助成番号10C沌さと研究成果報告書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ （和文）AB
研究テーマ

Newfrontieronrare−metalsoIvationchemistry：

（欧文）疋

研 カ氏

Developmentofabinitioopen−Shellmoleculardynamicsmethodanditsapplication

カタカナccヲも 代

表名 者

開殻系第一原理分子動力学法の開発とその応用によるレアメタル溶媒和化学の新展開姓）モリ

漢字cB−−

ローマ字CZ研究代表者cD 所属機関・職名≡名）ヒロトシ

森

MORI

研究期間B

2010〜

2012年

≡寛敏

報告年度YR

2012年≡HIROTOSHI

研究機関名

お茶の水女子大学

お茶の水女子大学 お茶大アカデミック・プロダクション・特任助教

概要 弘（600字〜800字種度にまとめてください。）

我々の生活を支える電子機器．排ガス浄化触媒システムには，「レアメタル」が多用されている．レアメタルの産地は，中国・アフリカ・南］
ヒアメリカに偏在し，我が国の生活・経済はこの点 こおいて．外国に 依存している．我が国が，今後も産業競争力を維持していくため，大量に廃棄されるスクラップ（都市鉱山）から．有用元素を上手くリサイクルする技
術の隣日発が求められている．

本研究では．レアメタルの溶媒和化学を明らかにするシミュレーション技術として，特にランタ二ドの溶媒和に着目し，モデノ
レ内殻ポテンシャル法を基盤とした開殻系第一原理分子動力学法の開発を行った。ランタニドは（4f）n（5d）1・2（68）1・2のような原子価電子構造を取り，空間的広がりの狭い4f軌道に開殻電子が集まっていることが特徴である。開殻電子状態をもつランタ二ドの計算は，電子相関・相対論効果により強く支配され，その取り扱いは困難とされてきたが，我々は，4f軌道の空間的広がりが5d，68軌道に比べ明らかに小さく，周囲の溶媒の揺らぎに露に影響されないこと二着目し．4f一電子を擬内殻軌道として取り扱った4f−in−COreモデル内殻ポテンシャルを開発した。本手法の開発lこより，開殻電子状態をもつランタニド溶媒和系を，電子相関・相対論効果を含めた高精度計算が簡便に行える閉殻系として取り扱うことができるようになった。この手法をランタ二ドイオンの水和に応用に，前期ランタ二ドでは9水和．後期ランタニドでは8水和の水和構造をとることを理喜キーワードFAl開殻系

巨アメタル論的に示した。

Ⅰランタ二ド（以下は記入しないでください。）
助成財団コード

TA／

研究課題番号減研究機関番号AC

シート番号

ー1−l溶媒和痍造発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）

雑 誌

論文標題GB

著者名GA

T．Fujiwara，H．Mor ietaL

ページGF

雑 誌

4f−in−COremOd、eIcorepotentialsfortrivaJentlanthanides

261〜266

雑誌名GC

Chem．Phys．Lett．

発行年GE

201

1

巻号GD

510

論文標題GB

著者名GA

雑誌名GC

ページGF

雑 誌

〜発行年GE

巻号GD

論文標題GB
著者名GA

雑誌名GC

ページGF〜発行年GE

巻号GD

図 書 著者名HA 森寛敏（監修（独）物質・材料研究機構 元素戦略センター長 原田幸明）
書名HC
レアメタル・希少金属リサイクル技術の最先端，計算科学によるレアメタル抽出錯体設計の課題（第六童）

出版者HB

図 書

フロンティア出版

著者名HA

書名HC

出版者HB

2011

総へ0−ゾ

HE20頁

YutoKリMochizukiY．，・NakanoT，，MoriH．

Recentadvancesinfragmentmolecular
SimulationinMole

欧文概要

発行年HDlnTech

C山arDvnam

発行年HD

orbital−basedmoleculardynamics（FMO−MD）

CS

2，012

総へ〇一ゾ

HE23頁

巳

Rare metaJs are often usedin electronic devices that support ourlives，e．g．in the exhaust gas

Purifjcation catalyst system．Originof rarernetaJs areunevenlydistributedintheAmericas，AfricaandChina．Inthis regard，theeconomiclifeofourcountryisdependentonforeigncountries．For ourC？untry

sindustrialcompetitivenessinthefuture・largeamountsofscraptobedroppedfrom（urbanmming），thereis a need to develop the technology to recycle useful elements well．
In this study，We have carrjed out the development of the first principle molecular dynamics−basedOPen−SheH as simulation technoIogy to reveal the chemical soIvation of rare metals．We especialIy

focusedonthesoJvationoflanthanidesanddevelopednewsimulationtechnique，4f−in−COreModelCore
PotentiaL・Lanthanideshave（4f）n（5d）・2（6S）1・2vaIenceelectronicstructure・andopen−ShelleIectroヮs

aregatheredinanarrow4forbits．IthasbeenconsidereddifficuIttotreattheopenshellelectronLC
StruCtureOfIanthanidesinabinitiomanner．However．the spatialdistributionof4f electronsare

VerynarrOW，thus，WeCOuLdtreatthemaspseudo−COreeIectrons．Withthisidea，WedeveLopednewpseudo
POtentialcalcuIationmethod，4トin−COremOdeL corepotential．WiththenewIydeveIoped4f−in−COreMCP，
We COuldtreadlanthanides as apseudoclosed shell system，andwecouJdapplythemonthe problemof
lanthanides soIvation．By performing abinitio moJecuIar dynamics with4f−in−COre MCP，We COuld
COnCJudedthat early‡anthanides has9coordjnatjon structure，On the other hand Latelanthanides haS
8coordination structure．

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