006 - 2009
    Tetsuya TAKETSUGU; Takeshi NORO; Akira NAKAYAMA
    We have developed an ab initio molecular dynamics(AIMD)program code for excited-state processes, and applied it to several significant reactions to clarify key factors in excited-state dynamics, i.e., (1)non-adiabatic transition, (2)solvent effects, (3)spin-orbit coupling effects, (4)quantum effects of nuclei, (5)branching ratio, (6)lifetime, and (7)reaction pathways.
    Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, 特定領域研究, 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 18066001
  • Ab initio molecular dynamics simulation of dissociative recombination reaction of interstellar molecules
    Grants-in-Aid for Scientific Research(基盤研究(B))
    2006 - 2008
    Tetsuya TAKETSUGU
    電子励起状態に適用可能な、Tullyの状態遷移アルゴリズムを実装したabinitio分子動力学プログラムを開発し、星間分子の解離性再結合反応HCNH+, H_3O^+, HD_2O^+, CH_3^+, (H_2O)_2H^+へと適用して、解離生成物の分岐比、動的反応経路、反応ダイナミクスの解明を行った。
    Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, 基盤研究(B), 北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 18350001
  • Asymmetric synthesis on the basis of conformation-control through cation-π interaction
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2005 - 2008
    YAMADA Shinji
    ピリジニウム環とアリール基との分子内カチオンーπ相互作用が様々な有機分子の立体配座制御に有効であることを見出し、置換ジヒドロピリジン類およびシクロプロパン類の立体選択的合成に有効であることを実証した. さらに、本相互作用を分子間に拡張することで、溶液および固相におけるアルケン類の[2+2]付加環化反応が、高い選択性でsynHT 体を与えることを見出し、カチオンーπ相互作用が分子間の立体選択的反応においても有効であることを明らかにした.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Ochanomizu University, 17350046
  • 水分子クラスターにおけるトンネル効果の理論的研究
    科学研究費補助金(若手研究(B))
    2002 - 2003
    武次 徹也
    水分子二量体・三量体において有効分子対称群を考えると、最安定構造に対する同種核置換異性体はそれぞれ8個、48個あり、各異性体をつなぐ反応経路は二量体で3種類(acceptor tunneling, acceptor-donor interchange, donor tunneling)、三量体で2種類(single flip, bifurcation tunneling)あることがわかっている。各水分子クラスターにおけるトンネル効果を理論の立場から定量的に調べるため、MP2, CCSD(T)/aug-cc-pVXZ(X=D,T)レベルの電子状態計算により最安定構造および各反応の遷移状態構造を求め、結合エネルギー、活性化エネルギーを比較したところ、MP2/aug-cc-pVTZレベルで十分精度良い結果が得られることがわかった。対象とする系が分子間力である水素結合を伴う系であることを考慮して、結合エネルギーおよび分子構造についてはcounterpoise法による基底関数重ね合せ誤差(BSSE)の補正をした計算も行ったが、電子相関を考慮した方法においてはBSSEの補正はむしろ行わない方が基底関数の大きさに関して良い収斂が得られることがわかった。次に、各異性体をつなぐ反応に対し、MP2レベルで決定した固有反応経路をトンネル経路と近似し、半古典論に基づいてトンネル相互作用項の大きさをそ...
    文部科学省, 若手研究(B), お茶の水女子大学, Principal investigator, Competitive research funding, 14740325
  • 内挿法によるabinitioポテンシャル曲面の生成とダイナミックスへの応用
    科学研究費補助金(特定領域研究(A))
    2000 - 2001
    武次 徹也
    本申請課題では、内挿法によるab initioポテンシャル曲面(PES)生成法の一般化を行い、動力学の諸問題に応用することを目的とした研究を行った。まず、1994年にCollinsらによって提案された修正Shepard内挿法に基づくPESの生成法を、デカルト座標に基づいて定式化することにより一般の多原子分子系に適用できる形に拡張することに成功した。本方法を、(1)マロンアルデヒドの分子内水素移動反応・蟻酸二量体の分子間二重水素移動反応における多次元トンネル動力学、(2)水、ホルムアルデヒド分子の振動-回転エネルギー準位の予測、の2つの動力学の問題に応用した。以下順次成果を述べる:(1)反応経路が大きく曲がるためにトンネル効果を定量的に見積もることが困難な系として知られているマロンアルデヒドの分子内水素移動反応に対して全21自由度を含んだab initioポテンシャル曲面を作成し、Millerのモデルを適用してトンネル効果によるエネルギー分裂を評価したところ、実験値を非常に精度よく再現することができた。蟻酸二量体の分子間二重水素移動反応(24自由度)についても、同様にしてPESを作成し、simulationを行うことにより、トンネル分裂を定量的に見積もることができた。(2)振動-回転エネルギー準位を理論予測する振動SCF法にdirectに電子状態計算を組み合わせたdirect ...
    文部科学省, 特定領域研究(A), お茶の水女子大学, Principal investigator, Competitive research funding, 12042228
  • Development of ab initio molecular orbital program for large-scale molecular systems
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1998 - 2000
    HIRAO Kimihiko; TAKETSUGU Tetsuya; NAKAJIMA Takahito; NAKANO Haruyuki
    The aim of this research project is to develop an ab initio molecular orbital program that can determine the electronic structure of large-scale systems, including more than 1000 atoms, with high accuracy and high performance. To achieve this aim, both pure theoretical and practical aspects are necessary : development of new methods in theory and new technology in algorithm and program. In the former aspect, our focus was particularly on the development of (1) new ab initio molecular orbital theory, especially multireference-based methods, (2) molecular orbital theory including relativistic effects, and (3) exchange and correlation functional in density functional theory ; and we succeeded in the development of MRMP with localized orbitals, MRMP with CASCI reference, quasi-complete active space SCF method, QCAS-SCF reference QDPT, RESC, third-order Douglas-Kroll method, highly efficient scheme of Dirac-Hatree-Fock and Dirac-Kohn-Sham methods, relativistic model potentials, parameter-free exchange functional, one-parameter-progressive correlation functional. In the latter aspect, we developed a molecular integral program, Spherica, based on high-performance integral method, and the programs of Dirac-Hatree-Fock and Dirac-Kohn-Sham methods based on the above-mentioned schemes. These are not programs simply coded according to conventional computational techniques, but programs obtained by the use of new technologies found after optimization of every computational scheme including molecular integrals.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B)., The University of Tokyo, 10555298
  • 多原子分子反応におけるトンネル経路モデルの開発
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1998 - 1999
    武次 徹也
    本課題では多原子分子反応にも適用可能な半古典トンネルモデルの定式化を目的として研究を行った。初年度は、Truhlarらが2次元共線形に対して定式化した「最小作用原理に基づくトンネル経路モデル」の多次元系への一般化を試みた。彼らのモデルでは、経路に沿った虚の作用積分を最小にするために最小エネルギー経路(MEP)と最短移動経路(LMP)の重み付き平均として一群の経路を定義し、その重みを変分パラメーターとして作用積分の最小値を与える経路をトンネル経路とする。我々は、反応経路の接線・曲率ベクトルで決まる2次元の座標空間を局所的反応平面と定義してMEPに沿った変化を調べ、経路が大きく曲がる領域で反応平面は安定であること、MEP全体を反応平面のねじれに基づきいくつかの領域に分割できることを見い出した。この幾何学的性質を利用し、まず反応経路をねじれに基づいて安定な反応平面を持ついくつかの断片に分割し、各領域で局所的なLMPとMEPとを加重平均して一群の経路を発生させ、経路群の中で最小作用を与える経路をその領域におけるトンネル経路とし、各領域の局所トンネル経路を合成して全トンネル経路とする方法を提案した。この方法をheavy-light-heavy系であるNH_3+OH→NH_2+H_2Oに適用し、MEPより大きなトンネル確率を与える最適なトンネル経路を決定することが出来た。また、本トンネル...
    文部科学省, 奨励研究(A), 東京大学->お茶の水女子大学, Principal investigator, Competitive research funding, 10740266
  • Theoretical Study on the Photoreactions of Biological Compounds
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1997 - 1998
    HIRAO Kimihiko; TAKETSUGU Tetsuya; NAKANO Haruyuki
    Our Multireference Moller-Plesset (MRMP) theory is an extension of the closed-shell single reference MP method and has been successfully applied to numerous chemical and spectroscopic problems. MRMP has established through this study as an efficient technique for treating both dynamical and nondynamical correlation effects. MRMP was applied to the study of the valence pi*pi^* excited states of polyenes, polyacenes, and porphyrins. MRMP satisfactorily describes the ordering of low-lying valence pi*pi^* excited states for alternant hydrocarbons. MRMP predicts the valence excitation energies with an accuracy of 0.2 eV or better. The MRMP approach with the alternant pairing properties has proved to be of great value in understanding and predicting the experimental data of the alternant hydrocarbons. The conclusion derived in this study is to some extent transferable and thus provides a reasonable basis for a description of the excited states of other larger polyenes, polyacenes and porphyrins. We have also proposed a complete active space valence bond (CASVB) method. A CASVB wave function can be obtained simply by transforming a canonical CASSCF function and readily interpreted in terms of the well-known classical VB resonance structures. The CASVB affords a clear view of the wave functions for the various states. In addition, we have proposed several new theory and concepts : MRMP in the extended basis function space (EBS), relativistic MRMP with a new relativistic scheme by eliminating small-component (RESC) of the four-component Dirac equation. EBS-MRMP is a theory based on a concept of different bases for different correlation effects. The new RESC-scheme is a very promising alternative to the Dirac method. We have also proposed a new simplified Colle-Salvetti-type correlation functional called OP in density functional theory. OP includes only one-parameter and no adjusted functional constant. OP satisfies all the necessary conditions of the exact correlation functional. OP is proved to give more accurate correlation energies for atoms and equivalent chemical properties for G2 set of molecules.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), The University of Tokyo, 09450314
  • 固体表面での吸着反応に関する理論的研究
    科学研究費助成事業
    1997 - 1997
    平尾 公彦; 武次 徹也; 中野 晴之; 山下 晃一
    平成9年度は、H交換ゼオライト触媒上のメタノール->ガソリン転化反応(MTG法)、Cu交換ゼオライト触媒上のNO分解反応、金属表面上のメタンの光分解反応に関して研究を行った。
    MTG法に関しては、我々は、特に多くの異論の唱えられてきた、炭素-炭素結合生成のメカニズムに着目し、量子化学計算に基づき反応経路の決定を試みた。その結果、ゼオライト表面上のメトキシ基とメタノールとの間の反応により、ホルムアルデヒドとメタン、エタノールを経て、エチレンに至る反応経路が最も優位であるとの結果を得た。この反応経路は生成化合物の推移などに関する実験観測との整合性も高く、このことに鑑みて実際に可能な経路の一つであろうと結論した。NO分解反応に関しても、反応経路の決定を行い、ゼオライトの触媒効果に関して考察した。銅イオンに比べて銅原子上では反応障壁が非常に低いことが計算の結果明らかとなり、ゼオライトの触媒効果が、原子状の銅を分散担持することに有るのでは無いかと示唆することができた。メタンの光分解反応に関しては、Pt,Ni,Pd金属表面のモデルとして原子10個程度のクラスターを用いて励起状態を計算し、それぞれの状態の分子軌道論理論的抽象およびポテンシャルエネルギー曲面の解析を行った。メタンの結合解離を導く励起状態が、基底状態の平衡構造においては、金属表面ではなく局所的にメタンを励起したものであることに基づき、光分解が直接励起によるものであることを明らかにした。またこの状態が金属表面との相互作用によりエネルギー的に大きく安定化することなどの実験事実を説明できることも確認できた。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 東京大学, 09218213
  • Time-dependent Approach in Theoretical Chemistry
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1996 - 1997
    HIRAO Kimihiko; TAKETSUGU Tetsuya; NAKANO Haruyuki; YAMASHITA Koichi; NICHOLAS C.Handy; LORENZ S.Cederbaum
    The purpose of the present project is developing new time-dependent approaches in the electronic correlation and electron-nuclear interaction problems. It is an urgent problem to develop theories which can treat the time-dependent events quantitatively, as well as methods for large-scale systems which are applicable to the molecular design and chemical reaction design. Our focus was, therefore, on the development of new theories and methods and their applications to chemical phenomena : a method for constructing potential energy surfaces, which is crucial for chemical reaction, accurately and efficiently ; a reaction path model based on dynamic reaction path on the potential surfaces ; wave packet method including electron-nuclear interaction ; and the application of these methods to the chemical reactions.
    A new time-dependent density functional method and an analytic energy gradient method including electron correlation were formulated, and their program code were developed by collaborating Professor Handy. A theory for tunneling in multidimensional potential surfaces was also formulated and applied to polyatomic chemical reactions. An efficient diagonalization method of large Hamiltonian matrices was developed by collaborating Professor Carbo. Numerical tests were performed to verify the accuracy and efficiency of the new algorithm. A wave packet method including electron-nuclear interaction and a method for constructing potential energy surfaces based on the dynamic reaction path were discussed with Professor Cederbaum. The methods mentioned above were applied to the studies of several chemical phenomena such as dissociation mechanisms of polyatomic molecules and fluorescence of radicals.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for international Scientific Research, The University of Tokyo, 08044063
  • 多自由度トンネル反応の素過程と波束ダイナミックス
    科学研究費助成事業
    1996 - 1996
    山下 晃一; 武次 徹也
    ポテンシャル障壁のトンネルは化学反応における重要な量子効果の一つである。特に低温域での化学反応の機構、速度、準安定状態の崩壊、分子分光スペクトルの解析等にトンネル現象の理解が不可欠である。そこで本研究では、(1)化学反応過程を反応座標モデルで記述し、経路積分法と量子波束法を導入した多自由度系での量子力学的計算法を新たに開発し、トンネル確率への多自由度の影響、トンネル領域における波束ダイナミックスとトンネル時間に対する多自由度の影響を明らかにすることを目的とした。また(2)量子クラスターのシミュレーションに必要なモンテ・カルロ経路積分法を新たに開発し、極低温凝縮系のトンネル現象の機構を明らかにすることを目的とした。凝縮系の分子動力学計算やモンテ・カルロ計算は、これまで一般的に古典系に対するものが普通であった。ところが量子クラスター、さらには超流動相ヘリウムの場合には多自由度系での量子力学的計算を行う必要が生じる。絶対ゼロ度での量子シミュレーションには量子モンテカルロ法などが用いられるが、ここでは有限温度の量子クラスターのシミュレーションに必要なモンテ・カルロ経路積分法を新たに開発した。具体的応用として、最近、理研の笠井、高見らが極低温液体ヘリウム中にナフタレン分子を注入することに成功し、電子スペクトルを観測した系を取り上げ、ナフタレン分子をドープした量子ヘリウムクラスターの構造を理論的に検討した。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 東京大学, 08240212
  • Pt表面でのNO吸着特性と直接分解反応に関する理論的研究
    科学研究費助成事業
    1996 - 1996
    平尾 公彦; 武次 徹也; 中野 晴之; 山下 晃一
    本年度は、ab initio分子軌道法と密度汎関数法を併用し、Pt(111)表面におけるメタンの光解離反応、H型ゼオライト上の水分子の吸着およびプロトン交換反応、に対して理論的研究を行った。気相のメタンを解離させるには185nm以下の波長の光が必要がであるが、最近、Pt表面に物理吸着したメタンは193nmの光を照射することによってメチルラジカルと水素原子に解離することが実験により見い出された。本研究では、Pt表面をクラスターで近似し、密度汎函数法およびCASSCF法による計算を行なって、(1)メタンはontop構造で表面から3.00Å離れて物理吸着すること、(2)単分子の励起状態から約3eVシフトしたcharge transfer型の励起状態がCH_3+Hへの解離を引き起こすこと、を明らかにした。今後は、同族のPd,Ni表面について同様の計算を行ない、反応性の違いを比較する予定である。ゼオライトの問題では、そのプロトン供与性による触媒能に関連し、H型ゼオライト上の活性点と水分子のプロトン交換反応を含む吸着状態を、特にオキソニュウム化合物の存否の観点から調べた。ゼオライト骨格はクラスターによってモデル化し、ゼオライト-H_2Oの錯体に対してHartree-Fock計算により2個の吸着構造(プロトン供与型および水素結合型)を求め、電子相関を考慮した2次摂動法計算によりこれらがほぼ等しい吸着エネルギーを与えることを明らかにした。一方で、平衡構造における調和振動数と実験の赤外吸収位置との比較においてプロトン供与型錯体では〜3600cm^<-1>の実測値に対応する計算値が現われない点で大きく異なることから、水素結合型の錯体が優位に形成されているとの結果を得た。このことは、実験によって示唆されている水素結合型の吸着を支持するものである。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 東京大学, 08232218
  • 希土類錯体の電子状態や結合に関与するf-電子の役割りの理論的解明
    科学研究費助成事業
    1996 - 1996
    平尾 公彦; 武次 徹也; 中野 晴之
    本研究課題では、希土類錯体の電子状態や結合様式における4f電子の果たす役割を理論的に解明する事を目的とし、ab initio分子軌道法による理論計算を用いて諸問題に取り組んでいる。一連のランタニド三塩化物LnCl_3に対する理論計算により、f軌道への電子のつまり方に関して、これまでのs,p,d軌道のみを含む分子系の常識とは反した興味深い現象が見いだしてきた。7つのf軌道には電子はフント則に従って1つずつ詰まっていくが、7つのf軌道のすべてに電子が一つずつ詰まった後、8つ目の電子からは軌道エネルギーの高いf軌道から順に詰まっていく。本年度は錯体中の4f軌道の擬縮退の状態を解明し、それに基づいて上記の現象の理論的な解明に成功した。さらに、計算に際して配位子の基底関数におけるd分極関数の効果を確認し、その必要性を示唆した。加えて現在、ランタニド二核錯体Ln_2F_6の計算を行い、2組のf軌道の相互作用によるf軌道の分裂の様子や、それによってf軌道が結合へ参加する可能性、さらにf軌道が外部の分子に及ぼす化学的な影響の理論的解明を試みている。一方で、近年、O_h対称の構造をもつ6フッ化アニオンが安定に存在することが予測されていることに着目し、希土類多価負イオンLnF_6^(n=2,3)の存在を理論的に検討している。まず、すべての希土類元素に対してLnF_6^はOh対称の安定な分子構造を持ち、電子構造はLn=Gdではn=3、それ以外ではn=2で最安定であることを確認した。次いで、解離反応LnF_6^→LnF_5^<(n-1)>+F^-の反応障壁、反応熱を求めて、LnF_6^の安定性を考察した。一般には多価負イオンは解離に際してクーロンエネルギーの放出による発熱をともなう準安定分子であることが知られており、n=3の場合にはその反応障壁は10kcal/mol程度である。一方n=2の場合には、原系が生成系より安定に存在することを明らかにした。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 東京大学, 08220213
  • 励起状態の反応ダイナミクス
    Competitive research funding
  • Direct dynamics on electronic excited states
    Competitive research funding