年
報
年 報

2010
2019

京都大学
福井謙一記念研究センター

は じ め に

誉教授はフロンティア軌道理論を提案した
ご功績により、1981年にわが国で最初の2019年度の京都大学福井謙一記念研究

ノーベル化学賞を受賞されました。福井先センターの活動をまとめた年報をお届けし生が京都大学ご退官後に研究を続けられます。本センターは、京都大学本部構内のるため、京都市と産業界などのご支援で北、約 1 キロの高野川沿いの静かな住宅街

1985年に財団法人「基礎化学研究所」が設に独立して位置しております。専任教員は立されました。専任研究員数名の規模でし

理論研究部門と総合研究部門に 1 名ずつをたが、研究のレベルは高く、当時の研究員

持っているに過ぎませんが、センター長のは、東京大学、名古屋大学、分子科学研究ほか副センター長とスーパーバイザーとし所の教授になるなど、理論化学分野でトッて工学研究科、理学研究科、化学研究所所

プクラスの研究者として活躍しています。

属の12名の教員にご協力頂いており、このこの基礎化学研究所は1998年の福井先生のメンバーが運営委員会を構成しています。

ご逝去の後、2002年に京都大学に寄贈され、そして優れた博士研究員に研究活動の機会

福井謙一記念研究センターとなり、現在にを与える制度を持っており、若手研究者が至っております。本学の部局となった後、国際的な雰囲気の中で日夜研究にいそしん森島 績、中辻 博、榊 茂好、田中 功、田でいます。福井センターフェローと呼ばれ

中 一義、赤木 和夫、田中 勝久の各先生

る博士研究員はセンターの雇用で、自分自にセンター長としてご指導を頂きました。

身のアイデアで一定期間、自由闊達に研究

本センターでは、2006年 9 月に福井謙一記念研究部第一のリサーチリーダーとしできる身分を保証しています。
福井謙一先生の生誕百年にあたる 2018て諸熊奎治先生を米国エモリー大学から招年度より、記念事業の一環として企業研究聘しました。諸熊先生は、2012年にシニア者のための基礎化学研修プログラム（喜多リサーチフェローに就任され、この年の- 福井プロジェクト）を開設しました。喜

11月には、複雑分子系の理論研究の発展に

多源逸先生は、福井謙一先生が“終生の師”

多大な貢献をしたとして、文化功労者の顕と呼び、「応用をやるなら、基礎をやれ」「、数

彰を受けられました。また、2015年からは学が得意なら化学をやれ」という言葉で福FIFC リサーチフェローとして研究ならび井先生が化学の道に進むきっかけを作られに若手人材育成にご尽力下さいました。諸た方であり、また本学工学部化学系におけ

熊先生は理論化学・計算化学の領域で多くる基礎重視の学風を築かれた方です。このの学術的業績を挙げられるとともに、我がプロジェクトは、喜多先生に源を発するこ国の量子化学の分野を牽引され、多数の研の伝統を再認識し、産業への応用も見据え究者を育成されました。

た基礎化学・理論化学を広く展開できる技

2009年度には福井謙一記念研究部第二術者・研究者の育成に貢献しようとするもを設置し、名古屋大学名誉教授（前副学長）のです。2019年度は第一期生を迎えました。

の大峯巖先生をリサーチリーダーとして招本センターの歴史を簡単にご紹介しま聘し、研究体制を拡大しました。大峯先生す。ご承知のように故福井謙一京都大学名

は 2010年 4 月に分子科学研究所長に転出―i―

され、その後任として、2011年 4 月に京都に動的ヤーンテラー効果や振電相互作用を大学物質―細胞統合システム拠点（iCeMS）

解析・制御する振電相互作用密度を用いた特任教授の榊茂好先生を研究部第二のリ

有機 EL 素子などの機能性分子材料の理論

サーチリーダーとして招聘しました。榊先設計を行っています。佐藤徹先生の研究室

生は、遷移金属化合物や類縁化合物に関すは、工学研究科分子工学専攻の協力講座

る研究で顕著な業績を挙げられ、d 電子複（分子材料科学講座 量子分子科学分野）と合系の理論化学に関する研究を推進された

しても位置付けられ、大学院生、学部 4 回

のち、2020年 4 月に京都大学実験と理論計生が配属されて、研究を進めています。10

算科学のインタープレイによる触媒・電池

月には、リサーチダイレクターとして平尾の元素戦略研究拠点へ 転出されました。

公彦先生（国立研究開発法人理化学研究所

2012年にはシニアリサーチフェローと計算科学研究センター上級研究員）を招聘いたしました。

して永瀬茂先生（分子科学研究所名誉教授）を招聘しました。永瀬先生は、望む構造、

私共は、センターが若手研究者の登竜門

物性、機能を持つ分子を自在に組み立ててとなることを期待しています。実際に、セ思うように反応させる理論と計算およびコンターの博士研究員であった多くの方々が、ンピューターシミュレーションの開発にお現在、国内外の大学、研究機関で活躍していて顕著な業績を挙げられました。2015

おられます。2016年には、化学の将来の発年からは FIFC リサーチフェローとして高展のために若手研究者の育成の⼤切さを説

周期典型元素と遷移金属元素化学種の理論

いておられた福井博士の遺志を汲み、基礎化学に関する研究を進めておられます。同

化学・理論化学の分野で顕著な研究業績をじ年に、シニアリサーチフェローとして田挙げた若手研究者を顕彰する「福井謙一奨

中一義先生（京都大学名誉教授）を招聘し励賞」を創設し、「理論化学研究に立脚しました。田中一義先生は導電性や磁性を有た量子干渉現象の分子エレクトロニクスへする有機化合物など量子機能材料に関するの展開に関する研究」に対して辻雄太先生

物理化学的研究において優れた多くの業績（九州大学分子システムデバイス国際リーを挙げておられ、現在は元素ブロックを有

ダー教育センター助教）に第 1 回同奨励賞

する分子・高分子の理論化学に関する研究が授与されました。第 2 回（2017年）は、「第を展開されています。

一原理波動関数理論の固体への展開 : 量子

さらに2016年には、化学反応電子動力

化学と固体電子論の融合」で越智正之先生

学の基礎理論研究において著名な高塚和夫（大阪大学大学院理学研究科助教）に、第先生（東京大学名誉教授）をリサーチリー

3 回（2018年）は「縮退と擬縮退の包括的ダーとして招聘しました。センターでは非理解に向けた新たな数理科学の開拓に関す

断熱電子動力学理論による化学反応の解析る研究」で春田直毅先生（東京工業大学化に関する研究を推進しておられます。

学技術創成研究特任助教）に授与されまし2018年 2 月には理論研究部門の専任教授た。第 4 回（2019年）は「高精度計算と大として、佐藤徹先生が着任されました。佐

規模計算の発展 -- 解析的エネルギー微分

藤徹先生は振電相互作用に関する研究、特の視点から」で、西本佳央先生（京都大学― ii ―

福井謙一記念研究センター特定助教）に授開しています。2018年には、前年にご逝去

与されました。

された諸熊先生のゆかりの文物の展示コー
ナーも加わりました。

また次世代を担う若手研究者の育成を本センターは、上述のように規模は大図るため、福井センター基金を 2018年に

きくありませんが、研究活動は極めて活発

開設いたしました。
本センターは、国際活動も活発で、2005です。今後も、京都大学あるいは国内外と年よりチェコおよびスロバキアと理論化の共同研究を積極的に進めて行きたいと考学・計算化学シンポジウムを定期的に開催

えております。とくに実験科学者との共同しております。2011年には国内外（主にド研究は重要であり、そのような連携研究をイツ、東欧、中国、韓国）から第一線の研さらに活発化したいと考えております。

究者を招き、
第 1 回福井センター理論化学・この年報により、本センターの活動に興計算化学国際シンポジウムを開催しました。

味をお持ち頂ければ幸甚です。そして、そこうした国際連携活動をさらに活性化する

れが共同研究の契機となり、時間をかけてという観点から、2016年 2 月に国際学術連

大きな成果に結実していくことを念願して携研究室（2016年12月に国際連携インター

います。最後になりましたが、本センター

ディシプリナリー研究推進室と改組）を設の順調な活動はひとえに工学研究科、理学置し、その運営上必要となるコーディネー

研究科、化学研究所のご協力、ご援助の賜ター役として、特定助教 1 名を配置しまし物であり、ここに心から御礼申し上げる次た。本センターは、今後も理論化学・計算第です。

化学分野におけるわが国の研究拠点の役割
2020年８月を果たし、国際連携活動を展開して行きた
いと考えております。
また、例年初冬に福井センターシンポ

京都大学福井謙一記念研究センター長ジウムを開催しており、国内外のトップク

佐ラスの研究者による特別講演、運営委員の講演、並びに京都大学内外からのポスター発表を行っております。研究発表のレベル
は高く、特別講演に来られた講師からも毎年高い評価を得ております。
さらに社会貢献活動の一環として、2011
年が福井先生のノーベル化学賞受賞30周年にあたるため、これを節目として本セン
ター玄関ロビーに先生ゆかりの文物の展示コーナーを設置しました。コーナーでは先生が使用された机、椅子、ノーベル賞メダ
ル・賞状（複製）、研究ノート・メモ、写真などを展示し、常設展示として一般に公― iii ―

藤

啓

文

目
はじめに
Ⅰ

次

京都大学福井謙一記念研究センター長

佐

藤

啓

文………………… ⅰ

専任教員・スーパーバイザー
１．教員組織…………………………………………………………………………… １

２．教員プロフィール

Ⅱ



センター長

…………………………………………………………………… ２

副センター長スーパーバイザー



専任教員



リサーチダイレクターFIFCリサーチフェロー… ……………………………………………………… 20



リサーチリーダー

研究員………………………………………………………………… ３…………………………………………………………… ６……………………………………………………………………… 16…………………………………………………………… 26………………………………………………………………………… 27

博士研究員等１．博士研究員組織…………………………………………………………………… 29

２．博士研究員プロフィール
Ⅲ……………………………………………………… 19………………………………………………………… 30

研究広報活動１．福井謙一記念研究センターシンポジウム
２．セミナー…………………………………………………………………………… 40



第 17 回福井センターセミナー



その他のセミナー

３．国際交流…………………………………………………………………………… 41

４．社会へのアウトリーチ活動……………………………………………………… 41

５．福井謙一奨励賞の創設及び奨励賞の授与
Ⅳ……………………………………… 39……………………………………… 41

研究業績
１．専任教員…………………………………………………………………………… 42

２．リサーチダイレクター…………………………………………………………… 55

３．FIFCリサーチフェロー ……………………………………………………………… 61
４．リサーチリーダー
５．研究員………………………………………………………………… 78……………………………………………………………………………… 84― iv ―

６．博士研究員
Ⅴ………………………………………………………………………… 87

資料
１．研究業績一覧

……………………………………………………………………… 127

２．共同研究者受入れ状況
３．海外渡航一覧…………………………………………………………… 132……………………………………………………………………… 132

４．福井謙一記念研究センター シンポジウム ポスター・プログラム
５．福井センターセミナー ポスター・プログラム………………………………… 140（本冊子は下記アドレス (URL) にて、ウェブ上でも閲覧いただけます。
http://www.fukui.kyoto-u.ac.jp/publication/AnnualReport2019.pdf）―v―………… 133

Ⅰ

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）専任教員・スーパーバイザー

１．教員組織職

協議2019（平成３１/ 令和元）年度
名

氏

名

備

考

藤

啓

文

工学研究科

分子工学専攻

重

彦

理学研究科

化学専攻

宏

化学研究所

分子レオロジーセンター長

佐副センター長林

副センター長渡

辺

工学研究科長

大

嶋

正

裕

工学研究科

化学工学専攻理学研究科長

平

島

崇

男

理学研究科

地球惑星科学専攻

化学研究所長

辻

井

敬

亘

化学研究所

材料機能化学研究系

毅

工学研究科

高分子化学専攻員

総合研究部門スーパーバイザー

理論研究部門スーパーバイザー

総合研究部門
理論研究部門
国際連携インターディシプ
リナリー研究推進室
平尾グループ
永瀬グループ
田中グループ
榊グループ
高塚グループ

教

授

古

賀

教

授

跡

見

晴

幸

工学研究科

合成・生物化学専攻

教

授

佐

々

真

一

理学研究科

物理学・宇宙物理学専攻

教

授

山

本

潤

理学研究科

物理学・宇宙物理学専攻

教

授

田

中

勝

久

国際高等教育院（工学研究科併任）

教

授

宇

田

哲

也

工学研究科

材料工学専攻

教

授

田

中

庸

裕

工学研究科

分子工学専攻

教

授

山

本

量

一

工学研究科

化学工学専攻

教

授

高

田

彰

二

理学研究科

生物科学専攻

教

授

渡

邊

一

也

理学研究科

化学専攻

准 教 授
教

（欠員中）
徹

専 任
（工学研究科分子工学専攻協力講座）

直

毅

専

任

本

佳

央

専

任： –R2.2.29

尾

公

彦

研究員

茂

研究員

一

義

研究員

茂

好

研究員

塚

和

夫

研究員

授

佐

藤

特定助教

春

田

特定助教

西

リサーチダイレクター 平
FIFC リサーチ
フェロー
FIFC リサーチ
フェロー
FIFC リサーチ
フェロー

永

瀬

田

中

榊

リサーチリーダー 高

榊グループ

研究員

北

浦

和

夫

研究員

喜多-福井プロジェクト

研究員

加

藤

立

久

研究員

―1―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）

２．教員プロフィール


センター長

【氏名（ふりがな）】 佐藤啓文（さとうひろふみ）【職名】 教授【所属】 工学研究科分子工学専攻【研究室】 A4 棟 026【直通電話】 075-383-2548【FAX】 075-383-2799【電子メールアドレス】 hirofumi@moleng.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://www.riron.moleng.kyoto-u.ac.jp/【研究分野】 理論化学・量子化学・統計力学【現在の研究課題】 理論化学・物理化学【研究内容キーワード】 化学反応・自己集合・溶媒和【最終学歴】 1996 年 5 月

京都大学理学研究科化学専攻博士後期課程修了【学位】 1996 年 5 月

京都大学博士（理学）【略歴】 1996 年 8 月
2002 年 5 月
2004 年 5 月
2010 年 7 月

岡崎国立共同研究機構分子科学研究所助手
京都大学工学研究科講師
京都大学工学研究科助教授
京都大学工学研究科教授【在外研究歴】 2004 年 6 月 -2004 年 12 月
Madden 教授）

連合王国 Oxford 大学 PTCL 訪問研究員（Paul A.

【所属学会】 日本化学会、分子科学会、理論化学会、溶液化学研究会【学会活動】 日本化学会 理論化学・情報化学・計算化学ディビジョン幹事（2011 年 -）、同主査（2019 年 -）、日本化学会近畿支部副支部長（2019 年）
理論化学会 副会長（2019 年 -）分子科学会 幹事（2012 年 -2013 年 , 2020 年 -）、運営委員（2012 年 -2016 年，
2018 年 -）溶液化学研究会 運営委員（2015 年 -）、運営委員長（2020 年 -）【主な著書、学術論文】 1.
（過去 5 年以内）
2.
3.

4.
5.

Satoshi Takahashi, Yuya Sasaki, Shuichi Hiraoka, and Hirofumi Sato, “A stochastic model study on the self-assembly process of a Pd”, Phys. Chem. Chem.
Phys., 21, 6341-6347 (2019).
Yoshihiro Matsumura, Satoru Iuchi, Shuichi Hiraoka, and Hirofumi Sato, “Chiraleffects on the final step of an octahedron-shaped coordination capsule self-assembly” Phys. Chem. Chem. Phys., 20, 7383-7386 (2018).
Maxim Shishkin, Shinichi Kumakura, Syuhei Sato, Kei Kubota, Shinichi Komaba, and Hirofumi Sato, “Unraveling the Role of Doping in Selective Stabilizationof NaMnO2 Polymorphs: Combined Theoretical and Experimental Study” Chem.
Materials, 30, 1257 (2018).
Kento Kasahara and Hirofumi Sato, “Dynamics theory for molecular liquids
based on an interaction site model” Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 27917-27929(2017).
Hirofumi Sato, “A modern solvation theory: quantum chemistry and statisticalchemistry” Phys. Chem. Chem. Phys. 15(20), 7450-7465 (2013).

【学術関係の受賞】 日本化学会・進歩賞（2002 年）
分子構造総合討論会奨励賞（2006 年）
公益信託分子科学研究奨励森野基金（2008 年）
溶液化学研究会学術賞（2009 年）
―2―

Ⅰ



専任教員・スーパーバイザー（2019）

副センター長【氏名（ふりがな）】 林

重彦 （はやししげひこ）【職名】 教授【所属】 理学研究科

化学専攻【研究室】 理学研究科 6 号館 154 号室【直通電話】 075-753-4006【FAX】 075-753-4000【電子メールアドレス】 hayashig@kuchem.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/riron/hayashig/【研究分野】 理論化学・生物物理学【現在の研究課題】 タンパク質分子機能の理論的研究【研究内容キーワード】 タンパク質機能・分子シミュレーション【学歴】 1997 年 11 月

京都大学大学院理学研究科化学専攻博士課程修了【学位】 1997 年 11 月

博士（理学）（京都大学）【略歴】 1998 年 4 月 日本学術振興会特別研究員（名古屋大学）
2000 年 4 月 米国イリ ノイ大学ベックマン研究所博士研究員
2003 年 6 月 京都大学福井謙一記念 研究センター博士研究員
2003 年 10 月 科学技術振興機構さきがけ研究員
2005 年 5 月 京都大学大学院理学研究科准教授
2013 年 7 月 同教授【所属学会】 分子科学会、生物物理学会、蛋白質科学会、日本化学会【学会活動】 日本生物物理学会理事【主な著書、学術論文】 1.
（過去 5 年以内）

An atomistic model of a precursor state of light-induced channel opening ofchannelrhodopsin. Cheng Cheng, Motoshi Kamiya, Mizuki Takemoto, Ryuichiro Ishitani, Osamu Nureki, Norio Yoshida*, and Shigehiko Hayashi*, Biophys. J.,
115, 1281-1291 (2018).

2.

Atomistic modeling of alternating access of a mitochondrial ADP/ATP membrane transporter with molecular simulations. Koichi Tamura and Shigehiko Hayashi*, PLOS ONE, 12, e0181489 (2017).

3.

Photoactivation intermediates of a G-protein coupled receptor rhodopsin investigated by a hybrid molecular simulation. Motoshi Kamiya and Shigehiko Hayashi*, J. Phys. Chem. B, 121, 3842-3852 (2017).

4.

Molecular mechanism of wide photoabsorption spectral shifts of color variantsof human cellular retinol binding protein II. Cheng Cheng, Motoshi Kamiya,
Yoshihiro Uchida, Shigehiko Hayashi*, J. Am. Chem. Soc., 137, 13362-13370(2015)

5.

Atomistic design of microbial opsin-based blue-shifted optogenetics tools. Hideaki E. Kato, Motoshi Kamiya, Seiya Sugo, Jumpei Ito, Reiya Taniguchi, Ayaka
Orito, Kunio Hirata, Ayumu Inutsuka, Akihiro Yamanaka, Andres D. Maturana,
Ryuichiro Ishitani, Yuki Sudo, Shigehiko Hayashi*, and Osamu Nureki*, Nat.
Commun., 6, 7177 (2015)―3―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）【氏名（ふりがな）】 渡辺

宏 （わたなべひろし）【職名】 教授【所属】 京都大学化学研究所【研究室】 化学研究所本館 N542-C【直通電話】 0774-38-3135【FAX】 0774-38-3139【電子メールアドレス】 hiroshi@scl.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://rheology.minority.jp/jp/【研究分野】 分子レオロジー【現在の研究課題】 高分子ダイナミクス【研究内容キーワード】 絡み合い , 動的不均一性 , 粗視化【最終学歴】 1985. 3 月 大阪大学

理学博士

【学位】 阪大理博【略歴】 1983.4-1994.7: 大阪大学理学研究科 助手
1994.8-2002.12: 京都大学化学研究所 助教授
2003.1: 京都大学化学研究所 教授【在外研究歴】 1987.4-1989.3: 米国 Minnesota 大学化学工学科

博士研究員【所属学会】 日 本 レ オ ロ ジ ー 学 会 ; The Society of Rheology (USA); The Korean Society ofRheology; The American Chemical Society; The American Physical Society【学会活動】 2015.5-2017.5: 日本レオロジー学会 会長
2016.8-2020.8: President, The International Committee on Rheology
2011.3- 現在 : Associate Editor of Macromolecules (ACS)【主な著書、学術論文】 Y. Matsumiya and H. Watanabe, ENTANGLEMENT-LOOSENING DYNAMICS（過去 5 年以内） RESOLVED THROUGH COMPARISON OF DIELECTRIC AND VISCOELASTICDATA OF TYPE-A POLYMERS: A REVIEW, Rubber Chemistry and Technology,
93, 22-62 (2020) .
Y. Matsumiya, H. Watanabe, O. Urakawa, T. Inoue, Y. Kwon, “Effect of Head-toHead Association/Dissociation on Viscoelastic and Dielectric Relaxation of Entangled Linear Polyisoprene: An Experimental Test”, Macromolecules, 53, 1070-1083(2020).
S. L. Morelly, L. Palmese, H. Watanabe, and N. J. Alvarez, “Effect of Finite Extensibility on Nonlinear Extensional Rheology of Polymer Melts”, Macromolecules, 52,
915-922 (2019).
Y. Matsumiya, H. Watanabe, Y. Masubuchi, Q. Huang, and O. Hassager, “Nonlinear
Elongational Rheology of Unentangled Polystyrene and Poly(p-tert-butyl styrene)
Melts”, Macromolecules, 51, 9710-9729 (2018).

―4―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）

H. Watanabe, Y. Matsumiya, and Y. Kwon, “Viscoelastic and Dielectric Relaxationof Reptating Type-A Chains Affected by Reversible Head-to-Head Association andDissociation”, Macromolecules, 51, 6476-6496 (2018).
S. Wu, X. Cao, Z. Zhang, Q. Chen, Y. Matsumiya, and H. Watanabe, “Molecular
Design of Highly-Stretchable Ionomers”, Macromolecules, 51, 4735-4746 (2018).
K. I. S. Mongcopa, M. Tyagi, J. P. Mailoa, G. Samsonidze, B. Kozinsky, S. A. Mullin, D. A. Gribble, H. Watanabe and N. P. Balsara, “Relationship between Segmental
Dynamics Measured by Quasi-Elastic Neutron Scattering and Conductivity in Polymer Electrolytes”, ACS Macro Lett., 7, 504-508 (2018).
H. Watanabe, Y. Matsumiya, and Y. Kwon, “Dynamics of Rouse Chains undergoing
Head-to-Head Association and Dissociation: Difference between Dielectric and Viscoelastic Relaxation”, J. Rheol., 61, 1151-1170 (2017).
Y. Doi, A. Matsumoto, T. Inoue, T. Iwamoto, A. Takano, Y. Matsushita, Y. Takahashi,
and H. Watanabe, “Re-examination of terminal relaxation behavior of high-molecular-weight ring polystyrene melts”, Rheol. Acta, 56, 567-581 (2017).
O. M. Kwon, H. Watanabe, K. H. Ahn, and S. J. Lee, “Interplay between structure
and property of graphene nanoplatelet networks formed by an electric field in apoly(lactic acid) matrix”, J. Rheol., 61, 291-303 (2017)
Y. Matsumiya, H. Watanabe, O. Urakawa, and T. Inoue, “Experimental Test for
Viscoelastic Relaxation of Polyisoprene Undergoing Monofunctional Head-to-Head
Association and Dissociation”, Macromolecules, 49, 7088-7095 (2016).
S. Ankiewicz, H. Orbey, H. Watanabe, H. Lentzakis, and J. Dealy, On the use of continuous relaxation spectra to characterize model polymers”, J. Rheol., 60, 1115-1120(2016)
Y. Matsumiya and H. Watanabe , “Nonlinear Stress Relaxation of Miscible Polyisoprene/Poly(p-tert-butyl Styrene) Blends in Pseudo-monodisperse State”, Macromolecules, 49, 4544-4556 (2016).
Youngdon Kwon, Yumi Matsumiya, and Hiroshi Wtanabe, Viscoelastic and Orientational Relaxation of Linear and Ring Rouse Chains undergoing Reversible End-Association and Dissociation”, Macromolecules, 49, 3593-3607 (2016).
【学術関係の受賞】 2008.5：高分子学会賞
2012.5：日本レオロジー学会賞
2015.10：Bingham Award, The Society of Rheology (USA).

―5―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）

スーパーバイザー【氏名（ふりがな）】 古賀

毅 （こが

つよし）

【職名】 教授【所属】 工学研究科【研究室】 桂キャンパス

高分子化学専攻
A3 棟 115 号室【直通電話】 075-383-2705【FAX】 075-383-2706【電子メールアドレス】 tkoga@phys.polym.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://www.phys.polym.kyoto-u.ac.jp【研究分野】 高分子系の統計力学・計算科学【現在の研究課題】 高分子系の構造形成とダイナミクス【研究内容キーワード】 高分子・ゲル・レオロジー【学歴】 1993 年 3 月九州大学大学院理学研究科物理学専攻博士後期課程修了【学位】 1993 年 3 月九州大学博士（理学）【略歴】 1993 年 4 月
1994 年 4 月
1998 年 5 月
2009 年 4 月
2012 年 8 月

日本学術振興会特別研究員
新技術事業団 ERATO 橋本相分離構造プロジェクト研究員
京都大学工学研究科助手
京都大学工学研究科准教授
京都大学工学研究科教授【所属学会】 高分子学会，日本レオロジー学会，The American Chemical Society【学会活動】 2016.6-2018.5: 高分子学会理事
2014.5- 現在 : 高分子学会関西支部常任幹事【主な著書、学術論文】 1. Theory of transient networks with a well-defined junction structure, H. Ozaki, T.
（過去 5 年以内） Koga, J. Chem. Phys., 152, 184902 (2020)
2. Molecular simulation of structures and mechanical properties of nanocomposite networks consisting of disk-shaped particles and polymers, T. Furuya, T. Koga,
SOFT MATTER, 41, 8293-8305 (2018)
3. Theoretical study of inclusion complex formation of cyclodextrin and single polymer chain, T. Furuya, T. Koga, POLYMER, 131, 193-201 (2017)
4. Physical gelation of supramolecular hydrogels cross-linked by metal-ligand interactions: Dynamic light scattering and microrheological studies, H. Ozaki, T. Indei, T.
Koga, T. Narita, POLYMER, 128, 363-372 (2017)
5. Statistical Thermodynamic Theory of Heat-Induced Gelation of Aqueous Methylated Polyrotaxane Solutions, H. Kojima, T. Koga, MACROMOLECULES, 49, 70157024 (2016)【学術関係の受賞など】―6―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）【氏名（ふりがな）】 跡見 晴幸 （あとみ はるゆき）【職名】 教授【所属】 工学研究科 合成・生物化学専攻【研究室】 桂キャンパス A4 棟 217 号室【直通電話】 075-383-2777【FAX】 075-383-2778【電子メールアドレス】 atomi@sbchem.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/atomi-lab/en/【研究分野】 応用微生物学・応用生物化学、基礎ゲノム科学、生体関連化学、生物・生
体工学、生物系、構造生物化学【現在の研究課題】 アーキアや極限環境微生物の代謝生理【研究内容キーワード】 微生物、微生物代謝、生合成、アーキア、極限環境微生物、ゲノム、超好熱菌、炭酸固定、遺伝子発現制御、合成生物学【最終学歴】 1992 年 3 月京都大学大学院工学研究科工業化学専攻博士課程単位認定退学【学位】 1992 年 3 月工学博士（京都大学）【略歴】 1992 年 4 月京都大学工学部工業化学科助手
1997 年 5 月京都大学大学院工学研究科合成・生物化学専攻助教授
2009 年 3 月京都大学大学院工学研究科合成・生物化学専攻教授【在外研究歴】 1994 年 4 月～ 1995 年 9 月ドイツ Stuttgart 大学 博士研究員【所属学会】 生物工学会、日本化学会、農芸化学会、ゲノム微生物学会、環境バイオテ
クノロジー学会、極限環境生物学会、生化学会、酵素工学研究会、バイオインダストリー協会、分子生物学会、マリンバイオテクノロジー学会、日本アーキア研究会、International Society for Extremophiles、American Society
for Microbiology【学会活動】 酵素工学研究会 会長、日本化学会バイオテクノロジー部会 部会長、
近畿化学協会バイオ部会 部会長、ゲノム微生物学会 評議員、環境バイ
オテクノロジー学会 理事、日本アーキア研究会 幹事、極限環境生物学会
幹事、International Society for Extremophiles, President【主な著書、学術論文】 1. YamamotoY, Kanai T, Kaneseki T, Atomi H. “The TK0271 protein activates transcription of aromatic amino acid biosynthesis genes in the（過去 5 年以内）
hyperthermophilic archaeon Thermococcus kodakarensis”. Mbio. 10,
e01213-19, (2019).
2. Shimosaka T, Makarova KS, Koonin EV, Atomi H. “Identification of
dephospho-coenzyme A (dephospho-CoA)” kinase in Thermococcus
kodakarensis and elucidation of the entire CoA biosynthesis pathway in
Archaea. Mbio. 10, e01146-19, (2019).
3. Nagata R, Fujihashi M, Sato T, Atomi H, Miki K. “Identification of apyrophosphate-dependent kinase and its donor selectivity determinants”,
Nature Commun. 9, 1765, (2018).
4. Nunoura T, Chikaraishi Y, Izaki R, Suwa T, Sato T, Harada T, Mori K,
Kato Y, Miyazaki M, Shimamura S, Yanagawa K, Shuto A, Ohkouchi N,
Fujita N, Takaki Y, Atomi H, Takai K. “A primordial and reversible TCA
cycle in a facultatively chemolithoautotrophic thermophile”, Science 359,
559-563, (2018).
5. Zheng RC, Hachisuka SI, Tomita H, Imanaka T, Zheng YG, Nishiyama
M, Atomi H. “An ornithine ω-aminotransferase required for growth in theabsence of exogenous proline in the archaeon Thermococcus kodakarensis”. J. Biol. Chem. 293, 3625-3636, (2018).
6. Makino Y, Sato T, Kawamura H, Hachisuka SI, Takeno R, Imanaka T,
Atomi H. “An archaeal ADP-dependent serine kinase involved in cysteinebiosynthesis and serine metabolism”, Nature Commun. 7, 13446, (2016).
7. Aono R, Sato T, Imanaka T, Atomi H. “A pentose bisphosphate pathway
for nucleoside degradation in Archaea”, Nature Chem. Biol. 11(5):355360, 2015.
【学術関係の受賞】 極限環境微生物学会 研究奨励賞（2004 年）

―7―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）【氏名（ふりがな）】 佐々

真一 （ささしんいち）【職名】 教授【所属】 京都大学

大学院理学研究科【研究室】 理学部 5 号館

物理学宇宙物理学専攻

424 号室【直通電話】 075-753-3743【FAX】 075-753-3819【電子メールアドレス】 sasa@scphys.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://www.ton.scphys.kyoto-u.ac.jp/nonlinear/sasa/member_j.html【研究分野】 統計物理学【現在の研究課題】 マクロダイナミクスの創発【研究内容キーワード】 エントロピー、ダイナミクス、統計力学【学歴】 1991 年 3 月京都大学大学院理学研究科博士後期課程物理学第一専攻修了【学位】 1991 年 3 月理学博士 （京都大学）【略歴】 1991 年 4 月京都大学理学部助手
1994 年 8 月東京大学大学院総合文化研究科助教授
2007 年 4 月東京大学大学院総合文化研究科准教授
2009 年 4 月東京大学大学院総合研究科教授
2012 年 11 月京都大学大学院理学研究科教授【在外研究歴】 1995.9- 1996.8 米国イリノイ大学

客員研究准教授【所属学会】 日本物理学会【学会活動】 2017.4-2018.3 日本物理学会領域１１代表【主な著書、学術論文】 1.Fluctuation–response inequality out of equilibrium（過去 5 年以内） Andreas Dechant , Shin-ichi Sasa
Proceedings of the National Academy of Sciences 117(12) 6430 - 6436 (2020)
2. Liquid-gas transitions in steady heat conduction
Naoko Nakagawa, Shin-ichi Sasa
Phys. Rev. Lett. 119, 260602/1-6(2017)
3. Thermodynamic entropy as a Noether invariant
S.-I. Sasa, Yuki Yokokura
Phys. Rev. Lett 116 140601/1-140601/6 （2016）
4.Replica symmetry breaking in trajectories of a driven Brownian particle
Masahiko Ueda, S.-I. Sasa
Phys. Rev. Lett 115 080605/1-080605/5 （2015）
5.Derivation of Hydrodynamics from the Hamiltonian Description of Particle Systems
S.-I. Sasa
Phys. Rev. Lett 112 100602/1-100602/5 （2014）【学術関係の受賞など】

―8―

Ⅰ

【氏名（ふりがな）】 山本【職名】 教授

潤（やまもと副研究科長【所属】 大学院理学研究科

専任教員・スーパーバイザー（2019）

じゅん）
評議員
物理学・宇宙物理学専攻【研究室】 理学研究科 5 号館 218 号室【直通電話】 075-753-3788【FAX】 075-753-3788【電子メールアドレス】 junyama@scphys.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://softmatter.scphys.kyoto-u.ac.jp/【研究分野】 ソフトマター物理学【現在の研究課題】 超界面とソフトマター【研究内容キーワード】 ダイナミクス、揺らぎ、粘弾性【学歴】 1987 年 7 月東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻博士課程中退【学位】 1990 年 6 月工学博士（東京大学）【略歴】 1987 年 8 月東京大学工学部物理工学科助手
1991 年 6 月東京大学生産技術研究所助手
1999 年 10 月 ERATO 横山液晶微界面プロジェクト GL
2005 年 8 月京都大学大学院理学研究科教授【所属学会】 日本物理学会、日本液晶学会【学会活動】 2020-2024 年国際液晶学会副会長、2015~2017 年日本物理学会京都支部長、2014~2016 年日本液晶学会財務理事【主な著書、学術論文】 1) K. W. Lee, T. Araki, J. Yamamoto, Dynamic control of an in-plane-switching liquid（過去 5 年以内） crystal cell using heterogeneous substrates, Soft Matter, 16, 348-356 (2020).
2) M. Saito, J. Yamamoto, R. Masuda, M. Kurokuzu, Y. Onodera, Y. Yoda, and M. Seto,
Direct observation of interlayer molecular translational motion in a smectic phase anddetermination of the layer order parameter, Phys. Rev. Res. 1, 012008(R) (6 pages)(2019).
3) K. Hata, Y. Takanishi, I. Nishiyama and J. Yamamoto, Softening of twist elasticity inthe swollen smectic C liquid crystal, Euro. Phys. Lett. 120, 56001(5P) (2017).
4)S. Bono, Y. Takanishi and J. Yamamoto, Effects of layer order on the mobility of mesogenic molecules in SmA liquid-crystalline emulsions, Europhys. Lett., 113, 56004 (5P)(2016).
5) E. Gorecka, N. Vaupoticˇ, A. Zep, D. Pociecha, J. Yoshioka, J. Yamamoto, and H.
Takezoe, A Twist-Bend Nematic (NTB)Phase of Chiral Materials, Angew. Chem. 127,
(2015) 10293 –10297.

【学術関係の受賞など】 2015 年日本液晶学会業績賞―9―Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）【氏名（ふりがな）】 田中

勝久 （たなかかつひさ）【職名】 教授【所属】 工学研究科 材料化学専攻・国際高等教育院【研究室】 桂キャンパス A3 クラスター 018【直通電話】 075-383-2801【FAX】 075-383-2420【電子メールアドレス】tanaka.katsuhisa.4n@kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://dipole7.kuic.kyoto-u.ac.jp/【研究分野】 無機固体化学【現在の研究課題】 新規無機固体・材料の合成と磁気的・誘電的・光学的性質【研究内容キーワード】 酸化物、金属、磁気的性質、誘電的性質、光学的性質【学歴】 1984 年 3 月 京都大学工学部工業化学科卒業
1986 年 3 月 京都大学大学院工学研究科工業化学専攻修士課程修了【学位】 1991 年 3 月 京都大学工学博士【略歴】 1986 年 4 月 三重大学工学部助手
1989 年 4 月 京都大学工学部助手
1999 年 7 月 京都工芸繊維大学工芸学部助教授
2004 年 4 月 京都大学大学院工学研究科教授
2019 年 4 月 京都大学国際高等教育院教授（工学研究科併任）【所属学会】 日本セラミックス協会、日本化学会、応用物理学会、日本物理学会、粉体粉末冶金協会、日本材料学会、日本金属学会、Materials Research Society、The
Optical Society【学会活動】 日本セラミックス協会理事、粉体粉末冶金協会理事【主な著書、学術論文】 (1) K. Fujita, T. Kawamoto, I. Yamada, O. Hernandez, N. Hayashi, H. Akamatsu, W.
（過去 5 年以内） Lafargue-Dit-Hauret, X. Rocquefelte, M. Fukuzumi, P. Manuel, A. J. Studer, C. Knee,and K. Tanaka, “LiNbO3-type InFeO3: Room-temperature polar magnet without second-order Jahn-Teller active ions”, Chem. Mater. 28 (2016) 6644.
(2) Y. Nakatsuka, K. Pollok, T. Wieduwilt, F. Langenhorst, M. A. Schmidt, K. Fujita, S.
Murai, K. Tanaka, and L. Wondraczek, “Giant Faraday rotation through Fe0n states insuperparamagnetic FeO-SiO2 vitreous films”, Adv. Sci. (2017) 1600299.
(3) T. Sawai, Y. Yamaguchi, N. Kitamura, T. Date, S. Konishi, K. Taga, and K. Tanaka,“Pulse-based electron spin transient nutation measurement of BaTiO3 fine particle:
Identification of controversial signal around g=2.00”, Appl. Phys. Lett. 112 (2018)202902.
(4) S. Yoshida, H. Akamatsu, R. Tsuji, O. Hernandez, H. Padmanabhan, A. S. Gupta,
A. Gibbs, K. Mibu, S. Murai, J. M. Rondinelli, V. Gopalan, K. Tanaka, and K. Fujita,“Hybrid improper ferroelectricity in (Sr,Ca)3Sn2O7 and beyond: universal relationshipbetween ferroelectric transition temperature and tolerance factor in n = 2 Ruddlesden−
Popper phases”, J. Am. Chem. Soc. 140 (2018) 15690.
(5) R. Kamakura, S. Murai, Y. Yokobayashi, K. Takashima, M. Kuramoto, K. Fujita,
and K. Tanaka, “Enhanced photoluminescence and directional white light generationby plasmonic array”, J. Appl. Phys. 124 (2018) 213105.
(6) H. Akamatsu, K. Fujita, T. Kuge, A. S. Gupta, J., M Rondinelli, I. Tanaka, K.
Tanaka, and V. Gopalan, “Unexpected A-site cation size effect on oxygen octahedral
rotations in acentric Ruddlesden-Popper alkaline rare-earth titanates”, Phys. Rev. Mater. 3 (2019) 065001.
(7) S. Murai, E. Cabello-Olmo, R. Kamakura, M. E. Calvo, G. Lozano, T. Atsumi, H.
Miguez, and K. Tanaka, “Optical responses of localized and extended modes in a mesoporous layer on plasmonic array to isopropanol vapor”, J. Phys. Chem. C 124 (2020)5772.
【学術関係の受賞など】 ACS/CJS Joint Ceramic Award (1997 年 )、日本セラミックス協会学術賞 (2005 年 )、Award of the Outstanding Papers Published in the JCerSJ in 2013（2013 年）、日本
セラミックス協会フェロー表彰 (2019 年 )、粉体粉末冶金協会研究功績賞 (2019年)― 10 ―

Ⅰ【氏名（ふりがな）】 宇田

哲也 （うだ

専任教員・スーパーバイザー（2019）

てつや）【職名】 教授【所属】 大学院工学研究科

材料工学専攻【研究室】 物理系校舎６階【直通電話】 075-753-5439【FAX】 075-753-5284【電子メールアドレス】 uda.tetsuya.5e@kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 https://www.aqua.mtl.kyoto-u.ac.jp/【研究分野】 材料工学
【現在の研究課題】 固体イオニクス・金属生産工学【研究内容キーワード】 プロトン伝導性酸化物・チタン製造・資源循環【最終学歴】 1999 年 3 月東北大学大学院 工学研究科金属工学専攻博士後期課程

修了【学位】 1999 年 3 月博士 ( 工学 )（東北大学）【略歴】 1999 年 4 月
2002 年 5 月
2005 年 4 月
2006 年 8 月
2007 年 4 月
2014 年 8 月

東北大学素材工学研究所助手
カリフォルニア工科大学ポストドクトラルスカラー
京都大学工学研究科材料工学専攻 助手
同 助教授
同 准教授
同 教授

【在外研究歴】 2002 年 5 月 -2005 年 3 月

米国カリフォルニア工科大学（Sossina M. Haile 教授）【所属学会】 資源・素材学会、日本金属学会、電気化学会、日本固体イオニクス学会【学会活動】 資源・素材学会 会報誌 編集幹事長など【主な著書、学術論文】 Thermodynamic maximum of Y doping level in Barium Zirconate in co-sintering（過去 5 年以内） with NiO, Katsuhiro Ueno, Naoyuki Hatada, Donglin Han, and Tetsuya Uda
Journal of Materials Chemistry A, 7, (2019), 7232-7241
Characteristic Microstructure Underlying the Fast Hydration-dehydration
Reation of β-La2(SO4)3:”Fine Platy Joints” with “Loose Grain Boundaries”, Kunihiko
Shizume, Naoyuki Hatada, Kazuaki Toyoura, Tetsuya Uda
Journal of Materials Chemistry A, 6, (2018), 24956-24964
The Best Composition of an Y-doped BaZrO3 Electrolyte: Selection Criteria fromTransport Properties, Microstructure, and Phase Behavior, Donglin Han and Tetsuya
Uda, Journal of Materials Chemistry A, 6, (2018), 18571-185824
Preferential Proton Conduction along Three-Dimensional Dopant Network in Yttrium-Doped Barium Zirconate:A First-Principles Study, Kazuaki Toyoura, Weijie
Meng, Donglin Han, and Tetsuya Uda, Journal of Materials Chemistry A, 6, (2018),
22721-22730
Discovery of Rapid and Reversible Water Insertion in Rare Earth Sulfates: A New
Process for Thermochemical Heat Storage, Naoyuki Hatada, Kunihiko Shizume, Tetsuya Uda, Advanced Materials, 29, (2017), 1606569【学術関係の受賞】 2014

第 10 回（平成 25 年度）日本学術振興会賞― 11 ―など

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）【氏名（ふりがな）】 田中

庸裕 （たなかつねひろ）【職名】 教授【所属】 工学研究科

分子工学専攻【研究室】 桂キャンパス A4 棟 126 号室【直通電話】 075-383-2558【FAX】 075-383-2561【電子メールアドレス】 tanakat@moleng.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/~moleng_04/【研究分野】 触媒化学・固体物理化学【現在の研究課題】 固体と接触したナノ粒子・光触媒による人工光合成【研究内容キーワード】 元素戦略・ナノ粒子・X 線分光法
【学歴】 1987 年 3 月 京都大学工学研究科博士後期課程修了【学位】 1987 年 7 月 京都大学工学博士【略歴】 1987 年 10 月 北海道大学理学部助手
1990 年 4 月 京都大学工学部助手
1997 年 7 月 京都大学工学研究科助教授
2004 年
同教授【所属学会】 触媒学会，日本化学会，石油学会，アメリカ化学会，日本 XAFS 研究会，英国王立化学会【主な著書、学術論文】 1. NOx Oxidation and Storage Properties of a Ruddlesden-Popper Type Sr（過去 5 年以内） 3Fe2O7−δ Layered Perovskite Catalyst
K. Tamai, S. Hosokawa, H. Okamoto, H. Asakura, K. Teramura, T. Tanaka, ACS
Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11(30), 26985-26993.
2. In Situ Spectroscopy-guided Engineering Rhodium Single-Atom Catalysts
for CO Oxidation
M. J. Hülsey, B. Zhang, Z. Ma, H. Asakura, D. N. Do, W. Chen, T. Tanaka, P. Zhang, Z.
Wu, N. Yang, Nature Communications, 2019,10:1330.
3. Efficient Oxygen Storage Property of Sr-Fe Mixed Oxide as Automotive
Catalyst Support
K. Beppu, S. Hosokawa, H. Asakura, K. Teramura, T. Tanaka
J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 1013-1021.
4. Photocatalytic Conversion of Carbon Dioxide by A2BTa5O15 (A= Sr, Ba; B= K,
Na) Using Ammonia as an Efficient Sacrificial Reagent
Z. Huang, S. Yoshizawa, K. Teramura, H. Asakura, S. Hosokawa, T. Tanaka
ACS Sustainable Chem. Eng., 2018, 6(7), 8247-8255.
5. Catalytic Amino Acid Production from Biomass-derived Intermediates
W. Deng, Y. Wang, S. Zhang, K. M. Gupta, M. J. Hülsey, H. Asakura, L. Liu, Y. Han,
E. M. Karp, G. T. Beckham, P. J. Dyson, J. Jiang, T. Tanaka, Y. Wang, N. Yan, PNAS,
2018, 115(20), 5093-5098.
6. Dynamic Behavior of Rh Species in Rh/Al2O3 Model Catalyst during ThreeWay Catalytic Reaction: An Operando Xray Absorption Spectroscopy Study
H.Asakura, S. Hosokawa, T. Tanaka et al., J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 176-184.
7. Efficient Photocatalytic Carbon Monoxide Production from Ammonia andCarbon Dioxide by the Aid of Artificial Photosynthesis
Z. Huang, K. Teramura, H. Asakura, S. Hosokawa, T. Tanaka
Chemical Science, 2017, 8, 5797-5801.
8. Strong Metal-Support Interaction between Pt and SiO 2 Following
High-Temperature Reduction: A Catalytic Interface for Propane Dehydrogenation
L. Deng, H. Miura, T. Shishido, S. Hosokawa, K. Teramura, T. Tanaka
Chemical Communications, 2017, 53, 6937-6940.
9. Thermally Stable Single Atom Pt/m-Al2O3 for the Selective Hydrogenation
and CO Oxidation
Z. Zhang, Y. Zhu, H. Asakura, B. Zhang, J. Zhang, M. Zhou, Y. Han, T. Tanaka, A.-Q.
Wang, T. Zhang, N. Yan, Nature Communications, 2017, 8:16100.
― 12 ―

Ⅰ【氏名（ふりがな）】山本

量一 （やまもと

専任教員・スーパーバイザー（2019）

りょういち）【職名】教授【所属】工学研究科

化学工学専攻A 棟 118 号室【研究室】桂キャンパス【直通電話】075-383-2661【FAX】【電子メールアドレス】ryoichi@cheme.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】http://www-tph.cheme.kyoto-u.ac.jp/【研究分野】ソフトマター / アクティブマターの計算科学【現在の研究課題】生体組織の物理モデリング / 自己泳動する微生物のシミュレーション【研究内容キーワード】ソフトマター、アクティブマター、シミュレーション、移動現象【最終学歴】1992 年 3 月神戸大学大学院 工学研究科修士課程化学工学専攻修了【学位】1996 年 3 月博士（工学）京都大学【略歴】1994 年 9 月
1996 年 3 月
2000 年 1 月
2004 年 10 月
2007 年 4 月
2008 年 10 月

神戸大学大学院自然科学研究科物質科学専攻助手
京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻助手
同講師
京都大学大学院工学研究科化学工学専攻助教授
同准教授
同教授

【在外研究歴】2000 年 9 月 -2001 年 8 月 英国ケンブリッジ大学化学教室（J-P. Hansen 教授）（文部省在外研究員（若手））【所属学会】日本物理学会、化学工学会、分子シミュレーション研究会【学会活動】化学工学会理事【主な著書、学術論文】 1. S. K. Schnyder, J. J. Molina, and R. Yamamoto, Control of cell colony growth bycontact inhibition, Scientific Report 10, 6713-6726 (2020).
（過去 5 年以内）
2. G. Lecrivain, T. B. Pacheco, R. Yamamoto, U. Hampel, and T. Taniguchi, Eulerian/
Lagrangian formulation for the elasto-capillary deformation of a flexible fibre, J.
Comput. Phys. 409, 109324-109339 (2020).
3. N. Arai, S. Watanabe, M. T. Miyahara, R. Yamamoto, U. Hampel, and G. Lecrivain,
Direct observation of the attachment behavior of hydrophobic colloidal particles
onto a bubble surface, Soft Matter 16, 695–702 (2020).
4. M. Campo, S. K. Schnyder, J. J. Molina, T. Speck and R. Yamamoto, Spontaneous
Spatiotemporal Ordering of Shape Oscillations Enhances Cell Migration, Soft Matter 15, 4939-4946 (2019).
5. J. J. Molina, and R. Yamamoto, Mechanosensitivity of Crawling Cells under Periodically Stretching Substrates, Soft Matter 15, 683 (2019).
6. C. Shih, J.J. Molina, and R. Yamamoto, Field-induced dipolar attraction between
like-charged colloids, Soft Matter 12, 914-924 (2018).
7. N. Oyama, K. Teshigawara, J.J. Molina, R. Yamamoto, and T. Taniguchi, Hydrodynamic synchronization of externally driven colloids, Phys. Rev. E 97, 032611(2018).
【学術関係の受賞】2007 年 1 月 ホソカワ研究奨励賞、2002 年 12 月 分子シミュレーション研究会
学術賞― 13 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）【氏名（ふりがな）】 高田彰二 （たかだ

しょうじ）【職名】 教授【所属】 理学研究科

生物科学専攻生物物理学教室【研究室】 理学部 1 号館 205 号室【直通電話】 075-753-4220【FAX】 075-753-4222【電子メールアドレス】 takada@biophys.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://theory.biophys.kyoto-u.ac.jp【研究分野】 理論生物物理学【現在の研究課題】 生体分子の構造機能についての理論およびコンピュータシミュレーション研究【研究内容キーワード】 タンパク質フォールディング、分子モーター、遺伝子動態、生体分子モデリング【最終学歴】 1991 年 9 月総合研究大学院大学数物科学研究科機能分子科学専攻博士後期課
程退学【学位】 1994 年 3 月理学博士（総合研究大学院大学）【略歴】 1991 年～ 1995 年岡崎国立共同研究機構技官（分子科学研究所）
1995 年～ 1998 年日本学術振興会研究員（イリノイ大学化学科）
1998 年～ 2001 年神戸大学理学部化学科講師
2001 年～ 2007 年同助教授
2007 年～ 2013 年京都大学理学研究科生物科学専攻生物物理教室准教授
2013 同教授。
【在外研究歴】 1995 年 5 月 -1998 年 3 月

米国イリノイ大学化学科（日本学術振興会研究員）【所属学会】 日本生物物理学会【学会活動】【主な著書、学術論文】 1.
（過去 5 年以内）
2.
3.
4.
5.
6.
7.

M. Shimizu, Y. Noguchi, Y. Sakiyama, H. Kawakami, T. Katayama*, S. Takada*, Near-atomic structural model for bacterial DNA replication initiation
complex and its functional insights, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 113・
E8021-E8030・2016
C. Tan, T. Terakawa, S. Takada*, Dynamic Coupling among Protein Binding,
Sliding, and DNA Bending Revealed by Molecular Dynamics, JACS., 138・
8512-8522・2016
S. Takada*, R. Kanada, C. Tan, T. Terakawa, W. Li, H. Kenzaki, Modeling
Structural Dynamics of Biomolecular Complexes by Coarse-Grained Molecular
Simulations, Acc. Chem. Res., 48・3026-3035・2015
W. Li, W. Wang, and S. Takada, Energy landscape views for interplays
among folding, binding, and allostery of calmodulin domain, Proc.
Nat. Acad. Sci. USA, 111: 10550-10555, 2014.
M.J.McGrath, I.F.Kuo, S.Hayashi, and S.Takada, ATP hydrolysis mechanism inkinesin studied by combined quantum-mechanical molecular-mechanical metadynamics, JACS, 103: 8908-8919, 2013.
X.Yao, N.Kimura, S.Murakami, and S.Takada, Drug Uptake Pathways of Multidrug Transporter AcrB Studied by Molecular Simulations and Site-Directed
Mutagenesis Experiments, JACS, 135: 7474-7485, 2013.
T.Terakawa, H.Kenzaki, & S.Takada, p53 searches on DNA by rotation-uncoupled sliding at C-terminal tails and restricted hopping of core domains , JACS,
134: 14555-14562, 2012.

【学術関係の受賞】― 14 ―

Ⅰ【氏名（ふりがな）】 渡邊

専任教員・スーパーバイザー（2019）

一也（わたなべかずや）【職名】 教授【所属】 京都大学大学院理学研究科化学専攻【研究室】 分子分光学研究室【電子メールアドレス】 kw@kuchem.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/molspec/index.html【研究分野】 物理化学，表面科学【現在の研究課題】 界面の超高速現象【研究内容キーワード】 非線形分光，界面分光、時間分解分光【最終学歴】 1997 年 3 月大阪大学大学院工学研究科博士後期課程修了【学位】 博士（工学）【略歴】 1997 年岡崎国立共同研究機構分子科学研究所 助手
1999 年総合研究大学院大学先導科学研究科 助手
2004 年自然科学研究機構分子科学研究所 助手（2007 年 4 月より助教）
2007-2010 年独立行政法人科学技術振興機構さきがけ研究員（兼任）2007 年京都大学大学院理学研究科化学専攻 准教授
2019 年 4 月より現職【所属学会】 分子科学会、日本分光学会、日本化学会、表面真空学会、日本物理学会【主な著書、学術論文】 1. “Decoupling from a Thermal Bath via Molecular Polariton Formation”, Shota
Takahashi and Kazuya Watanabe, J. Phys. Chem. Lett., 2020, 11, 1349-1356.
（過去 5 年以内）
2. “Singlet fission of amorphous rubrene modulated by polariton formation”, Shota
Takahashi, Kazuya Watanabe and Yoshiyasu Matsumoto, J. Chem. Phys. 151,
074703 (2019).
3. “Enhanced Structural Disorder at Nanocrystalline Ice Surface”, Yuji Otsuki,
Kazuya Watanabe, Toshiki Sugimoto and Yoshiyasu Matsumoto, Phys. Chem.
Chem. Phys., 2019, 21, 20442 – 20453.
4. “Coherent singlet fission activated by symmetry breaking”,K. Miyata, Y. Kurashige, K. Watanabe, T. Sugimoto, S. Takahashi, S. Tanaka, J. Takeya, T. Yanai,
and Y. Matsumoto, Nature Chemistry, 9, 983–989 (2017).
5. “Disentangling Multidimensional Nonequilibrium Dynamics of Adsorbates: CO
Desorption from Cu(100)” K.-I. Inoue, K. Watanabe, T. Sugimoto, Y. Matsumoto& T. Yasuike, Phys. Rev. Lett., 117, 186101 (2016).

― 15 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）



専任教員

【氏名（ふりがな）
】 佐藤

徹（さとう

とおる）

【職名】 教授【所属】 理論研究部門【研究室】 210
【直通電話】 075-711-7849【FAX】 なし
【電子メールアドレス】 tsato@fukui.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 準備中【研究分野】 理論化学
【現在の研究課題】 振電相互作用理論、機能性分子の理論設計【研究内容キーワード】 振電相互作用 , 有機 EL, Jahn-Teller 効果【学歴】 平成 9 年 3 月 京都大学大学院工学研究科 分子工学専攻博士後期課程修了【学位】 博士（工学）【略歴】 平成 9 年４月日本学術振興会特別研究員 (PD)（財団法人基礎化学研究所）
平成 10 年 1 月 京都大学大学院工学研究科分子工学専攻助手
平成 15 年 10 月 文部科学省在外研究員（若手）（ルーヴァンカトリック大学）
平成 16 年 3 月 京都大学福井謙一記念研究センター理論研究部門助教授
平成 23 年 1 月 京都大学大学院工学研究科分子工学専攻准教授
平成 30 年 2 月京都大学福井謙一記念研究センター理論研究部門教授
現在に至る【所属学会】 日本コンピュータ化学会 , 日本化学会 , フラーレン・ナノチューブ・グラ
フェン学会 , 日本物理学会 , 応用物理学会 , 有機 EL 討論会 , 化学史学会【学会活動】 Jahn-Teller Steering Committee (2009-)【主な著書、学術論文】 “Fluorescence via Reverse Intersystem Crossing from Higher Triplet States in a
（過去 5 年以内） Bisanthracene Derivative”, Tohru Sato*, Rika Hayashi, Naoki Haruta, Yong-Jin Pu,
Sci. Rep. 7 4820 1-9 (2017).
“Thermodynamical vibronic coupling constant and density: Chemical potential andvibronic coupling in reactions”, Tohru Sato*, Naoki Haruta, and Kazuyoshi Tanaka,
Chem. Phys. Lett. 652, 157-161 (2016).
“A Light-Emitting Mechanism for Organic Light-Emitting Diodes: Molecular Designfor Inverted Singlet-Triplet Structure and Symmetry-Controlled Thermally Activated
Delayed Fluorescence”, Tohru Sato*, Motoyuki Uejima, Kazuyoshi Tanaka, Hironori
Kaji, and Chihaya Adachi, J. Mater. Chem. C 3, 870-878 (2015).
“Quantum Yield in Blue-Emitting Anthracene Derivatives: Vibronic Coupling
Density and Transition Dipole Moment Density”, Motoyuki Uejima, Tohru Sato*,
Daisuke Yokoyama, Kazuyoshi Tanaka, and Jong-Wook Park, Phys. Chem. Chem.
Phys. 16, 14244-14256 (2014) .
"Jahn-Teller Instability of Icosahedral [W@Au12]—", Tohru Sato*, Erwin Lijnen,
Arnout Ceulemans, J. Chem. Theo. Comput. 10, 613-622 (2014).
【学術関係の受賞など】 2016 年度日本コンピュータ化学会学会賞
平成 23 年 3 月 欧州委員会 Erasumus Mundus Scholar― 16 ―

Ⅰ【氏名（ふりがな）】 春田

直毅 （はるた

専任教員・スーパーバイザー（2019）

なおき）【職名】 特定助教【所属】 京都大学福井謙一記念研究センター理論研究部門【研究室】 福井謙一記念研究センター 202 号室【直通電話】 075-711-7843【電子メールアドレス】 haruta@fukui.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 https://sites.google.com/site/nharuta1987/【研究分野】 理論化学
【現在の研究課題】 縮退と擬縮退の包括的理解に向けた新たな理論化学の開拓【研究内容キーワード】 量子化学、振電相互作用、ヤーン・テラー効果、群論の応用【最終学歴】 2016 年 3 月

京都大学大学院工学研究科分子工学専攻博士後期課程修了【学位】 2016 年 3 月

京都大学

博士（工学）【略歴】 2016 年 4 月
2018 年 2 月
2019 年 4 月

東京工業大学科学技術創成研究院 研究員
東京工業大学科学技術創成研究院 特任助教
京都大学福井謙一記念研究センター 特定助教

【所属学会】 日本化学会、日本コンピュータ化学会、理論化学会、分子科学会【主な著書、学術論文】 1. N. Haruta, P. F. M. Oliveira, T. Sato, K. Tanaka, M. Baron, “Force-induced dissolution of imaginary mode in mechanochemical reaction: dibenzophenazine syn（過去 5 年以内）
thesis”, J. Phys. Chem. C 123, 21581 (2019).
2. A. Kuzume, M. Ozawa, Y. Tang, Y. Yamada, N. Haruta, K. Yamamoto, “Ultrahighsensitive Raman spectroscopy for subnanoscience: Direct observation of tin oxide
clusters”, Science Adv. 5, eaax6455 (2019).
3. T. Tsukamoto, N. Haruta, T. Kambe, A. Kuzume, K. Yamamoto, “Periodicity ofmolecular clusters based on symmetry-adapted orbital model”, Nature Commun.
10, 3727 (2019).
4. N. Haruta, T. Tsukamoto, A. Kuzume, T. Kambe, K. Yamamoto, “Nanomaterials
design for super-degenerate electronic state beyond the limit of geometrical symmetry”, Nature Commun. 9, 3758 (2018).
5. T. Kambe, N. Haruta, T. Imaoka, K. Yamamoto, “Solution-phase synthesis of
Al13– using a dendrimer template”, Nature Commun. 8, 2046 (2017).
6. T. Imaoka, Y. Akanuma, N. Haruta, S. Tsuchiya, K. Ishihara, T. Okayasu, W.-J.
Chun, M. Takahashi, K. Yamamoto, “Platinum clusters with precise numbers of
atoms for preparative-scale catalysis”, Nature Commun. 8, 688 (2017).
【学術関係の受賞】 2020 年 03 月

日本化学会第 100 春季年会 (2020)
第 34 回若い世代の特別講演会 講演者
2019 年 06 月 第 22 回理論化学討論会 優秀講演賞
2019 年 04 月 日本化学会第 99 春季年会 (2019) 優秀講演賞 ( 学術 )2019 年 02 月 福井謙一奨励賞（第 3 回）
2013 年 11 月 第 3 回 CSJ 化学フェスタ 2013 優秀ポスター発表賞― 17 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）【氏名（ふりがな）】 西本

佳央 （にしもと

よしお）【職名】 特定助教【所属】 京都大学福井謙一記念研究センター【研究室】 福井謙一記念研究センター 208【電子メールアドレス】 nishimoto@kuchem.kyoto-u.ac.jp【研究分野】 計算化学・理論化学【現在の研究課題】 解析的エネルギー微分【研究内容キーワード】 解析的エネルギー微分【学歴】 2015 年 3 月名古屋大学大学院理学研究科博士課程（後期課程）物質理学専攻
修了【学位】 2015 年 3 月博士（理学）（名古屋大学）【略歴】 2015 年 4 月京都大学福井謙一記念研究センター・福井センターフェロー
2016 年 12 月 –2020 年 2 月京都大学福井謙一記念研究センター・特定助教2018 年 9 月 –2019 年 3 月関西学院大学理工学部・非常勤講師
2019 年 9 月 –2020 年 3 月関西学院大学理工学部・非常勤講師
2020 年 3 月京都大学大学院理学研究科・助教【所属学会】 日本化学会・理論化学会・分子科学会【主な著書、学術論文】 1.
（過去 5 年以内）

Nishimoto, Y. “Locating conical intersections using the quasidegenerate partially and strongly contracted NEVPT2 methods”, Chem. Phys. Lett. 2020, 744,
137219.

2.

Nishimoto, Y. “Analytic first-order derivatives of partially contracted n-electron
valence state second-order perturbation theory (PC-NEVPT2)”, J. Chem. Phys.
2019, 151, 114103.

3.

Nishimoto, Y. “Time-Dependent Long-Range-Corrected Density-Functional
Tight-Binding Method Combined with the Polarizable Continuum Model”, J.
Phys. Chem. A 2019, 123, 5649–5659.

4.

Vuong, V. Q.; Nishimoto, Y.; Fedorov, D. G.; Sumpter, B. G.; Niehaus, T. A.;
Irle, S. “The Fragment Molecular Orbital Based on Long-Range Corrected Density-Functional Tight-Binding”, J. Chem. Theory Comput. 2019, 15, 3008–3020.

5.

Nishimoto, Y.; Fedorov, D. G. “Adaptive frozen orbital treatment for the fragment molecular orbital method combined with density-functional tight-binding”,
J. Chem. Phys. 2018, 148, 064115.

【学術関係の受賞など】 日本学術振興会特別研究員（DC1） 2012.4–2015.3― 18 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）

リサーチダイレクター【氏名（ふりがな）】 平尾 公彦（ひらお きみひこ）【職名】 リサーチダイレクター【所属】 福井謙一記念研究センター【研究室】 101
【直通電話】 075-711-7796【電子メールアドレス】 hirao.kimihiko.2n@kyoto-u-ac.jp【研究分野】 理論化学・計算化学【現在の研究課題】 電子状態理論、密度汎関数法【研究内容キーワード】 電子相関・相対論的分子理論・LC 汎関数【学歴】 1974 年 3 月京都大学工学 研究科燃料化学専攻博士課程単位取得退学【学位】 1974 年 5 月工学博（京都大学）【略歴】 1974 年 4 月 日本学術振興会特別研究員、1974-1975 年カナダ ・ アルバー大
学博士研究員、 1975-1979 年滋賀医科大学助手、 1979 年 -1981 年名古屋大学
教養部助手、 1981 年 -1983 年 名古屋大学教養部講師、 1983 年 -1988 年 名古屋大学教養部助教授、 1988 年 -1993 年 名古屋大学教養部教授、 1993 年 -1995
年 東京大学工学部工業化学科教授、 1995 年 -2009 年東京大学大学院工学系
研究科応用化学専攻教授 （改組により）、 2009 年 3 月定年、 2009 年 4 月 -2010
年 6 月理化学研究所特任顧問、 2010 年 7 月 2018 年 3 月理化学研究所計算科
学研究機構 ・ 機構長、 2018 年 4 月― 理化学研究所顧問、 2018 年 10 月 - 京
都大学福井謙一記念研究センターリサーチ ・ ディレクター、 現在の至る【所属学会】 日本化学会、アメリカ化学会【学会活動】 (Activity in academic society if any)
【主な著書、学術論文】 1. Application of Accelerated Long-range Corrected Exchange Functional [LC-DFT(2Gau)]
to Periodic Boundary Condition Systems: CO Adsorption on Cu(111) Surface, Kenji（過去 5 年以内）
Mishima, Masanori Kaneko, Jong-Won Song, Hiroki Kawai, Koichi Yamashita andKimihiko Hirao, J.Chem.Phys., 152, 104105 (2020)
2. Excitation energies expressed as orbital energies of KS-DFT with LC functionals, K.
Hirao, B. Chan, J-W Song, K. Bhattarai, and S. Tewary, J.Comput.Chem., 41, 1368-1383(2020)
3. A Simple Model for Relative Energies of All Fullerenes Reveals the Interplay Between
Intrinsic Resonance and Structural Deformation Effects in Medium-Sized Fullerenes,
Chan, Bun; Kawashima, Yukio; Dawson, William; Katouda, Michio; Nakajima, Takahito; Hirao, Kimihiko, J.Chem. Theory and Computat. 15, 1255–1264 (2019)
4. Importance of van der Waals descriptions on accurate isomerization energy calculationsof thiourea compounds: LCgau-BOP+LRD method
Dae-Hwan Ahn, Takeshi Sato, Jong-Won Song, and Kimihiko Hirao J.Phys.Chem.A 123
7034-7041 (2019)
5. The reHISS Three-Range Exchange Functional with an Optimal Variation of Hartree–
Fock and Its Use in the reHISSB-D Density Functional Theory Method, Bun Chan,
Yukio Kawashima and Kimihiko Hirao J.Comput.Chem.(Memorial Festschrift for Keiji
Morokuma), 40, 29-38 (2019)
6. Accelerated Long-range Corrected Exchange Functional Using a Two-Gaussian Operator combined with One-parameter Progressive Correlation Functional [LC-BOP(2Gau)],J-W Song and K. Hirao J.Comput.Chem.(Memorial Festschrift for Keiji Morokuma), 40,
104-112 (2019)
7. Time-Dependent Density Functional Theory, T.Tsuneda and K.Hirao Theoretical andQuantum Chemistry at the 21st Century Dawn End, Eds. T. Chakraborty and R. Carbo(Apple Academic Press, 2017).
8. Correlation Functional in Screened-Exchange Density Functional Theory Procedures,Chan, Bun; Kawashima, Yukio; Hirao, Kimihiko, J.Comput.Chem., 38, 2307-2315 (2017)
9. Singularity Correction for Long Range Corrected Density Functional Theory with PlaneWave Basis Sets, Kawashima, Yukio; Hirao, Kimihiko, J.Phys.Chem. A 121, 2035–2045(2017)
10. Assessment of Range-separated Functionals in the Presence of Implicit Solvent: Computation of Oxidation Energy, Reduction Energy and Orbital Energy, Abhijit Boruah,
Manash Protim Borpuzari,Yukio Kawashima, Kimihiko Hirao and Rahul Kar, J.Chem.
Phys., 146, 164102 (2017)【学術関係の受賞など】 (Award, Fellowship)
2002 International Academy of Quantum Molecular Science (Menton, France)
2005 Chemical Society of Japan Award
2005 Fellow of Royal Society of Chemistry (FRSC)
2007 Fukui Medal, Asia Pacific Association of Theoretical & Computational Chemists
2008 Mukai Award 20082010 ICCMSE Award, European Society of Comp. Methods in S&E― 19 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）



FIFC リサーチフェロー【氏名（ふりがな）
】 永瀬

茂（ながせ

しげる）

【職名】 FIFC リサーチフェロー【所属】 福井謙一記念研究センター【研究室】 104 室【直通電話】 075-711-7792【FAX】 075-711-4757【電子メールアドレス】 nagase@ims.ac.jp, nagase@fukui.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://www.fukui.kyoto-u.ac.jp/【研究分野】 理論化学・計算化学【現在の研究課題】 元素の特性とナノ構造を利用した分子開発の理論と計算【研究内容キーワード】 高周期典型元素、遷移金属、ナノカーボン、機能性分子【最終学歴】 1975 年 3 月大阪大学大学院基礎工学研究科博士課修了【学位】 1975 年 3 月工学博士（大阪大学）【略歴】 ロチェスター大学博士研究員、オハイオ州立大学博士研究員、日本学術振興会奨励研究員、分子科学研究所文部技官等を経て1980 年 4 月横浜国立大学助教授
1991 年 4 月同教授
1995 年 4 月東京都立大学教授
2001 年 4 月分子科学研究所教授、総合研究大学院大学教授
2012 年 3 月同名誉教授
2012 年 4 月京都大学福井謙一記念研究センターシニアリサーチフェロー2015 年 4 月同 FIFC リサーチフェロー【所属学会】 日本化学会、理論化学会、ケイ素化学協会、アメリカ化学会【主な著書、学術論文】 1. S. Nagase, “Theory and Calculations of Molecules Containing Heavier Main
（過去 5 年以内） Group Elements and Fullerenes Encaging Transition Metals: Interplay with Experiment”, Bull. Chem. Soc. Jpn., (Award Accounts), 87, 167-195 (2014)
2. X. Lu, L. Bao, T. Akasaka, and S. Nagase, “Recent Progress in the Chemistry ofEndohedral Metallofullerenes”, Chem. Commun. (Feature Article), 50, 1470114715 (2015)
3. J. –D. Guo, D. J. Liptrot, S. Nagase, and P. P. Power, “The Multiple Bonding in
Heavier Group 14 Element Alkene Analogues is Stabilized Mainly by Dispersion
Force Effects”, Chem. Sci., 6, 6235-6244 (2015)
4. Y. Takano, R. Tashita, M. Suzuki, S. Nagase, H. Imahori, and T. Akasaka, “Molecular Location Sensing by Anisotropic Magnetism of a Endohedral Metallofullerene”, J. Am. Chem. Soc., 138, 8000-8005 (2016)
5. 赤阪健，山田道夫，前田優，永瀬茂，化学の要点シリーズ 17「フラーレンの化学」（日本化学会編），共立出版（2016）
6. R. Zhao, K. Yuan, S. Zhao, M. Ehara, S. Nagase, J. M. Poblet, and X. Zhao, “Deciphering the Role of Long-Range Interaction in endohedral Metallofullerenes:
Revisit to Sc2C70”, J. Phys. Chem. C. 121, 20481-20488 (2017)
7. M. Yamada, T. Alaska, and S. Nagase, “Salvaging Reactive Fullerenes from Soot
by Exohedral Derivatization”, Angew. Chem. Int. Ed. (Review), 57, 13394-13405(2018)
8. T. Sugahara, J. –D. Guo, T. Sasamori, S. Nagasae, T. Tokitoh, “Regioselective Cyclotrimerization of Terminal Alkynes Using a Digermyne”, Angew. Chem. Int. Ed.,57, 3499-3503 (2018)【学術関係の受賞など】 2008 年国際量子分子科学アカデミー会員、平成 23 年度文部科学大臣表彰科学技術賞（研究部門）、2012 年度 福井メダル (Asia-Pacific Association of Theoretical & Computational Chemists)、平成 24 年度第 65 回日本化学会賞― 20 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）【氏名（ふりがな）】 田中 一義 （たなか かずよし）【職名】 FIFC リサーチフェロー【所属】 福井謙一記念研究センター【研究室】 福井謙一記念研究センター 206【直通電話】 075-711-7867【FAX】 075-781-4757【電子メールアドレス】 tanaka.kazuyoshi.4r@kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://www.fukui.kyoto-u.ac.jp/members_ja【研究分野】 物理化学、量子化学【現在の研究課題】 元素ブロックを有する分子、高分子の理論化学【研究内容キーワード】 分子・高分子の電子物性、量子機能材料、量子統計力学【学歴】 1978 年 3 月京都大学工学研究科石油化学専攻博士課程修了【学位】 1978 年 3 月

工学博士（京都大学）【略歴】 1979 年 6 月米国エナージー・コンバージョン・デバイシズ社リサーチケミス
ト、1981 年 12 月京都大学工学部助手、1988 年 12 月 同 助教授、1996 年
11 月京都大学大学院工学研究科教授、2012 年 4 月京都大学福井謙一記念研究センター長併任、2015 年 4 月京都大学名誉教授ならびに京都大学福井謙一
記念研究センターシニアリサーチフェロー、2019 年 4 月から京都大学福井謙一記念研究センター FIFC リサーチフェロー【所属学会】 日本化学会・日本物理学会【学会活動】 該当なし
【主な著書、学術論文】 1. 元素ブロック材料の基礎と実用化のための理論化学 ,「中條善樹監修 , 元（過去 5 年以内）
素ブロック高分子 - 有機・無機ハイブリッド材料の新概念 -」( 共著 , シーエムシー , 2015)
2. ボール物理化学 第 2 版（上）( 監訳ならびに共訳 , 化学同人 , 2015)
3. ボール物理化学 第 2 版（下）( 監訳ならびに共訳 , 化学同人 , 2016)
4. New Polymeric Materials Based on Element-Blocks ( 共著 , Springer Singapore,2019)（以上著書）
1. スズ版グラフェン ” スタネン ” がつくられた！ ( 単著 ) 化学 , 71, No. 1,
21-26 (2016).
2. 元素ブロックの機能発現・電子化物を与える無機元素ブロック ( 共著 )セラミックス , 51, No. 11, 739-742 (2016).
3. 2016 年ノーベル賞を読み解く 物理学賞 さまざまな可能性を秘めたエ
キゾチックな状態とは？ ( 単著 ) 化学 , 71, No. 12, 24-27 (2016).
4. 化学つれづれ草 第一回 理屈っぽい化学？ ( 単著 ) 化学 72, No. 5, 55(2017).
5. 化学つれづれ草 第二回 福井研究室の日常 ( 単著 ) 化学 72, No. 6, 31(2017).
6. 化学つれづれ草 第三回 博士課程 考 ( 単著 ) 化学 72, No. 7, 29 (2017).
7. 化学つれづれ草 第四回 米国のベンチャー企業 ( 単著 ) 化学 72, No. 8,
27 (2017).
8. 化学つれづれ草 第五回 米国の研究資金事情 ( 単著 ) 化学 72, No. 9, 18(2017).
9. 化学つれづれ草 第六回 日本の大学と研究資金 ( 単著 ) 化学 72, No. 10,
29 (2017).
10. 化学つれづれ草 第七回 妄想と基礎研究資金 ( 単著 ) 化学 72, No. 11,
46 (2017).
11. 化学つれづれ草 第八回 企業と大学の研究 ( 単著 ) 化学 72, No. 12, 28(2017).
― 21 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）12. 化学つれづれ草 第九回 オリジナルな研究 ( 単著 ) 化学 73, No. 1, 59(2018).
13. 化学つれづれ草 第十回 理論化学と計算化学 ( 単著 ) 化学 73, No. 2, 29(2018).
14. 化学つれづれ草 第十一回 分割統治と化学 ( 単著 ) 化学 73, No. 3, 24(2018).
15. 化学つれづれ草 第十二回 論文不正 ( 単著 ) 化学 73, No. 4, 19 (2018).
16. 化学つれづれ草 第十三回 教育と研究 ( 単著 ) 化学 73, No. 5, 39(2018).
17. 化学つれづれ草 第十四回 無用の用 ( 単著 ) 化学 73, No. 6, 20 (2018).
18. 化学つれづれ草 第十五回 フロンティア軌道理論 ( 単著 ) 化学 73, No.
7, 49 (2018).
19. 化学つれづれ草 第十六回 頭がよいということ？ ( 単著 ) 化学 73, No.
8, 41 (2018).
20. 化学つれづれ草 第十七回 面白そうな研究テーマ？ ( 単著 ) 化学 73,
No. 9, 27 (2018).
21. 化学つれづれ草 第十八回 サイエンスと野暮 ( 単著 ) 化学 73, No. 10, 41(2018).
22. 化学つれづれ草 第十九回 海外留学のすゝめ ( 単著 ) 化学 73, No. 11, 40(2018).
23. 化学つれづれ草 第二十回 ロアルド・ホフマンさん（前編）( 単著 ) 化
学 73, No. 12, 37 (2018).
24. 化学つれづれ草 第二十一回 ロアルド・ホフマンさん（後編）( 単著 )化学 74, No. 1, 25 (2019).
25. 化 学 つ れ づ れ 草 第 二 十 二 回 伝 統 と 効 率 ( 単 著 ) 化 学 74, No. 2, 28(2019).
26. 化学つれづれ草 第二十三回 思い出の研究 ( 単著 ) 化学 74, No. 3, 55(2019)
27. ロアルド・ホフマン博士に聞く 分野を超えて挑み続けるには ( 単著 ) 現
代化学 No. 1, 24-27 (2019).
28. シミュレーションか理解か －量子化学分野だけにとどまらない緊張関係― Roald Hoffmann ( 訳 ) 現代化学 No. 1, 28-32 (2019).
29. 化学つれづれ草 第二十四回 人にわかってもらうこと ( 単著 ) 化学
74, No. 4, 45 (2019).
30. 化学つれづれ草 第二十五回 量子力学三題噺 ( 単著 ) 化学 74, No. 5,
59 (2019).
31. 化学つれづれ草 第二十六回 プレゼン能力と研究能力 ( 単著 ) 化学
74, No. 6, 43 (2019).
32. 化学つれづれ草 第二十七回 専門書籍を書き残すこと ( 単著 ) 化学
74, No. 7, 53 (2019).
33. 化学つれづれ草 第二十八回 外国の研究者との交流 ( 単著 ) 化学
74, No. 8, 26 (2019).
34. 化学つれづれ草 第二十九回 お気に入りの教科書 ( 単著 ) 化学
74, No. 9, 19 (2019).
35. 化学つれづれ草 第三十回 理論と実験の研究 ( 単著 ) 化学 74, No.
10, 35 (2019).
36. 化学つれづれ草 第三十一回 先生の師匠のこと ( 単著 ) 化学 74,
No. 11, 35 (2019).
37. 化学つれづれ草 第三十二回 リチウムイオン二次電池 ( 単著 ) 化学
74, No. 12, 40-41 (2019).
38. 化学つれづれ草 第三十三回 平成時代の回顧 ( 単著 ) 化学 75, No.
1, 25 (2020).
39. 化学つれづれ草 第三十四回 統計学の逆襲 ( 単著 ) 化学 75, No. 2,
21 (2020).

― 22 ―

Ⅰ

40. 化学つれづれ草 第三十五回
75, No. 3, 39 (2020).
（以上和文総説）

専任教員・スーパーバイザー（2019）

応用的研究の具体化 ( 単著 ) 化学

1. Fluorescent Triphenylamine Derivative: Theoretical Design Based on Reduced
Vibronic Coupling (Y. Kameoka, M. Uebe, A. Ito, T. Sato, and K. Tanaka) Chem.
Phys. Lett., 615, 44-49 (2015).
2. A Light-Emitting Mechanism for Organic Light-Emitting Diodes: Molecular
Design for Inverted Singlet-Triplet Structure and Symmetry-Controlled Thermally
Activated Delayed Fluorescence (T. Sato, M. Uejima, K. Tanaka, H. Kaji, and C.
Adachi) J. Mater. Chem. C, 3, 870-878 (2015).
3. Enhanced Electroluminescence from a Thermally Activated Delayed-Fluorescence
Emitter by Suppressing Nonradiative Decay (K. Shizu, M. Uejima, H. Nomura, T.
Sato, K. Tanaka, H. Kaji, and C. Adachi) Phys. Rev. Appl., 3, 014001 1-7 (2015).
4. Strategy for Designing Electron Donors for Thermally Activated Delayed
Fluorescence Emitters (K. Shizu, H. Tanaka, M. Uejima, T. Sato, K. Tanaka, H. Kaji,and C. Adachi) J. Phys. Chem., C, 119, 1291-1297 (2015).
5. Reactivity Index for Diels-Alder Cycloadditions to Large Polycyclic Aromatic
Hydrocarbons Using Vibronic Coupling Density (N. Haruta, T. Sato, and K. Tanaka)
Tetrahedron Lett., 56, 590-594 (2015).
6. Synthesis and Characterization of Heterofluorenes Containing Four-coordinatedGroup 13 Elements: Theoretical and Experimental Analyses and Comparison of
Structures, Optical Properties and Electronic States (T. Matsumoto, K. Tanaka, K.
Tanaka, and Y. Chujo) Dalton Trans., 44, 8697-8707 (2015).
7. Luminescent Coordination Glass: Remarkable Morphological Strategy for
Assembled Eu (III) Complexes (Y. Hirai, T. Nakanishi, Y. Kitagawa, K. Fushimi,
T. Seki, H. Ito, H. Fueno, K. Tanaka, T. Satoh, and Y. Hasegawa) Inorg. Chem., 54,
4364-4370 (2015).
8. Multiscale Simulation of Charge Transport in a Host Material, N, N’-Dicarbazole3,5-benzene (mCP), for Organic Light-Emitting Diodes (F. Suzuki, K. Shizu, H.
Kawaguchi, S. Furukawa, T. Sato, K. Tanaka, and H. Kaji) J. Mater. Chem. C, 3,
5549-5555 (2015).
9. A Triphenylamine with Two Phenoxy Radicals Having Unusual Bonding Pattersand a Closed-Shell Electronic State (D. Sakamaki, S. Yano, T. Kobashi S. Seki, T.
Kurahashi, S. Matsubara, A. Ito, and K. Tanaka) Angew. Chem. Int. Ed., 54, 82678270 (2015).
10. New Tris- and Pentakis-Fused Donors Containing Extended Tetrathiafulvalenes:
New Positive Electrode Materials for Reachargeable Batteries (S. Iwamoto, Y.
Inatomi, D. Ogi, S. Shibayama, Y. Murakami, M. Kato, K. Takahashi, K. Tanaka, N.
Hojo, and Y. Misaki) Beilstein J. Org. Chem., 11, 1136-1147 (2015).
11. Fluorescence Enhancement of Non-Fluorescent Triphenylamine: A Recipe to
Utilize Carborane Cluster Substituents (M. Uebe, A. Ito, Y. Kameoka, T. Sato, and K.
Tanaka) Chem. Phys. Lett., 633, 190-194 (2015).
12. Highly Efficient Blue Electroluminescence Using Delayed-Fluorescence Emitterswith Large Overlap Density between Luminescent and Ground States (K. Shizu, H.
Noda, H. Tanaka, M. Taneda, M. Uejima, T. Sato, K. Tanaka, H. Kaji, and C. Adachi)
J. Phys. Chem. C, 119, 26283-26289 (2015).
13. para-Bisvinylhexaisobutyl-Substituted T8 Caged Monomer: Synthesis andHydrosilylation Polymerization (T. Maegawa, Y. Irie, H. Imoto, H. Fueno, K. Tanaka,
and K. Naka) Polym. Chem., 6, 7500-7504 (2015).
14. Coplanar Oligo(p-phenylenedisilenylene)s as Si=Si Analogues of Oligo(pphenylenevinylene)s: Evidence for Extended p-Conjugation through the CarbonSilicon p-Frameworks (L. Li, T. Matsuo, D. Hashizume, H. Fueno, K. Tanaka, and K.
Tamao) J. Am. Chem. Soc., 137, 15026-15035 (2015).
15. Isolation and Characterization of Persistent Radical Cation and Dication of
2,7-Bis(dianisylamino)pyrene (R. Kurata, K. Tanaka, and A. Ito) J. Org. Chem., 81,
137-145 (2016).
― 23 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）

16. (Z)-1,2-Di(1-pyrenyl)disilene: Synthesis, Structure, and Intramolecular ChargeTransfer Emission (M. Kobayashi, N. Hayakawa, T. Matsuo, B. Li, T. Fukunaga, D.
Hashizume, H. Fueno, K. Tanaka, and K. Tamao) J. Am. Chem. Soc., 138, 758-761(2016).
17. Synthesis and Characterization of 6,13-Diamino-Substituted Pentacenes (A. Ito,
M. Uebe, K. Takahashi, H. Ishikawa, D. Sakamaki, H. Sato, T. Matsumoto, and K.
Tanaka) Chem. Eur. J., 22, 2165-2170 (2016).
18. O 2 -Triggered Directional Switching of Photocurrent in Self-Assembled
Monolayer Composed of Porphyrin- and Fullerene-Terminated Helical Peptides onGold (H. Uji, K. Tanaka, and S. Kimura) J. Phys. Chem. C, 120, 3684-3689 (2016).
19. Synthesis and Magnetic Properties of Linear Two-coordinate Monomeric
Diaryliron(II) Complexes Bearing Fused-ring Bulky “Rind” Groups (S. Goda, M.
Nikai, M. Ito, D. Hashizume, K. Tamao, A. Okazawa, N. Kojima, H. Fueno, K.
Tanaka, Y. Kobayahsi, and T. Matsuo) Chem. Lett., 45, 634-636 (2016).
20. Thermodynamical Vibronic Coupling Constant and Density: Chemical Potential
and Vibronic Coupling in Reactions (T. Sato, N. Haruta, and K. Tanaka) Chem. Phys.
Lett., 652, 157-161 (2016).
2 1 . C o l o r Tu n i n g o f A l t e r n a t i n g C o n j u g a t e d P o l y m e r s C o m p o s e d o fPentaazaphenanthrene by Modulating Their Unique Electronic Structures Involving
Isolated-LUMOs (H. Watanabe, M. Hirose, K. Tanaka, K. Tanaka, and Y. Chujo)
Polym. Chem., 7, 3674-3680 (2016).
22. Arsole-Containing p-Conjugated Polymer by the Post-Element-Transformation
Technique (Y. Matsumura, M. Ishidoshiro, Y. Irie, H. Imoto, K. Naka, K. Tanaka, S.
Inagi, and I. Tomita) Angew. Chem. Int. Ed., 55, 15040-15043 (2016).
23. Radical Cation of an Oligoarylamine Having a Nitroxide Radical Substituent: A
Coexistent Molecular System of Localized and Delocalized Spins (A. Ito, R. Kurata,
Y. Noma, Y. Hirao, and K. Tanaka) J. Org. Chem., 81, 11416-11420 (2016).
24. Borophosphonate Cages as Element-blocks: Ab Initio Calculation of theElectronic Structure of a Simple Borophosphonate, [HPO3BH]4, and Synthesis of Two
Novel Borophosphonate Cages with Polymerizable Groups (J. Zapico, M. Shirai, R.
Sugiura, N. Idota, H. Fueno, K. Tanaka, and Y. Sugahara) Chem. Lett., 46, 181-184(2017).
25. Stereoisomerization of 1,4-Dihydroarsinetetracarboxylic Acid Diimides under
Non-acidic Condition from cis- to trans-Forms (K. Naka, T. Kato, K. Abe, M.
Ishidoshiro, S. Nishiyama, S. Tanaka, H. Imoto, S. Watase, K. Matsukawa, H. Fueno,
and K. Tanaka) Heterocycles, 94, 923-937 (2017).
26. Studies of Spherically Distributed LUMO and Electron-Accepting Propertiesof Caged Hexakis(germasesquioxanes) (J. Ohshita, T. Tsuchida, K. Komaguchi, K.
Yamamoto, Y. Adachi, Y. Ooyama, Y. Harima, and K. Tanaka) Organometallics, 36,
2536-2540 (2017).
27. Induced-Dipole-Directed, Cooperative Self-Assembly of a Benzotrithiophene(T. Ikeda, H. Adachi, H. Fueno, K. Tanaka, and T. Haino) J. Org. Chem., 82, 1006210069 (2017).
28. A Stable Free Tetragermacyclobutadiene Incorporating Fused-ring Bulky EMind
Groups (K. Suzuki, Y. Numata, N. Fujita, N. Hayakawa, T. Tanikawa, D. Hashizume,
K. Tamao, H. Fueno, K. Tanaka, and T. Matsuo) Chem. Commun., 54, 2200-2203(2018).
29. Force-Induced Dissolution of Imaginary Mode in Mechanochemical Reaction:
Dibenzophenazine Synthesis (N. Haruta, P. F. Marques de Olivieira, T. Sato, K.
Tanaka, and M. Baro) J. Phys. Chem. C, 123, 21581-21587 (2019).
（以上学術論文）【学術関係の受賞など】 2002-2007 年 科学技術振興機構 (JST) の戦略的創造研究推進事業 (CREST)「精
密分子設計に基づくナノ電子デバイス構築」研究代表者
2004-2005 年 文部科学省知的クラスター創成事業「京都ナノテククラスター」のナノテク共同研究テーマ「mRNA の数理学的特異性抽出ソフトの開発と解析サービスの事業化展開」研究代表者― 24 ―

Ⅰ【氏名（ふりがな）】榊

茂好 ( さかき専任教員・スーパーバイザー（2019）

しげよし )【職名】 FIFC リサーチフェロー【所属】 福井謙一記念研究センター・福井謙一記念研究部第 2【研究室】 303
【直通電話】 075-711-7907【FAX】 075-781-4757【電子メールアドレス】 sakaki.shigeyoshi.47e@st.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://www.users.iimc.kyoto-u.ac.jp/~z59354/【研究分野】 理論化学・計算化学【現在の研究課題】 遷移金属元素を含む複合電子系の構造、電子状態、反応過程の理論化学【研究内容キーワード】 電子状態・遷移金属錯体・反応解析・触媒作用・金属微粒子・無限系【学歴】 1974 年 3 月

京都大学工学研究科燃料化学専攻博士課程単位取得退学【学位】 1974 年 11 月

工学博士（京都大学）【略歴】 1975 年 4 月 熊本大学工学部助手、1982 年 1 月 同助教授、1990 年 4 月 同教授を経て、2002 年 4 月より京都大学工学研究科教授、2010 年 3 月定年、現在に至る。
【所属学会】 日本化学会、触媒学会、近畿化学協会、ケイ素化学協会、錯体化学会【主な著書、学術論文】 1. How Can We Understand Au8 Cores and Entangled Ligands of Selenolate- and（過去 5 年以内） Thiolate-Protected Gold Nanoclusters Au24(ER)20 and Au20(ER)16 (E = Se, S; R =Ph, Me)? A Theoretical Study, N. Takagi, K. Ishimura, M. Matsui, R. Fukuda, T.
Matsui, T. Nakajima, M. Ehara, and S. Sakaki, J. Am. Chem. Soc., 137,
8593−8602 (2015).
2. Theoretical Study of Hydrogenation Catalysis of Phosphorus Compound andPrediction of Catalyst with High Activity and Wide Application Scope, G. Zeng, S.
Maeda, T. Taketsugu, S. Sakaki, ACS Cat., 6, 4859-4870 (2016).
3. Catalytic Hydrogenation of Carbon Dioxide with Ammonia-Borane by
Pincer-Type Phosphorus Compounds: Theoretical Prediction, GX. Zeng, S.
Maeda, T. Taketsugu, S. Sakaki, J. Am. Chem. Soc., 138, 13481-13484 (2016).
4. Theoretical study of one-electron-oxidized salen complexes of group 7 (Mn(III),
Tc(III), and Re( III)) and group 10 metals (Ni(II), Pd(II), and Pt(II)) with the
3D-RISM-GMC-QDPT method: localized vs. delocalized ground and excitedstates in solution, S. Aono, M. Nakagaki, S. Sakaki, Phys. Chem. Chem. Phys.,
19, 16831-16849 (2017).
5. How to Control Inversion vs. Retention Transmetallation between PdII-Phenyl
and CuI-Alkyl Complexes: Theoretical Insight, H. Zheng, K. Semba, Y. Nakao,
S. Sakaki, J. Am. Chem. Soc., 139, 14065-14076 (2017).
6. A coordination strategy to realize a sextuply-bonded complex
Y. Chen, J.-ya Hasegawa, K. Yamaguchi, S. Sakaki, Phys. Chem. Chem. Phys.,2017, 19, 14947-14954.
7. QM/MM Approach to Isomerization of Ruthenium(II) Sulfur Dioxide
Complex in Crystal; Comparison with Solution and Gas Phases, S. Aonoand S. Sakaki, J. Phys. Chem. C., 122, 20701−20716 (2018).
8. Theoretical Insight into Gate-Opening Adsorption Mechanism andSigmoidal Adsorption Iso therm into Porous Coordination Polymer,
J.-J. Zheng, S. Kusaka, R. Matsuda, S. Kitagawa, and S. Sakaki, J. Am.
Chem. Soc., 140, 13958−13969 (2018).
9. Dependence of Absorption and Emission Spectra on Polymorphs of Gold(I)Isocyanide Complexes: Theoretical Study with QM/MM Approach
S. Aono, T. Seki, H. Ito, S. Sakaki, J. Phys. Chem. C, 123, 4773–4794 (2019).
10. sp3 C−H Borylation Catalyzed by Iridium(III) Triboryl Complex:
Comprehensive Theoretical Study of Reactivity, Regioselectivity, andPrediction of Excellent Ligand
R.-L. Zhong, S. Sakaki, J. Am. Chem. Soc., 141, 9854−9866 (2019).
【学術関係の受賞など】 第１回分子科学会賞 (2009 年 9 月 )，第 66 回日本化学会賞 (2014 年 3 月 )Fukui Medal (2015 年 ; from APATCC)，錯体化学会功績賞 (2019 年 9 月 )― 25 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）

リサーチリーダー【氏名（ふりがな）】 高塚

和夫【職名】 リサーチリーダー【所属】 福井謙一記念研究センター【研究室】 209
【直通電話】 075-711-7902【FAX】 075-711-7902【電子メールアドレス】 kaztak@fukui.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://mns2.fukui.kyoto-u.ac.jp【研究分野】 理論化学，分子科学基礎論【現在の研究課題】 非断熱電子動力学による化学反応論，超高速励起状態化学，化学動力学理論，
多体量子動力学理論【研究内容キーワード】 化学動力学・電子波束動力学・非断熱現象の科学・レーザー化学【学歴】 1978 年 3 月

大阪大学大学院基礎工学研究科化学系専攻学位取得卒業【学位】 工学博士【略歴】 1978 年 8 月 ノースダコタ州立大学 博士研究員
1979 年 9 月 カルフォルニア工科大学博士研究員
1982 年 1 月 岡崎国立共同研究機構分子科学研究所理論研究系助手
1987 年 4 月 名古屋大学教養部助教授（名古屋大学大学院工学研究科および理学研究科を担当）
1992 年 4 月
名古屋大学大学院人間情報学研究科教授
1997 年 10 月－ 2016 年 3 月 東京大学大学院総合文化研究科教授
1998 年 4 月－ 2016 年 3 月 東京大学教授 理学系研究科化学専攻（兼担）2001 年 4 月－ 2016 年 3 月 自然科学研究機構分子科学研究所教授（兼任）2016 年 4 月－ 現職【所属学会】 日本化学会，日本物理学会，アメリカ化学会，分子科学会，理論化学会【学会活動】 計算分子科学研究拠点長（2016 年 3 月まで）．各種評価委員会委員（非公開），
Chem. Phys. 誌等編集委員【主な著書、学術論文】 論文（過去 5 年以内） 1. Kazuo Takatsuka “Lorentz-like force emerging from kinematic interactions between electrons and nuclei in molecules. A quantum mechanical origin of symmetry breaking that can trigger molecular chirality.” J. Chem. Phys. 146, 084312(10 pages) (2017).
2. Kazuo Takatsuka “Theory of molecular nonadiabatic electron dynamics in condensed phases.” J. Chem. Phys. 147, 174102 (13 pages) (2017).
3. Yasuki Arasaki and Kazuo Takatsuka “Chemical bonding and nonadiabatic electron wavepacket dynamics in densely quasi-degenerate excited state manifold ofboron clusters” J. Chem. Phys. 150, 114101 (18 pages) (2019).
4. Kazuo Takatsuka,” Maupertuis-Hamilton least action principle in the space ofvariational parameters for Schrödinger dynamics; A dual time-dependent variational principle” J. Phys. Comm. 4, 035007 (16 pages) (2020)
5. Kentaro Yamamoto and Kazuo Takatsuka “Charge separation and successive
reconfigurations of electrons and protons driving water-splitting catalytic cycle with tetranuclear Mn oxo complex. On the mechanism of water splitting in
PSII.” Phys.Chem.Chem.Phys., 22, 7912-7934 (2020)
Monograph
1. Kazuo Takatsuka, Takehiro Yonehara, Kota Hanasaki, and Yasuki Arasaki“Chemical Theory beyond the Born-Oppenheimer Paradigm: Nonadiabatic Electronic and Nuclear Dynamics in Chemical Reactions”， (World Scientific, Singapore, 2014)
2. 高塚和夫，田中秀樹「分子熱統計力学」（東京大学出版会，2014）【学術関係の受賞など】 分子科学会賞（2013 年），日本化学会賞（2014 年），Mizushima-Raman Lectureship Award (2016 年 )，Fukui メダル（2019 年 )― 26 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）

研究員【氏名（ふりがな）】 北浦

和夫 （きたうらかずお）【職名】 研究員【所属】 福井謙一記念研究センター

榊グループ

【研究室】
【直通電話】【FAX】【電子メールアドレス】 kazuo.kitaura@riken.jp【ホームページ】【研究分野】 計算化学
【現在の研究課題】 巨大分子系の電子状態計算法【研究内容キーワード】 巨大分子・タンパク質・電子状態【最終学歴】 1976 年 3 月大阪市立大学理学研究科化学専攻博士課程修了【学位】 1976 年 3 月理学博士（大阪市立大学）【略歴】 1979 年 8 月 分子科学研究所理論研究系助手
1981 年 9 月 大阪市立大学理学部助手
1989 年 7 月 岡崎国立共同研究機構分子科学研究所助教授（電子計算機セン
ター）
1993 年 4 月 大阪府立大学総合科学部教授
2001 年 7 月 産業技術総合研究所計算科学研究部門グループ長
2007 年 4 月 京都大学薬学研究科教授
2011 年 12 月 神戸大学システム情報学研究科特命教授
2016 年 4 月 京都大学福井謙一記念研究センター研究員【在外研究歴】【所属学会】 日本化学会、日本薬学会【学会活動】【主な著書、学術論文】 1. Tomomi Shimazaki, Kazuo Kitaura, Dmitri G. Fedorov, Takeshi Nakajima, “Gropup（過去 5 年以内） molecular orbital approarch to solve Huzinaga subsystem self-consistent-field
equations”, J. Chem. Phys. 146(8) 084109(2017).
2. Dmitri G. Fedorov, Kazuo Kitaura, “Many-body expansion of the Fock matrix
in the fragment molecular orbital method”, J. Chem. Phys. 147(10) 104106 (2017).
3. Abe, Yukihiro; Shoji, Mitsuo; Nishiya, Yoshiaki; Aiba, Hiroshi; Kishimoto,
Takahiro; Kitaura, Kazuo , “The reaction mechanism of sarcosine oxidase elucidated
using FMO and QM/MM methods”, PhysChemChemPhys. 19, 9811-9822 (2017).
4. Fedorov, Dmitri G.; Kitaura,Kazuo; “Pair Interaction Energy Decomposition
Analysis for Density Functional Theory and Density-Functional Tight-Binding withan Evaluation of Energy Fluctuations in Molecular Dynamics”, J. Phys. Chem. A
122, 1781-1795(2018).
【学術関係の受賞】― 27 ―

Ⅰ

専任教員・スーパーバイザー（2019）【氏名（ふりがな）】 加藤

立久 （かとうたつひさ）【職名】 研究員【所属】 福井謙一記念研究センター

佐藤徹研究室【研究室】 福井記念研究センター 202 号室【直通電話】 075-711-7843【FAX】 075-711-7838【電子メールアドレス】 kato.tatsuhisa.4c@kyoto-u.ac.jp【ホームページ】【研究分野】 分子分光学・電子スピン共鳴分光学【現在の研究課題】 内包フラーレン・柔らかい分子ラジカルの高分解能電子スピン共鳴測定【研究内容キーワード】 分子磁性，電子スピン共鳴【最終学歴】 1979 年 8 月京都大学理学部化学専攻博士課程中退【学位】 1984 年 7 月理学博士（京都大学）【略歴】 1984 年 11 月京都大学理学部 助手
1992 年 3 月岡崎国立共同研究機構分子科学研究所 助教授
2004 年 4 月城西大学大学院理学研究科 教授
2010 年 4 月京都大学国際高等教育院 教授【在外研究歴】【所属学会】 日本化学会，分子科学会，スピンサイエンス学会【学会活動】【主な著書、学術論文】 1.
（過去 5 年以内）

K. Tashiro, H. Ohtsu, M.Kawano, T. Kojima, and T. Kato, “Platium(II)Terpyridine Complex That Switches Its Photochemical Reactivity in Response to Its Chromic Behavior in the Crystalline State”, Inorganic Chemistry, 57, 13079-13082 (2018).

2.

A. Nakagawa, M. Nishino, H. Niwa, K. Ishino, Z. Wang. H. Omachi, K.
Furukawa, T. Yamaguchi, T. Kato, S. Bandow, J. Rio, C. Ewels, S. Aoyagi and H. Shinohara, “Crystaline functionalized endohedral C60 metallofullerides”, Nature Communications, 9, Article Number: 3073 (2018).

3.

S. Hasegawa, Y. Hashikawa, T. Kato, and Y. Murata, “Construction of a
Metal-Free Electron Spin System by Encapsulation of an NO Molecule Inside an Open-Cage Fullerene C60 Derivative “, Angew. Chem. Int. Ed., 57, pp.
12804-12808(2018).

4.

N. Mihara, Y. Yamada, K. Furukawa, T. Kato, and K. Tanaka, “ Programmable arrangement of metal ions in a cofacially stacked assembly ofporphyrinoids toward molecular tags”, Dalton Transactions, 47, pp. 70447049(2018).

5.

T. Futagoishi, T. Aharen, T. Kato, A. Kato, T. Ihara, T. Tada, M. Murata, A. Wakamiya, H. Kageyama, Y. Kanemitsu, and Y. Murata, “A Stable, Soluble, and Crystalline Supramolecular System with a Triplet Ground
State”, Angew. Chem. Int. Ed., 129, pp. 4325-4329(2017).

【学術関係の受賞】 スピンサイエンス学会・学会賞（2017 年度）.
― 28 ―

Ⅱ

Ⅱ

博士研究員（2019）

博士研究員等１．博士研究員組織職

2019（平成３１/ 令和元）年度
名

氏
伊

名
丹

將

人

-R2.9.30
福井センターフェロー

Schnyder, Simon Kaspar
鈴

木

中

垣

聡
雅

之

-R2.2.29
榊グループ

研究フェロー

Li, Qiaozhi
朱
山

博
本

憲太郎

-R2.1.5
高塚グループ研究フェロー― 29 ―

新

崎

康

樹

花

崎

浩

太

Ⅱ

博士研究員（2019）

２．博士研究員プロフィール【氏名（ふりがな）】 伊丹

將人 （いたみ

まさと）【職名】 福井センターフェロー【所属】 福井謙一記念研究センター【研究室】 212 号室【直通電話】 075-711-7894【電子メールアドレス】 itami@fukui.kyoto-u.ac.jp【研究分野】 統計物理学【現在の研究課題】 表面での時空間平均応力ゆらぎの特異性・熱流に誘起された非平衡力【研究内容キーワード】 ゆらぐ流体力学・大偏差理論・線形応答理論【学歴】 2016 年 3 月京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻博士後期課程
修了【学位】 2016 年 3 月博士（理学）（京都大学）【略歴】 2016 年 4 月京都大学福井謙一記念研究センター福井センターフェロー【所属学会】 日本物理学会【主な著書、学術論文】 1.
（過去 5 年以内）

Atsumasa Seya, Tatsuya Aoyagi, Masato Itami, Yohei Nakayama, and Naoko
Nakagawa, “Multiplicative Langevin equation to reproduce long-time properties of nonequilibrium Brownian motion” J. Stat. Mech. 2020, 013201 (2020).

2.

Masato Itami and Shin-ichi Sasa, “Singular behaviour of time-averaged stressfluctuations on surfaces” J. Stat. Mech. 2018, 123210 (2018).

3.

Masato Itami and Shin-ichi Sasa, “Universal Form of Stochastic Evolution for
Slow Variables in Equilibrium Systems” J. Stat. Phys. 167, 46–63 (2017).

4.

Masato Itami and Shin-ichi Sasa, “Derivation of Stokes’ Law from Kirkwood’s
Formula and the Green-Kubo Formula via Large Deviation Theory” J. Stat.
Phys. 161, 532–552 (2015).

5.

Masato Itami and Shin-ichi Sasa, “Nonequilibrium Statistical Mechanics for
Adiabatic Piston Problem” J. Stat. Phys. 158, 37–56 (2015).

― 30 ―

Ⅱ

博士研究員（2019）【氏名（ふりがな）】 Simon Kaspar Schnyder【職名】 FIFC Fellow【所属】 Fukui Institute for Fundamental Chemistry【研究室】 Room 204【直通電話】 075-711-7863【電子メールアドレス】 schnyder@fukui.kyoto-u.ac.jp【研究分野】 Soft matter physics, Biophysics, Computational physics【現在の研究課題】 Structure and dynamics of cellular tissues, anomalous transport in heterogeneous media【研究内容キーワード】 Cell migration, Epithelial tissues, Lorentz model, Porous media, Percolation, Anomalous diffusion【学歴】 January 2010, Diploma in Physics, University of Konstanz, Konstanz, Germany
May 2014, Doctor of Science , University of Düsseldorf, Düsseldorf, Germany【学位】 Doctor of Science from University of Düsseldorf【略歴】 Jun. 2014 - Nov. 2014, Postdoctoral Fellow, University of Düsseldorf
Dec. 2014 - Dec. 2016, Postdoctoral Fellow, Department of Chemical Engineering,
Kyoto University
Jan. 2017 - now, FIFC Fellow, Fukui Institute for Fundamental Chemistry, Kyoto
University【所属学会】 German Physical Society (DPG)【主な著書、学術論文】 1. Campo, M., Schnyder, S. K., Molina, J. J., Speck, T. & Yamamoto, R. “Spontaneous
spatiotemporal ordering of shape oscillations enhances cell migration”. Soft Matter
15, 4939–4946 (2019).
2. S. K. Schnyder, & J. Horbach, “Crowding of interacting fluid particles in porous
media through molecular dynamics: breakdown of universality for soft interactions”, Physical Review Letters, 120(7), 78001 (2018).
3. J. Horbach, N. H. Siboni, & S. K. Schnyder, “Anomalous transport in heterogeneous media“, The European Physical Journal Special Topics, 226(14), 3113–3128(2017).
4. S. K. Schnyder, J. J. Molina, Y. Tanaka, R. Yamamoto, “Collective motion of cells
crawling on a substrate: roles of cell shape and contact inhibition“, Scientific Reports 7, 5163 (2017).
5. S. K. Schnyder, T. O. E. Skinner, A. Thorneywork, D. G. A. L. Aarts, J. Horbach, R.
P. A. Dullens, “Dynamic heterogeneities and non-Gaussian behaviour in 2D randomly confined colloidal fluids”, Physical Review E (2017).
6. M. Heinen, S. K. Schnyder, J. F. Brady, H. Löwen, “Classical liquids in fractal
dimension”, Physical Review Letters 115, 097801 (2015).

― 31 ―

Ⅱ

博士研究員（2019）【氏名（ふりがな）】 鈴木

聡 （すずきさとし）【職名】 研究員【所属】 福井謙一記念研究センター【研究室】 福井謙一記念研究センター 212 号室【直通電話】 075-711-7647【FAX】【電子メールアドレス】 suzuki@fukui.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】【研究分野】 理論化学

計算化学

【現在の研究課題】 蛍光分子の円錐交差探索【研究内容キーワード】 励起状態、項間交差【学歴】 2014 年 3 月

九州大学理学府【学位】 2014 年 3 月

博士（理学） 九州大学

【略歴】 2014 年 4 月

福井謙一記念研究センター

化学専攻修了【所属学会】 分子科学会、理論化学研究会【学会活動】【主な著書、学術論文】 1.
（過去 5 年以内）

T. Tsuneda, J.-W. Song,S. Suzuki, and K. Hirao ”On Koopmans’theorem indensity functional theory” J. Chem. Phys. 133, 174101 (2010).

2.

S.Suzuki, S. Maeda, K. Morokuma
Exploration of Quenching Pathways of Multiluminescent Acenes Using the
GRRM Method with the SF-TDDFT Method
J. Phys. Chem. A, 119 pp 11479–11487 (2015)

3.

S.Sasaki, S.Suzuki, W.M.C. Sameera, K. Igawa, K. Morokuma, G. Konishi,
Highly twisted N, N-dialkylamines as a design strategy to tune simple aromatichydrocarbons as steric environment-sensitive fluorophores
J. Am. Chem. Phys., 138, 8194-8206 (2016)

4.

Riki Iwai, Satoshi Suzuki, Shunsuke Sasaki, Amir Sharidan Sairi, Kazunobu
Igawa, Tomoyoshi Suenobu, Keiji Morokuma, Gen-ichi Konishi
Bridged Stilbenes: AIEgens Designed via a Simple Strategy to Control the Nonradiative Decay Pathway
Angewandte Chemie aggregation-induced emission Special Issue (2020)

5.

Satoshi Suzuki, Shunsuke Sasaki, Amir Sharidan Sairi, Riki Iwai, Ben Zhong
Tang, Gen-ichi Konishi
Principles of Aggregation‐Induced Emission: Design of Deactivation
Pathways for Advanced AIEgens and Applications
Angewandte Chemie aggregation-induced emission Special Issue (2020)【学術関係の受賞など】 2012 年 9 月 Best Poster Awardsat the Annual Meeting of the Japan Society for
Molecular Science― 32 ―

Ⅱ

博士研究員（2019）【氏名（ふりがな）】 Masayuki Nakagaki【職名】 FIFC Fellow【所属】 Fukui Institute for Fundamental Chemistry【研究室】 Room 303【直通電話】 075-711-7907【電子メールアドレス】 nakagaki@fukui.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://www.fukui.kyoto-u.ac.jp/【研究分野】 Computational Chemistry【現在の研究課題】 Electronic Structure of Metal Complex in Crystal【研究内容キーワード】 Electronic Structure of Metal Complex, Multireference Theory, QM/MM【学歴】 March 2005, Master of Sci., Graduate School of Science, Kyushu University
March 2009, Doctor of Sci., Graduate School of Science, Kyushu University【学位】 Doctor of Science from Kyushu University【略歴】 April 2009, Postdoctoral Fellow, Kyushu University
April 2011, FIFC Fellow, Kyoto University【所属学会】 The Chemical Society of Japan
Japan Society for Molecular Science
Japan Society of Theoretical Chemistry【主な著書、学術論文】 1. M. Nakagaki, N. Nakatani, S. Sakaki “How to Understand Very Weak Cr-Cr Double（過去 5 年以内） Bond and Negative Spin Population in Trinuclear Cr Complexes: Theoretical Insight”
Phys. Chem. Chem. Phys. 21, 22976 – 22989 (2019).
2. K. Fujimoto, RS. Payal, T. Hattori, W. Shinoda, M. Nakagaki, S. Sakaki, S. Okazaki“Development of dissociative force field for all-atomistic molecular dynamics
calculation of fracture of polymers” J. Comput. Chem. 40, 2571–2576 (2019).
2. N Takagi, M Nakagaki, K. Ishimura, R Fukuda, M Ehara, and S Sakaki “Electronic
Processes in NO Dimerization on Ag and Cu Clusters: DFT and MRMP2 Studies” J.
Comput. Chem., 40, 181–190 (2019).
4. M Nakagaki, A. Baceiredo, T. Kato, and S. Sakaki “Reversible Oxidative Addition/
Reductive Elimination of a Si-H Bond with Base-Stabilized Silylenes: A Theoretical
Insight” Chem. Eur. J. 24, 11377 – 11385 (2018).
5. T. Muraoka, H. Kimura, G. Trigagema, M. Nakagaki, S. Sakaki, and K. Ueno
“Reactions of Silanone(silyl)tungsten and -molybdenum Complexes with MesCNO,(Me2SiO)3, MeOH, and H2O: Experimental and Theoretical Studies” Organometallics,
36, 1009−1018(2017).
6. M Nakagaki and S. Sakaki “Hetero-dinuclear complexes of 3d metals with abridging dinitrogen ligand: theoretical prediction of the characteristic features ofgeometry and spin multiplicity” Phys. Chem. Chem. Phys., 18, 26365-26375 （2016）
7. M. Nakagaki and S. Sakaki “CASPT2 study of inverse sandwich-type dinuclear
3d transition metal complexes of ethylene and dinitrogen molecules: similarities anddifferences in geometry, electronic structure, and spin multiplicity” Phys. Chem.
Chem. Phys. 17, 16294-16305(2015).
― 33 ―

Ⅱ

博士研究員（2019）【氏名（ふりがな）】 Li Qiaozhi【職名】 Research Fellow【所属】 Fukui Institute for Fundamental Chemistry【研究室】 Room 301【直通電話】 075-711-7907【電子メールアドレス】 liqz0322@gmail.com【研究分野】 Computational Chemistry【現在の研究課題】 Coordination feature and chemical reactivity of Rh(PAlP) complex【研究内容キーワード】 Transition metal complex, Binding ability, Reaction mechanism【学歴】 07/2013 Bachelor of Science, Shanxi Normal University, China
09/2018 Doctor of Engineering, Xi’an Jiaotong University, China【学位】 Doctor of Engineering from Xi’an Jiaotong University【主な著書、学術論文】 1. Li QZ, Zheng JJ, He L, Nagase S, Zhao X. La‒La bonded dimetallofullerenes（過去 5 年以内） [La2@C2n] : species for stabilizing C2n (2n = 92~96) besides La2C2@C2n. Physical
Chemistry Chemical Physics, 2018, 20 (21): 14671-14678.
2. Li QZ, Zheng JJ, He L, Zhao X, Nagase S. Epoxy and oxidoannulene oxidation
mechanisms of fused-pentagon chlorofullerenes: oxides linked by a pirouette-typetransition state. Journal of Organic Chemistry, 2017, 82 (13): 6541-6549.
3. Li QZ, Zheng JJ, He L, Nagase S, Zhao X. Stabilization of a chlorinated
C66:C2v cage by encapsulating monometal species: coordination between metaland double hexagon-condensed pentalenes. Inorganic Chemistry, 2016, 55 (15):7667-7675.

#4348

4. Li QZ, Zheng JJ, Zhao X. Bingel‒Hirsch reaction on Sc2@C66: a highly regioselective bond neighboring to unsaturated linear triquinanes. Journal of Physical
Chemistry C, 2015, 119 (46): 26196-26201.
5. Li QZ, Zheng JJ, Zhao X. Azide addition to Sc2@C66: favorable activity on unsaturated linear triquinanes and dramatic reactivity difference compared with the free
C66 cage. Physical Chemistry Chemical Physics, 2015, 17 (32): 20485-20489.

― 34 ―

Ⅱ

博士研究員（2019）【氏名（ふりがな）】 Bo ZHU【職名】 FIFC Fellow【所属】 Fukui Institute for Fundamental Chemistry【研究室】 Room 205【直通電話】 075-303-3843【FAX】 075-303-3843【電子メールアドレス】 zhu.bo.6z@kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://www.fukui.kyoto-u.ac.jp/~yamda【研究分野】 Computational Chemistry【現在の研究課題】 Reaction mechanism of oxidation reduction reaction【研究内容キーワード】 Pt particle, core-shell particle,【学歴】 June 2018, Doctor of Sci., Institute of Functional Material Chemistry, Faculty ofChemistry, Northeast Normal University【学位】 Doctor of Science from Northeast Normal University【略歴】 September. 2018, Postdoctoral Fellow, ESICB, Kyoto University【所属学会】【学会活動】【主な著書、学術論文】 1. Bo Zhu, Masahiro Ehara and Shigeyoshi Sakaki（過去 5 年以内）
“Propene oxidation catalysis and electronic structure of M55 particles (M = Pd or Rh):differences and similarities between Pd55 and Rh55”
Phys. Chem. Chem. Phys., 22(21), 1749–12324 (2020).
2. Bo Zhu, Wei Guan, Li-Kai Yan, Zhong-Min Su, Two-State Reactivity Mechanismof Benzene C-C Activation by Trinuclear Titanium Hydride. J. Am. Chem. Soc.,
2016, 138, 11069-11072.
【学術関係の受賞など】 3. Bo Zhu, Li-Kai Yan, Yun Geng, Hang Ren, Wei Guan, Zhong-Min Su, IrIII/
NiII-Metallaphotoredox Catalysis: Oxidation State Modulation Mechanism versus
Radical Mechanism. Chem. Commun., 2018, 54, 5968-5971.

― 35 ―

Ⅱ

博士研究員（2019）【氏名（ふりがな）】 山本

憲太郎（やまもと

けんたろう）【職名】 研究フェロー【所属】 福井謙一記念研究センター

高塚グループ【研究室】 福井謙一記念研究センター 305【直通電話】【FAX】【電子メールアドレス】 kyamamoto@fukui.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 http://mns2.fukui.kyoto-u.ac.jp/~kyamamoto/【研究分野】 理論化学
【現在の研究課題】 非断熱電子動力学理論による化学反応の研究【研究内容キーワード】 非断熱遷移，電荷分離【学歴】 2015 年 3 月東京大学大学院理学系研究科化学専攻博士過程修了【学位】 2015 年 3 月博士（理学 )（東京大学）【略歴】 2014 年東京大学技術補佐員，2015 年東京大学特任研究員【所属学会】 分子科学会，理論化学研究会【学会活動】【主な著書、学術論文】 [1] K. Yamamoto and K. Takatsuka, “Charge separation and successive（過去 5 年以内） reconfigurations of electronic and protonic states in a water-splitting catalytic cyclewith the Mn4CaO5 cluster. On the mechanism of water splitting in PSII” Phys.
Chem. Chem. Phys, 2020, 22, 7912-7934.
[2] K. Yamamoto and K. Takatsuka, “Binuclear Mn oxo complex as a self-contained
photocatalyst in water-splitting cycle: Role of additional Mn oxides as a buffer ofelectrons and protons” J. Chem. Phys, 2020, 152, 024115.
[3] K. Yamamoto and K. Takatsuka, “On the Elementary Chemical Mechanisms of
Unidirectional Proton Transfers: A Nonadiabatic Electron-Wavepacket Dynamics
Study” J. Phys. Chem. A, 2019, 123, 4125-4138.
[4] K. Yamamoto and K. Takatsuka, “Collision induced charge separation in groundstate water splitting dynamics”, Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20, 12229-12240.
[5] K. Yamamoto and K. Takatsuka, “On the photocatalytic cycle of water splittingwith small manganese oxides and the roles of water clusters as direct sources ofoxygen molecules”, Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20, 6708-6725.
[6] K. Yamamoto and K. Takatsuka, “Photoinduced Charge Separation Catalyzed
by Manganese Oxides onto a Y‐Shaped Branching Acceptor Efficiently Preventing
Charge Recombination", ChemPhysChem, 2017, 18, 537-548.
[7] K. Yamamoto and K. Takatsuka, “Dynamical mechanism of charge separationby photoexcited generation of proton–electron pairs in organic molecular systems. A
nonadiabatic electron wavepacket dynamics study” (perspective), Chem. Phys. 2016,
475, 39-53.
[8] K. Yamamoto and K. Takatsuka, “An Electron Dynamics Mechanism of Charge
Separation in the Initial‐Stage Dynamics of Photoinduced Water Splitting in X–Mn–
Water (X=OH, OCaH) and Electron–Proton Acceptors”, ChemPhysChem, 2015, 16,2534-2537.
【学術関係の受賞など】― 36 ―

Ⅱ【氏名（ふりがな）】 新崎

康樹 （あらさき博士研究員（2019）

やすき）【職名】 研究フェロー【所属】 福井謙一記念研究センター

高塚グループ【研究室】 東京大学駒場キャンパス 16 号館 525A
【研究分野】 理論化学
【現在の研究課題】 非断熱動力学理論による化学反応【研究内容キーワード】 非断熱相互作用、クラスター、励起状態動力学【学歴】 2000 年 9 月

東京大学大学院総合文化研究科博士課程修了【学位】 2000 年 9 月

博士（学術）（東京大学）【略歴】 2000 年 10 月 東京大学インテリジェント・モデリング・ラボラトリー研究員
2002 年 10 月 東京大学大学院総合文化研究科 研究員
2017 年 4 月 福井謙一記念研究センター 研究フェロー【所属学会】 分子科学会【主な著書、学術論文】 1. Y. Arasaki, Y. Mizuno, S. Scheit, and K. Takatsuka, Induced photoemission fromdriven nonadiabatic dynamics in an avoided crossing system, J. Chem. Phys.
（過去 5 年以内）
141, 234301 (2014, 14 pages).
2. Y. Arasaki, Y. Mizuno, S. Scheit, and K. Takatsuka, Stark-assisted quantum
confinement of wavepackets. A coupling of nonadiabatic interaction and CWlaser, J. Chem. Phys. 144, 044107 (2016, 10 pages).
3. Y. Arasaki and K. Takatsuka, Time-resolved photoelectron signals frombifurcating electron wavepackets propagated across conical intersection in pathbranching dynamics, Chem. Phys. 493, 42-48 (2017).
4. Y. Arasaki and K. Takatsuka, Chemical bonding and nonadiabatic electron
wavepacket dynamics in densely quasi-degenerate excited electronic state
manifold of boron clusters, J. Chem. Phys. 150, 114101 (2019, 18 pages).
5. K. Takatsuka, T. Yonehara, K. Hanasaki, and Y. Arasaki, Chemical Theory
Beyond the Born-Oppenheimer Paradigm: Nonadiabatic Electronic and Nuclear
Dynamics in Chemical Reactions (World Scientific, Singapore, 2014).

― 37 ―

Ⅱ

博士研究員（2019）【氏名（ふりがな）】 花崎浩太（はなさきこうた）【職名】 研究フェロー【所属】 福井謙一記念研究センター【研究室】 高塚研究室【直通電話】 075-711-7907【FAX】 【電子メールアドレス】 hanasaki@fukui.kyoto-u.ac.jp【ホームページ】 【研究分野】 計算化学・理論化学【現在の研究課題】 分子における相対論的電子動力学の定式化【研究内容キーワード】 非断熱動力学、電子動力学、相対論効果【学歴】 2014 年 3 月東京大学大学院総合文化研究科博士課程修了【学位】 2014 年 3 月学術博士 （東京大学）【略歴】 2014 年 博 士 研 究 員（Deutches Elektronen Synchrotron (DESY), The
Hamburg Centre for Ultrafast Imaging (CUI), Center for Free-electron
Laser Science (CFEL) theory group）
2016 年 研究支援者（東北大学大学院理学研究科化学専攻物理化学講座数理化学研究室）
2018 年 研究フェロー（京都大学福井謙一記念研究センター）【所属学会】 分子科学会【学会活動】 【主な著書、学術論文】 1. Y. Hao, L. Inhester, K. Hanasaki, S.-K. Son and R. Santra, “Efficient electronic（過去 5 年以内） structure calculation for molecular ionization dynamics at high x-ray intensity”,
Struct. Dyn. 2, 041707 (2015).
2. A. Rudenko, L. Inhester, K. Hanasaki, et al. “Femtosecond response of polyatomic
molecules to ultra-intense hard X-rays”, Nature 546, 129 (2017).
3. K. Hanasaki, M. Kanno, T. A. Niehaus and H. Kono, “An efficient approximate algorithm for nonadiabatic molecular dynamics”, J. Chem. Phys. 149, 244117 (2018).
4. K. Hanasaki and K. Takatsuka, “Relativistic theory of electron-nucleus-radiation
coupled dynamics in molecules: Wavepacket approach”, J. Chem. Phys. 151, 084102(2019).
5. K. Hanasaki and K. Takatsuka, “Relativistic formalism of nonadiabatic electron-nucleus-radiation dynamics in molecules: Path-integral approach”, Phys. Rev.
A 100, 052501 (2019).

【学術関係の受賞など】 ― 38 ―Ⅲ

Ⅲ

研究広報活動１．福井謙一記念研究センターシンポジウム
第 17 回 京都大学 福井謙一記念研究センターシンポジウム日時

2020（令和２）年 1 月 31 日（金）9:50 ― 19:00

場

所

京都大学 福井謙一記念研究センター（３F 大会議室）

講

演

10:15 ― 11:15
榊茂好（京都大学 福井謙一記念研究センター）「d 電子複合系の理論化学：孤立分子から分子性結晶へ」
11:30 ― 12:30
渡邊一也（京都大学大学院 理学研究科）「界面・微小共振器中における励起状態ダイナミクス」
				
― 休

憩 ―

13:50 ― 14:50
西原寛（東京大学大学院 理学系研究科）
				「有機・無機二次元物質『配位ナノシート』」
15:00 ― 15:30

福井謙一奨励賞表彰式

15:30 ― 17:20

ポスターセッション			
17:30 ― 19:00

懇親会（1 階多目的室）― 39 ―

研究広報活動（2019）

Ⅲ

研究広報活動（2019）

２．セミナー

第 17 回福井センターセミナー

日時

2019（令和元）年 12 月 13 日（金）15:00 ― 17:20

場

所

京都大学福井謙一記念研究センター（１階多目的室）
15:00 ― 15:40
Kentaro Yamamoto (Kyoto Univ.)“On the Fundamental Chemical Mechanisms of Water-Splitting Cycle Catalyzed by Mn Oxo
Complexes”
15:40 ― 16:20
Simon Kaspar Schnyder (Kyoto Univ.)“Dynamics of crawling and dividing cells”― Break ―16:30 ― 17:20
Motoyuki Uejima (Kyoto University )“Massively parallel implementation of quantum chemistry solvers for strongly correlated systems”



その他のセミナー
Contact

Shigeyoshi
SakakiSpeaker

Title

Affiliation

Date

Erik
Tellgren

Unifying Kinetic Energy Density
University ofand Current Density in
Oslo
Density-Functional Theory

July 22 (Mon.), 2019

Fahmi Himo

Insights into Mechanisms andSelectivities in Homogeneous
Catalysis from Quantum
Chemical Calculations

Departmentof Orgnaic
Chemistry,
Stockholm
University

Nov. 22 (Fri.), 2019MarcusLundberg

Rationalizing the sensitivity of
x-ray probes to electronic andstructural dynamics in transition
metal complexes

Departmentof Chemistry- Ångström
Laboratory,
Uppsala
University,

Nov. 22 (Fri.), 2019― 40 ―

Ⅲ

Contact

Kimihiko
Hirao

SpeakerAndreas
Savin

Title
Density functional theory as
a starting point for controlled
approximations

研究広報活動（2019）

Affiliation

Date

Laboratoirede Chimie
Theorique
CNRS andSorbonne
University, Paris

Jan. 23 (Thu.), 2020

３．国際交流当センター教員が海外の研究機関を訪問し、研究所の運営に関して意見交換を行った。
（資料編を
参照）
４．社会へのアウトリーチ活動＜研究紹介＞（１）京都大学アカデミックデイへ参加		

2019（令和元）年 9 月 15 日（日）榊茂好 FIFC リサーチフェローが「ちゃぶ台囲んでひざ詰め対話」コーナーへ参加

話

題：化学と理論と計算化学

場

所：京都大学百周年時計台記念館＜学術講演＞（１）田中一義演

FIFC リサーチフェロー		

2019（令和元）年 11 月 19 日（火）

題：計算化学は何の役に立つか

行事名：京都グリーンケミカル・ネットワーク人材育成事業
場

所：京都市成長産業創造センター

５．福井謙一奨励賞の創設及び奨励賞の授与
福井謙一博士の生誕百年を控え、日頃から、化学の将来の発展のためには若手研究者の育成の大切さを説いておられた福井博士の意志を汲み、基礎化学、理論化学の分野で顕著な研究業績を挙げた若手研究者を顕彰する福井謙一奨励賞を 2017（平成 29）年度に創設した。
2019（令和元）年秋に公募し、応募のあった中から委員会で選考の結果、次のとおり選考された。
表彰式は、2020（令和 2）年 1 月 31 日（金）に開催の福井謙一記念研究センターシンポジウムの中で行い、受賞者に表彰状と記念楯が授与され、続いて受賞題目に関した講演が行われた。
受 賞 者：西本佳央（京都大学）

受賞題目：高精度計算と大規模計算の発展 － 解析的エネルギー微分の視点から― 41 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Ⅳ

研究業績

１．専任教員Tohru Sato
Professor
1. Summary of the research of the year
DABNA を用いた OLED における高効率発光機構:
トポロジカル擬縮退による高次三重項経由蛍光有機発光ダイオード(OLED)において高効率なエレクトロルミネセンス(EL)を達成するためには、電流励起によって生じる三重項励起子を利用する必要がある。DABNA-1 はドナー・アクセ
プター型でない高効率青色発光分子であり、非常に狭い線幅を有する EL スペクトルが観測されている[1]。DABNA-1 の T1-S1 間のエネルギー差ΔEST は実験的に 0.20 eV と見積もられており、また計算により得られた断熱 T1 状態におけるΔEST は 0.44 eV であり、T1 から S1 への熱的な逆系間交差は困難であると考えられる。我々は OLED における高効率発光機構として、最低三重項励起状態ではなく高次三重項励起状態を経由した蛍光、高次三重項経由蛍光(Fluorescence via Higher
Triplets, FvHT)を提案している[2,3]。ビスアントラセン誘導体(BD)は熱的な逆系間交差が困難なほど大きなΔEST を有するにもかかわらず高い EQE を示すことが報告されており[4]、高次三重項を経由した蛍光が予想される。BD は X-Y-X 型の構造を持つため、擬縮退した電子状態を有する。
我々は擬縮退によって T4-T1 および T4-T2 間の重なり密度は小さくなり、三重項間の内部転換が抑制されることを示した[3]。また、その結果長寿命な T4 励起子が生成し、T4 から S2 への逆系間交差が可能であることを示した。このような X-Y-X 型の構造はドナー・アクセプター分子にも多く、分子構造による擬縮退に起因した FvHT 機構の発現が期待される。
DABNA-1 は X-Y-X 型の構造ではないが、N と B によって meta-linkage につながったトポ
ロジーに由来する縮退が生じる。この縮退は近似をあげると分裂するため、トポロジカルな擬縮退と呼ぶ。これまでに我々は N を介してピリジン環が meta-linkage につながったアザカリックスピ
リジン誘導体がトポロジカルな擬縮退を有し、三重項間の重なり密度が打ち消しあうことを報告している[5]。本研究では、DABNA-1 の EL がトポロジカルな擬縮退に起因した高次三重項経由蛍光を示し得ることを報告した。
Figure 1 に Franck―Condon(FC)状態および断熱 T4 状態におけるエネルギー準位を示す。
FC 状態において T1 と S1 のエネルギー差は 0.46 eV、また T1 断熱状態においても 0.44 eV と非常に大きいため、T1 から S1 への熱的な逆系間交差は困難であると考えられる。したがって、高次三重項励起状態を経由した蛍光が予想される。
T4 断熱状態において T4 と S1 のエネルギー差は 17 meV
であり、T4 から T1 への内部転換が抑制されていれば、T4 から S1 への熱的な逆系間交差が可能であるといえる。

― 42 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Fig. 1 Energy levels of excited states at the (a) S0 and (b) T4 optimized structures.

T4-T1 間における内部転換の程度を検討するため、非対角振電子相互作用密度(VCD)解析を行った(Fig. 2)。重なり密度は分子全体に広がるのではなく、分子の一部でしか値を持たない。それに加えて、重なり密度は原子上に対称に局在するため、ポテンシャル導関数の積によって表される
VCD は p 軌道のような分布を有する。これにより、VCD の積分は相殺し小さな非対角振電相互作用定数(VCC)を与える。以上より、T4-T1 間の内部転換は抑制されていると考えられる。T1 は主にHOMO-LUMO 遷移から、T4 は LUMO-LUMO+5 遷移から構成される。そのため、T4-T1 間の重なり密度は近似的に LUMO と LUMO+5 の積によって表される(Fig. 3)。LUMO と LUMO+5 は分布する領域が異なるため、重なり密度は大部分打ち消しあう。なお、LUMO+5 は N と B によって区切られた 3 つのベンゼン環に分布しており、LUMO+6, +7 とトポロジカルな三重擬縮退をしていることがわかった。T4 は HOMO-LUMO+5 遷移からなるため、擬縮退した一番下の軌道が関与する。以上より、DABNA-1 はトポロジカルな擬縮退に起因した FvHT 機構を示す可能性が予測された。

Fig. 2 Off-diagonal VCD analysis of T4@T4-T1@T4 for maximum coupling mode 135.

Fig. 3 LUMO and LUMO+5 at the S0 optimized structure.

― 43 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

触媒担体の役割と金属酸化物表面における分子吸着の領域選択性:
Cu/γ-アルミナによる NO 還元
触媒設計や触媒反応の反応機構を理解するために、触媒表面上における反応分子の吸着領域を予測することは重要である。振電相互作用密度(VCD)理論は電荷移動に伴う構造緩和の領域依存性を電子状態と振動構造により表し、化学反応の領域選択性を示す反応性指標となる。本研究では振電相互作用密度解析によって、三元触媒 Cu 担持γ-アルミナによる NO の還元反応における領域選択性について明らかにした。また、一般にアルミナのような金属酸化物表面のモデル化を行うことは困難である。その理由は、三次元周期構造を有する結晶から二次元平面に広がる固体表面を切り出す際、酸素原子上にダングリングボンドが生じることに起因する。その解決方法としてダングリングボンドを水素原子によって終端することが挙げられるが、全ての酸素上に水素原子を終端
すると実際の表面と大きく異なる電子状態が得られてしまう。そこで本研究では固体表面のモデル
が実際の電子状態を再現するよう、大きな分子軌道あるいは結晶軌道を有する酸素原子上に、実験によって観測されているバンドギャップを満たすまで水素原子を終端する方法を提案した。
実験および計算によって予測されているアルミナ結晶からクラスターを切り出し、その軌道準位を計算したところ、エネルギーギャップは 1.0 eV 以下であった(Fig. 4)。そこでクラスターモ
デルのエネルギーギャップが実験値を再現するよう、12 個の軌道を電子が占有するまで、分子軌道が大きい酸素原子に水素原子を終端した。得られた水素終端クラスターモデルの VCD を計算した
ところ、VCD は水素原子が終端されていない酸素原子上に局在し、この酸素はルイス塩基点として作用することが明らかとなった(Fig.5)。したがって、Cu 原子を VCD 原子が局在する酸素原子上に配置し、再度 VCD 解析を行った。その結果、VCD は Cu 原子上に局在し、NO は Cu 原子に吸着することがわかった。Cu 担持γ-アルミナに対してフラグメント解析を行った結果、Cu のHOMO はγ-アルミナ担体と相互作用することで上昇した。したがって、γ-アルミナ上に担持された Cu は NO の LUMO と相互作用しやすくなり、NO の還元が促進することが示された。

Fig.

4

Orbitallevelsof

non-hydrogenterminated cluster model.

Fig. 2 VCD of hydrogen terminated clustermodel.

【文献】 1) T. Hatakeyama et al., Adv. Mater., 28, 2777 (2016). 2) T. Sato, J. Comput. Chem. Jpn, 14,
189 (2015). 3) T. Sato et al., Sci. Rep., 7, 4820 (2017). 4) J.-Y. Hu et al., Adv. Funct. Mater., 24, 2064

― 44 ―

Ⅳ

研究業績（2019）(2014). 5) N. Uchida et al., Chem. Lett., 43, 459 (2014).
2. Original papers(1) Y. Kojima, W. Ota, K. Teramura, S. Hosokawa, T. Tanaka, T. Sato, Chem. Phys. Lett.. 715,
239 (2019).
(2) Y-J. Pu, R. Satake, Y. Koyama, T. Otomo, R. Hayashi, N. Haruta, H. Katagiri, D. Otsuki, D.
Kim, T. Sato, T. Teranishi, J. Mater. Chem. C, 7, 2541 (2019).
(3) N. Haruta, P. F. M. de Oliveria, T. Sato, K. Tanaka, M. Baron, J. Phys. Chem. C 123, 21581(2019).
3. Presentation at academic conferences(1) 伊藤俊介, 上島基之, 佐藤徹「フェノキサジン-トリフェニルトリアジン誘導体を用いた OLED における高効率 EL
機構：高次三重項経由蛍光」
2019 年光化学討論会, 名古屋, 2019/9/10-12, 3P135 ポスター
(2) 伊奈稚菜, Lori Gonnet、春田直毅, Michel Baron, 佐藤徹「メカノケミカル反応の発現条件に関する理論的研究」
日本化学会秋季事業第 9 回 CSJ フェスタ 2019, 東京, 2019/10/15-17, P9-020 ポスター(3) 伊奈稚菜, Lori Gonnet, 春田直毅, 佐藤徹, Michel Baron「ジフェニルフルベンとマレイミドのメカノケミカル反応における立体選択性の起源」
日本コンピュータ化学会 2019 秋季年会, 広島, 2019/10/24-25, 2O 14 口頭(4) 大田航, 上島基之, 平岡拓, 伊藤俊介, 畠山拓次, 佐藤徹「DABNA を用いた OLED における高効率発光機構：トポロジカル擬縮退による高次三重項経由蛍光」
有機 EL 討論会第２９回例会, 愛知, 2019/11/21-22, S4-3, 口頭
4. Others(1)特願 2019-222973(2)特願 2020- 15129― 45 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

春田 直毅
特定助教
1. 今年度の研究の要約【対称適合軌道モデルと金属クラスターの周期律】
1869 年にメンデレーエフが提案して以来、元素周期表は自然科学の礎であり続けてきた。この周期表によって、数多くの元素の発見が可能となった。最初の提案から 150 周年にあたる 2019 年
は「国際周期表年」として定められている。元素が次々と発見されるにつれて、分子、クラスター、
結晶といった複数の原子からなる高次の物質に多くの目が向けられるようになった。もし高次の物質についても、元素周期表のような周期律が存在するとすれば、材料科学の幅広い分野で有用なものとなるに違いない。高次の物質を支配する原理は存在しないのだろうか？
近年、超原子をはじめとする高次の物質にも、周期律が存在し得ることが指摘されている 1)。超原子とは、原子に類似した電子構造を有し、大きなスケールの原子とみなせる特別に安定な金属クラスターのことを指す。原子が分子のビルディングブロックであるように、超原子は結晶などのビ
ルディングブロックとして機能する。しかし、超原子として見つかっているものは、まだそれほど多くない。いかなるクラスターも球対称構造を有するという近似的描像のもとで理論予測されていることがその原因である 2)。この描像は、Ih 対称など、球状クラスターの探索には有効であるが、様々な形状を有する多くのクラスターの探索には有効ではない。
本研究では、幅広い範囲のクラスターの理論予測を可能にするため、構造対称性に着目しながら、旧来の球対称ジェリウムモデルを改良する 3)。またそれに基づき、金属クラスターを支配する一般原理の存在についても問う。
球対称ジェリウムモデルによって導かれる電子軌道は、原子軌道と類似した形状を有するため、超原子軌道と呼ばれている。超原子軌道がちょうど閉殻となるとき、クラスターは安定になると考えられる。しかし実際には、クラスターの構造対称性は球対称よりも必ず低く、軌道準位は分裂とシフトを起こすため、球対称モデルでは様々なクラスターの安定性を説明できない（Fig. 1）。本研
究では、この対称性低下による分裂とシフトを露わに考慮した対称適合軌道モデルを用いる。分裂の仕方は群論によって定まる一方、シフトの大きさは決まらないが、我々の量子化学計算によれば、分裂した軌道の順序も構造対称性ごとにある一定の法則に従う（Fig. 1）。本研究では、構造対称性
ごとに定まる準位パターンから予測されるクラスターの安定性について、DFT 計算により網羅的に検討を行った。計算レベルは B3LYP/LanL2DZ とした。
様々な典型元素クラスターについて、対称適合軌道モデルに基づく軌道準位（Fig. 1）が閉殻となるように、Ih, Oh, Td 対称クラスターの構成元素を選択して、DFT 計算を行ったところ、いずれも安定となることが分かった。一方、閉殻とならないときには、Jahn–Teller 不安定性が見られた。
これは、軌道の順序の入れ替わりが顕著ではなく、Fig. 1 の軌道準位をベースにクラスターの理論設計が可能であることを示している。同時に、天然リン化合物や Zintl イオンをはじめとする現実に存在するクラスターもこのモデルを満たすことが分かった。さらに、これら全てのクラスターは― 46 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

構造対称性ごとに、元素周期表と類似したフレームワークに配置されることも明らかとなった。この高次の周期表は、電子配置から定まる group と period だけでなく、構成原子数や構成元素を区別する family や species といった 4 種類の軸を有する。

Fig. 1

Electronic configurations based on the symmetry-adapted orbital models.

【ジベンゾフェナジンのメカノケミカル合成における特異な反応経路の発現メカニズム】
圧力やボールミリングといった力学的作用によって引き起こされる化学反応をメカノケミカル反応と呼ぶ 4)。この種の反応は溶媒を必要としないため、環境負荷の少ない合成技術として注目を浴びている。またそれだけでなく、しばしば通常の熱的反応とは異なる生成物を与えることから、基礎化学においても注目されている。
最近、ジベンゾフェナジンがボールミリングによって、溶媒も触媒も用いることなく、極めて高い収率（> 99%）で合成された 5)。速度論実験や熱量測定の結果から、この高効率合成には二種類の反応が関与していると考えられているが、反応経路やエネルギー障壁、それらに対する力学的作
用の影響について、量子化学的な観点からは明らかにされてこなかった。
本研究では、密度汎関数理論に基づき、ジベンゾフェナジン合成経路を決定した 6)。外力のない
通常条件下では、段階的反応が最もエネルギーの低い経路として見つかり、協奏的反応がエネルギ
ーの高い経路として見つかった。しかし、後者の経路では、最もエネルギーの高い点が 1 次鞍点ではなく、高次鞍点になっており、遷移状態としては認められないことが分かった。そこで、この系にわずかな外力を加えてみたところ、余分な虚数振動数が解消され、高次鞍点が遷移状態に変化することが分かった（Fig. 2）。ボールミリング中にはこのようにして、段階的反応に加えて、協奏的反応がオンとなる。この結果は、力学的作用が新たな反応経路を開くメカニズムを示すものである。

Fig. 2The synthesis of dibenzophenazine and the effect of mechanical action.

― 47 ―

Ⅳ

研究業績（2019）【文献】

1) D. A. Tomalia and S. N. Khanna, Chem. Rev. 116, 2705 (2016).
2) W. A. de Heer, Rev. Mod. Phys. 65, 611 (1993).
3) T. Tsukamoto, N. Haruta, T. Kambe, A. Kuzume, K. Yamamoto, Nature Commun. 10, 3727 (2019).
4) G.-W. Wang, Chem. Soc. Rev. 42, 7668 (2013).
5) L. Carlier, Michel Baron, Alain Chamayou, Guy Couarraze, Tetrahedron Lett. 52, 4686 (2011).
6) N. Haruta P. F. M. de Oliveira, T. Sato, K. Tanaka, M. Baron, J. Phys. Chem. C 123, 21581 (2019).
2. 論文(1) Naoki Haruta, Paulo Filho Marques de Oliveira, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka,
and Michel Baron,“Force-Induced Dissolution of Imaginary Mode in Mechanochemical Reaction:
Dibenzophenazine Synthesis”
J. Phys. Chem. C 123, 21581-21587 (2019).
(2) Takamasa Tsukamoto, Naoki Haruta, Tetsuya Kambe, Akiyoshi Kuzume, andKimihisa Yamamoto,“Periodicity of molecular clusters based on symmetry-adapted orbital model”
Nature Commun. 10, 3727 (2019).
(3) Yusuke Inomata, Ken Albrecht, Naoki Haruta, and Kimihisa Yamamoto,“Dendrimer-Templated Synthesis and Characterization of Tin Oxide Quantum
Dots Deposited on a Silica Glass Substrate”
Chem. Mater. 31, 8373-8382 (2019).
(4) Akiyoshi Kuzume, Miyu Ozawa, Yuansen Tang, Yuki Yamada, Naoki Haruta, andKimihisa Yamamoto,“Ultrahigh sensitive Raman spectroscopy for subnanoscience: Direct
observation of tin oxide clusters”
Science Adv. 5, eaax6455 (2019).
3. 総説(1) 春田 直毅、山元 公寿「サブナノワールドが拓く夢の新素材：超原子から超縮退まで」
WEB Journal 2019 年 5 月号, 19-22 (2019).
(2) 塚本 孝政、春田 直毅、山元 公寿「「ナノ物質の周期表」の誕生 — 幾何学的対称性から生まれた新たな理論モデル」
academist Journal (2019).
(3) 春田 直毅「優秀講演賞受賞寄稿「金属クラスターの異常な軌道縮退とハミルトニアンの力学― 48 ―

Ⅳ

研究業績（2019）的対称性」」
理論化学会誌「フロンティア」第 2 巻 1 号, 9-10 (2020).
4. 学会発表(1) 春田 直毅、塚本 孝政、葛目 陽義、神戸 徹也、山元 公寿「金属クラスターの異常な軌道縮退とハミルトニアンの力学的対称性」
第 22 回理論化学討論会 札幌 2019/5/27 1L05
(2) 西川 智裕、佐藤 徹、春田 直毅、兒玉 健、阿知波 洋次「(6,5)カーボンナノチューブの成長機構：エッジ構造と領域選択性」
第 13 回分子科学討論会 2019 名古屋 名古屋 2019/9/17 1B06
(3) 春田 直毅、塚本 孝政、葛目 陽義、神戸 徹也、山元 公寿「金属クラスターの異常な軌道縮退とその起源としての力学的対称性」
第 13 回分子科学討論会 2019 名古屋 名古屋 2019/9/20 4E11(4) 春田 直毅、Paulo Filho Marques de Oliveira、Alain Chamayou、佐藤 徹、田中
一義、Michel Baron「ジベンゾフェナジンのメカノケミカル合成における特異な反応経路の発現メカニズム」
第 30 回基礎有機化学討論会 大阪 2019/9/27 3C03
(5) 伊奈 稚菜、Lori Gonnet、春田 直毅、Michel Baron、佐藤 徹「メカノケミカル反応の発現条件に関する理論的研究」
第 9 回 CSJ 化学フェスタ 2019 東京 2019/10/17 P9-020(6) 春田 直毅、塚本 孝政、神戸 徹也、葛目 陽義、山元 公寿「対称適合軌道モデルと金属クラスターの周期律」
日本コンピュータ化学会 2019 秋季年会 広島 2019/10/25 2O04
(7) 伊奈 稚菜、Lori Gonnet、春田 直毅、佐藤 徹、Michel Baron「ジフェニルフルベンとマレイミドのメカノケミカル反応における立体選択性の起源」
日本コンピュータ化学会 2019 秋季年会 広島 2019/10/25 2O14
(8) Naoki Haruta, Sho Fukushima, Wataru Ota, Tohru Sato
“Why Does Not Only the Rh13+ Cluster Reduce Nitrogen Oxides?”Materials Research Meeting 2019, Yokohama, 2019.12.11 (F2-P11-019)(9) 春田 直毅「対称性を利用した新たな分子材料設計を目指す理論化学」
ハイブリッドマテリアルの新展開を目指 した異分野融合シンポジウム 東京
2020/2/5(10) Naoki Haruta“Nanomaterials Design Based on Symmetry and Periodicity of Molecular
Clusters”― 49 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

MANA International Symposium 2020 Jointly with ICYS, Tsukuba, 2020.3.3(11) 伊奈 稚菜、Lori Gonnet、春田 直毅、佐藤 徹、Michel Baron「ジフェニルフルベンとマレイミドのメカノケミカル反応における立体選択性の起源」
日本化学会第 100 春季年会(2020) 野田 2020/3/22 1B8-44(12) 春田 直毅「縮退と擬縮退の包括的理解に向けた新たな理論化学の開拓」
日本化学会第 100 春季年会(2020) 第 34 回若い世代の特別講演会 野田 2020/3/23
2E2-26(13) Naoki Haruta“Theoretical Design of Molecular Functional Materials Based on Symmetry
and Periodicity”
International Symposium on Molecular Science, Noda, 2020.3.24 (3B2-47)(14) 佐藤 徹、春田 直毅「四面体対称クラスターA10 における動的対称性」
日本化学会第 100 春季年会(2020) 野田 2020/3/25 4D3-44
5. その他(1) 春田 直毅、Paulo Filho Marques de Oliveira、Alain Chamayou、佐藤 徹、田中
一義、Michel Baron「ジベンゾフェナジンのメカノケミカル合成における特異な反応経路の発現メカニズム」
第 17 回京都大学福井謙一記念研究センターシンポジウム 京都 2020/1/31 3(2) 伊奈 稚菜、Lori Gonnet、春田 直毅、佐藤 徹、Michel Baron「ジフェニルフルベンとマレイミドのメカノケミカル反応における立体選択性の起源」
第 17 回京都大学福井謙一記念研究センターシンポジウム 京都 2020/1/31 5― 50 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Yoshio Nishimoto
Assistant Professor
1. Summary of the research of the year
Development of TD-LC-DFTB/PCM
The development of large-scale quantum mechanical (QM) methods is one of the hottest
topics in computational chemistry. Although standard single-reference QM methods, such as density
functional theory (DFT), is much more economical than electron correlation methods, but are stilltime-consuming, and it is difficult to evaluate large systems. Modeling excited states is even morecomputationally demanding. QM methods can be drastically simplified by applying various
approximations or employing fitted parameters, giving rise to semiempirical QM methods. For
instance, the self-consistent charge density-functional tight-binding (DFTB) method was derived byintroducing tight-binding approximations and applying a Taylor expansion to the density fluctuationof DFT.
In this fiscal year, the time-dependent long-range corrected second-order DFTB (TD-LCDFTB2) method was implemented in conjunction with an implicit solvent model, the polarizable
continuum model (PCM), namely TD-LC-DFTB/PCM [1], in a local version of the GAMESS-US
software package based on an earlier implementation of the LC-DFTB2 method. The long-range
correction employed in this study closely followed the work by Lustker et al. [2] Analytic first-orderderivatives were also implemented by employing the Z-vector method as in the well-known TD-DFT
with long-range corrections. The exchange-type term, which exhibited an unfavorable computational
requirement, was computed via efficient matrix multiplications, and thus, the scaling of the (TD-)LCDFTB method was expected to be cubic as in the conventional (TD-)DFTB. Compared with theconventional DFTB2, LC-DFTB2 for the ground state was 1.4 times more computationally expensive,
whereas TD-LC-DFTB2 for excited states was approximately 3 times more computationallyexpensive. However, a single-point gradient calculation for a system consisting of 1000 atoms took
only 30 min (without PCM) with one CPU core, demonstrating the advantage of the TD-LC-DFTB2
method. Adding PCM increased the computation time significantly.
As a pilot example, in the calculations for 3-hydroxyflavone (3HF), which exhibits dual
emission, TD-LC-DFTB2 predicted similar absorption and enol-form emission energies as TD-LCBLYP/aug-cc-pVDZ; however, the predicted emission energy of the keto form deviated significantly
from the experiment and from TD-LC-BLYP. Further benchmark calculations were performed using
the other TD-DFTB methods implemented in GAMESS-US, TD-DFTB2, TD-DFTB3, and TD-LCDFTB2 for a set of molecules that were previously collected and theoretically evaluated by Jacquemin
et al. Even though TD-LC-DFTB2 clearly overestimated the absorption and 0−0 transition energies― 51 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

when compared with the experimentally measured values, theyagreed well with the results obtained by CAM-B3LYP andsignificantly reduced the computational cost. Further, when therange separation parameter ω was decreased from 0.30 to 0.15,
the results agreed even more closely with CAM-B3LYP (Fig. 1).
Therefore, based on these benchmark calculations, TD-LCDFTB2 can be considered a computationally cost-effective
approximation of DFT with long-range corrections.
It should be noted that the currently available parameter Fig. 1 Comparison of absorption
set is rather limited and only includes various combinations of H, and 0–0 transition energies
C, N, and O elements. In addition, the extension to include the calculated with CAM-B3LYP and
third-order Taylor expansion, namely (TD-)LC-DFTB3, is also LC-DFTB with ω = 0.15.
important. The extension to TD-LC-DFTB3 should be rather
straightforward as long as the LC-DFTB3 energy is formulated and appropriate parameters aredeveloped because TD-DFTB3 has been developed in GAMESS-US. Hence, further development
and improvement are essential for practical application studies. The developed method is expected tobe publicly available in GAMESS-US in the future.
Development of Analytic Derivatives of QD-PC-NEVPT2 and QD-SC-NEVPT2
A balanced treatment of dynamic and static electron correlation is important incomputational chemistry, and multireference perturbation theory (MRPT) is able to do this at areasonable computational cost. In addition to the above study, analytic first-order derivatives,
specifically gradients and dipole moments, are developed for a particular MRPT method,quasidegenerate partially and strongly contracted n-electron valence state second-order perturbation
theory (QD-PC-NEVPT2 and QD-SC-NEVPT2) [3,4] were developed.
Looking at MRPT methods, such as NEVPT2 and complete active space second-order
perturbation theory (CASPT2), in terms of analytic derivative techniques, the first challenge is posedby the fact that most MRPT energies are not variationally optimized with respect to wavefunction
parameters (molecular orbital and configuration coefficients). This necessitates the evaluation ofderivatives of nonvariational parameters, which are orbital and configuration interaction (wheninternally contracted) coefficients. A straightforward approach is to evaluate these derivatives directly
by solving the coupled-perturbed equations. Despite the simplicity of this strategy, the number ofcoupled-perturbed equations to be solved increases linearly with the number of atoms in the system,
so it is not suitable for treating even medium-sized systems. Another, more practical, approach relieson the Z-vector or Lagrangian methods. The advantage of these methods is the reduced computational
requirement: solving only one perturbation-independent equation is sufficient to evaluate responsecontributions for the first-order derivatives. In this study, first-order derivatives are computed by
exploiting the Z-vector method, so the additional computational cost is not explicitly dependent on― 52 ―

Ⅳ

研究業績（2019）the number of atoms. Furthermore, the derived expressions do not involve any vanishingdenominators resulting from orbital degeneracies (in contract to the strongly contracted variant).
In the first part of the study, state-specific PC-NEVPT2 has been implemented in a local
version of GAMESS-US and applied to typical systems: the geometrical parameters of O3 and O−3
and the 0–0 transition energies of methylpyrimidines and a series of trans-polyacetylenes. The results
show the importance of perturbative corrections and the necessity for development of analytic
derivatives. A comparison with experiment suggests that the accuracies of NEVPT2 and CASPT2 areroughly comparable: CASPT2 with the IPEA shift outperforms other wavefunction methods formethylpyrimidine derivatives, while NEVPT2 does so for trans-polyacetylene.
CASPT2 calculations for the state-averaged CASSCF reference required a shift technique84
to ensure convergence of the amplitude equation. The 0–0 transition energies computed using theextended multistate (XMS) CASPT2 method with and without the IPEA shift indicated that the
impact of the IPEA shift is as large as 0.3 eV. The ionization potential–electron affinity (IPEA) shift
improved the agreement with experiment for methylpyrimidine derivatives, but slightly degraded it
for the larger transpolyacetylene. These two shift techniques may impart a slight arbitrariness tomultistate CASPT2 calculations, but NEVPT2 is an intruder-state-free method, and no such empiricalparameters are required as long as an appropriate active space is used. In addition, since NEVPT2 issize-consistent, it can be applied to chemical reactions.
In the latter part of the study, analytic derivatives (gradients, gradient difference, andinterstate coupling vectors) of QD-PC-NEVPT2 and QD-SC-NEVPT2 methods were developed andimplemented in a local version of GAMESS-US. The methodology was applied to locating CIs in a
typical system: benzene. The results from QD-PC-NEVPT2 and QD-SC-NEVPT2 were quite similar
to each other, and the result from QD-NEVPT2 was overall similar to that of XMS-CASPT2. The
results presented in the study also highlight the importance of adding dynamical electron correlation.
It is also found that spin-flip time-dependent density functional theory (SF-TD-DFT) overall
demonstrated better performance than CASSCF for relative energies and optimized structures, but
the spin contaminations were significant. Additionally, the character of the stationary point in theintersection space should be verified by performing vibrational frequency analysis.
In future, algorithmic improvements are highly desirable; for instance, CASSCF in
GAMESS-US does not utilize any matrix decomposition techniques, which severely restricts thenumber of orbitals that can be employed in CASSCF and NEVPT2 calculations.
References[1] Nishimoto, Y. J. Phys. Chem. A 2019, 123, 5649–5659.
[2] Lutsker, V.; Aradi, B.; Niehaus, T. A. J. Chem. Phys. 2015, 143, 184107.

[3] Nishimoto, Y. J. Chem. Phys. 2019, 151, 114103.
[4] Nishimoto, Y. Chem. Phys. Lett. 2020, 744, 137219.

― 53 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

2. Original papers(1) Nishimoto, Y.
“Time-Dependent Long-Range-Corrected Density-Functional Tight-Binding Method
Combined with the Polarizable Continuum Model”
J. Phys. Chem. A 123(26), 5649–5659 (2019).
(2) Nishimoto, Y.
“Analytic first-order derivatives of partially contracted n-electron valence state second-order
perturbation theory (PC-NEVPT2)”
J. Chem. Phys. 151, 114103 (2019).
(3) Nishimoto, Y.
“Locating conical intersections using the quasidegenerate partially and strongly contracted
NEVPT2 methods”
Chem. Phys. Lett. 744, 137219 (2020).
3. Presentation at academic conferences(1) 西本 佳央「多参照摂動理論（PC-NEVPT2）による解析的勾配の開発」
第 22 会理論化学討論会（1L03）、北海道、2019 年 5 月 27 日
(2) 西本 佳央「PC-NEVPT2 による解析的微分」
第 13 回分子科学討論会（2P108）、愛知県、2019 年 9 月 18 日
(3) Yoshio Nishimoto「Analytic First-Order derivatives of Partially Contracted N-Electron Valence State SecondOrder Perturbation Theory (PC-NEVPT2)」
Asia-Pacific Association of Theoretical and Computational Chemists 2019（P101）、Sydney、
2019 年 10 月 1 日― 54 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

２．リサーチダイレクター

Kimihiko Hirao
Research Director(1) Summary of the research of the year(a) Theoretical Study of Long-range Corrected (LC) Functionals in DFT
Density functional theory (DFT) is as a powerful computational tool for chemical systems.
Conceptually, it is appealing because, with the one-electron Kohn-Sham (KS) DFT, all properties
are in principle obtainable directly from an observable that is the electron density. A major obstacle
to the application of KS-DFT is that the form of the exact functional is yet unknown. As a result,
there have been continuous developments of approximate DFT methods. These methods represent a
useful way for tackling many chemical problems with adequate accuracy. Despite the success ofapproximate functionals, they are not without problem. Two major causes for these failures are theincorrect long-range behavior (at tails of the density) and self-interaction errors associated with thelocal character of approximate functionals. While a DFT-based cure for these drawbacks remains
elusive, non-DFT strategies have been developed to alleviate the symptoms. Some of theseapproaches, e.g., the use of Hartree–Fork (HF) exchange in hybrid-DFT, have been demonstrated to
be useful and widely applicable.
We have developed the long-range corrected (LC) functionals. In the LC scheme, the electron
repulsion operator, 1/r12, is divided into short-range (SR) and long-range (LR) components using astandard error function:

1 1  erf (  r  ) erf (  r  )


r 
r 
r 
The parameter  determines the weight of the two ranges as a function of r12. In most cases, LC
functionals generally show consistent desirable features, especially in the high reproducibility ofvan der Waals bonds, electronic spectra, optical response properties. A striking feature of LC-DFT
that it approximately satisfies Koopmans-type theorem.
Using this, we have proposed a new simple and conceptual theoretical scheme for estimating
one-electron excitation energies using KS solutions. The excitation energies can be obtained as
differences between occupied orbital energies of a neutral parent and/or unoccupied orbital energies
of its cation. One-electron transitions that are dominated by the promotion from one initiallyoccupied orbital to one unoccupied orbital of a molecular system can be expressed in a two-stepprocess, ionization and electron attachment. The KS solution of LC functionals adheres to
Koopmans-type theorem. Thus, the scheme is based on the following theoretical considerations asshown below― 55 ―

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研究業績（2019）

In this study, we use three computational schemes to calculate excitation energies. The closed-shellneutral system is solved by restricted KS equation and the cation is calculated by unrestricted KS
method. Scheme1 uses the orbital energies of the neutral and cation systems; the one electron
excitation energy from the occupied orbital i to unoccupied orbital a is given by:
TripletE (i a)  a ( M  )   i ( M )SingletE (i a )  a ( M  )   i ( M )  [ a ( M  )   a ( M  )]
 2 a ( M  )   a ( M  )   i ( M )where  i ( M ) is the occupied orbital energy of the neutral system, and  a ( M  ) and  a ( M  )are the orbital energies of the unoccupied  ,   spin orbitals of the cation. To keep the spinsymmetry, the correction term,  a ( M  )   a ( M  ) , is added for the singlet excitation. Scheme2
uses just the solutions of the cationic system:
Tripleta)  a ( M  )   i ( M  ) E (i 
SingletE (i  a) 2 a ( M  )   a ( M  )   i ( M  )It is devise on the basis that the electron affinity of a molecule is the ionization energy of its anion.
In other words, scheme2 uses the relation:

 i ( M )   i ( M  )― 56 ―

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研究業績（2019）

where  i ( M  ) is the orbital energy of the unoccupied  -spin orbital that pairs with the singly

occupied molecular orbital (SOMO) of the cation. The above relation is not strictly satisfied evenfor LC functionals. To restore the identity, the scale factor f is introduced:f   i ( M ) /  i ( M  )such that excitation energies can then be obtained with the occupied orbital energies of M and thescaled unoccupied orbital energies of M+:
Tripleta )  a ( M  )  f   i ( M )  a ( M  )   i ( M  )   f
E (i 
SingletE (i  a)  2 a ( M  )   a ( M  )   f 
 i ( M )  2 a ( M  )   a ( M  )   i ( M  )   fThis corresponds to Scheme 3. If f =1, three schemes would give identical excitation energies. For
LC-DFT, f is usually close to 1. In contrast, f for conventional functionals such as LDA, and GGA
deviates substantially from 1. It has been shown that good accuracy for various one-electron
excitations including valence, core excitations and charge transfer excitations is obtained.
Orbitals provide an intuitive language for the complex reality of molecules. In addition, they
are not merely a convenient concept but, through Koopmans-type theorem, they provide a simple
and natural connection between orbital energies and an experimental observable, namely ionizationenergies. The solutions of KS equation with LC functionals adhere to Koopmans-type theorem andthey thus have a tangible physical meaning. Our study exploit this desirable characteristic to obtainaccurate one electron excitations using orbital energies of LC-type functionals, which further
demonstrates the physical significance of KS orbitals.

(b) Application of LC-DFT to Periodic Boundary Condition Systems: CO Adsorption on
Cu(111) Surface

Several different types of DFT exchange correlation functionals were applied to a periodic
boundary condition (PBC) system [carbon monoxide (CO) adsorbed on Cu(111): CO/Cu(111)] andthe differences in the results calculated using these functionals were compared. The exchange
correlation functionals compared were those of Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) and those of LCDFT, such as LC-ωPBE(2Gau) and LC-BLYP(2Gau). Solid state properties such as the partial
density of states (PDOS) were calculated in order to elucidate the detailed adsorption mechanisms
and back-bonding peculiar to the CO/Cu(111) system. In addition, our benchmark analysis of thecorrelations among the orbitals of CO and Cu metal using LC-DFT reasonably was in line with theexperimentally observed adsorption site. The computation time was reasonable, and other numericalresults were found to agree well with the experimental results, and also with the theoretical results― 57 ―

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研究業績（2019）of other researchers. This suggests that the long-range Hartree-Fock exchange integral should be
included to correctly predict the electronic nature of PBC systems.

Partial DOS, on CO projected, for top sites (a, b, and c) and fcc sites (d, e, and f)
calculated using PBE (a, d), LC-ωPBE(2Gau) (b, e), and LC-BLYP(2Gau) (c, f)functionals. The Fermi level is set to 0 eV.

(c) Application of LC-DFT to isomerization energy calculations of thiourea compounds
We have previously reported that whereas conventional DFT functionals have provided poor
calculations on the alkane isodesmic reaction energy and isomerization reaction energy of organic
molecules that include C, N, and O atoms, our developed LC- and LC including Gaussian attenuation(LCgau)-DFT+ local response dispersion (LRD) functionals, which can accurately calculate interand intra-molecular weak interactions, gives accurate isomerization energies on these reactions. In
this work, we found that B3LYP-D3, LC-ωPBE-D3, and ωB97XD, known for their good descriptionsof weak interaction calculations, fail to reproduce the isomerization reaction energies of the moleculesthat include the S atom, such as methylthiourea, ethylthiourea, and propylthiourea. In contrast, LCand LCgau-BOP+LRD functionals provide isomerization reaction energies that are very close to
those produced by highly accurate wave function methods. These results show that accurate
description of the intramolecular weak interaction between the alkyl group and the S atom, unlike thecase of urea, is significant to reproduce correct energy of molecules with alkyl group and S atom.

― 58 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Isomerization reaction energies of methylthiourea calculated using
several DFT functionals, MP2, CCSD and CCSD(T)(2) Original papers(1) A Computational Study on the Kinetics of Pyrolysis of Isopropyl Propionate as a Biodiesel Model:
DFT and Ab Initio Investigation
Abolfazl Shiroudi; Kimihiko Hirao; Kazunari Yoshizawa; Mohammednoor Altarawneh;
Mohamed Abdel-Rahman; Asmaa El-Meligy; Ahmed El-Nahas, Fuel, submitted.
(2) Charge-transfer excitation energies expressed as orbital energies of Kohn–Sham density
functional theory with long-range corrected functionals, Kimihiko Hirao,、Bun Chan, Jong-Won
Song, and Hanseok, submitted(3) Attenuation of redox switching and rectification in Azulenequinones/ Hydroquinones after B andN doping: a first-principles investigation
El-Abed Haidar, Sherif Abdulkader Tawfik, Catherine Stampfl, Kimihiko Hirao,
Kazunari Yoshizawa, Takahito Nakajima, Kamal A. Soliman, and Ahmed M. El-Nahas
PCCP, submitted(4) NWChem: Past, Present, and Future, Edoardo Apra, et al., J.Chem.Phys., 152, 184102 (2020)(5) Application of Accelerated Long-range Corrected Exchange Functional [LC-DFT(2Gau)] to
Periodic Boundary Condition Systems: CO Adsorption on Cu(111) Surface, Kenji Mishima,
Masanori Kaneko, Jong-Won Song, Hiroki Kawai, Koichi Yamashit, and Kimihiko Hirao,
J.Chem.Phys., 152, 104105 (2020)― 59 ―

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研究業績（2019）(6) Excitation energies expressed as orbital energies of KS-DFT with LC functionals, Kimihiko
Hirao, Bun Chan, Jong-Won Song, Kamala Bhattarai, and Subrata Tewary, J.Comput.Chem.,
41, 1368-1383 (2020)(7) A Simple Model for Relative Energies of All Fullerenes Reveals the Interplay Between Intrinsic
Resonance and Structural Deformation Effects in Medium-Sized Fullerenes
Chan, Bun; Kawashima, Yukio; Dawson, William; Katouda, Michio; Nakajima, Takahito;
Hirao, Kimihiko, J.Chem. Theory and Computat. 15, 1255–1264 (2019)(8) Importance of van der Waals descriptions on accurate isomerization energy calculations of
thiourea compounds: LCgau-BOP+LRD method, Dae-Hwan Ahn, Takeshi Sato, Jong-Won
Song, and Kimihiko Hirao, J.Phys.Chem.A 123 7034-7041 (2019)(9) Electronic Transport Investigation of Redox-Switching Azulenequinones/Hydroquinones via
First-Principles Studies, El-Abed Haidar, Sherif A. Tawfik, Catherine Stampfl, Kimihiko Hirao,
Kazunari Yoshizawa, Safinaz H. El-Demerdash, Takahito Nakajima, and Ahmed M. El-Nahas,Phys.Chem.Chem.Phyts., 21, 17859-17867 (2019)
The reHISS Three-Range Exchange Functional with an Optimal Variation of Hartree–Fock(10)
and Its Use in the reHISSB-D Density Functional Theory Method Bun Chan, Yukio Kawashima
and Kimihiko Hirao, J.Comput.Chem.(Memorial Festschrift for Keiji Morokuma), 40, 29-38(2019)
Accelerated Long-range Corrected Exchange Functional Using a Two-Gaussian Operator(11)
combined with One-parameter Progressive Correlation Functional [LC-BOP(2Gau)], Jong-Won
Song and Kimihiko Hirao, J.Comput.Chem.(Memorial Festschrift for Keiji Morokuma), 40,
104-112 (2019)(3) Presentation at academic conferences(1) Kohn-Sham 軌道エネルギーで分子の励起エネルギーを表現できるか？
平尾公彦

第 13 回分子科学討論会(名古屋) 2019 年 9 月（口頭発表）(2) Excitation energies expressed as orbital energies of KS-DFT with LC functionals,
K Hirao The 9th Asian Pacific Conference of Theoretical and Computational
Chemistry (2019) Sydney （招待講演）― 60 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

３．FIFC リサーチフェロー

Shigeru Nagase
FIFC Research Fellow

1. Summary of the Research of the Year(a) Facile Insertion of Ethylene into a Group 14 Element-Carbon Bond: Effects of the
HOMO-LUMO Energy Gap on Reactivity
The reactions of heavier divalent group 14 element species and unsaturated C–C bonds haveattracted increasing interest because of their potential relevance for catalysis involving group 14
molecules. Their relatively low HOMO–LUMO gaps generate sufficiently high reactivity such thatthey can often interact with alkenes or alkynes under mild conditions. Several researchers have shownthat tetrylenes (ER2; E = Si, Ge, Sn or Pb), tetrlynes (REER) and tetrylenoids (species in whichtetrylenes are stabilized by coordination to a donor molecule) react with alkynes affording
cycloaddition products. However, examples of direct reactions between olefins and heavier tetrylenes
remain relatively rare, in part due to increased HOMO–LUMO energy separations as the atomic
number of E increases, and none has led to insertion into an E–C bond. In 1994, it was reported thatthe germylene (GeR2, R = –CH(SiMe3)2) reacted with ethylene to give a 1,2-digermacyclobutane,
probably via a germirane intermediate. More recently, it was shown that a silylenephosphine complex
and a bis(arylthiolato) silylene reacted in a reversible fashion with ethylene. In 2015, the silyl
silylene, :Si{N(C6H3-2,6-iPr2)SiMe3}{Si(SiMe3)3}, was shown to undergo migratory insertion of
ethylene into a Si–Si bond. However, no examples of a simple insertion of ethylene or other olefins
into group 14 element-carbon bonds has been reported. For stannylenes, calculations on the reactionof SnH2 with ethylene suggest that it involves a two-step mechanism to give, initially, a
metallocyclopropane upon binding followed by subsequent insertion into the Sn–H bond. In 2008, it
was reported that a stannylene and a iodobenzene reacted with olefins under mild conditions. The
olefin addition products display regioselectivity consistent with a radical induced migratory insertion
into a C–H bond. Nonetheless, the direct reaction of a organostannylene with ethylene or other olefins
under ambient or near ambient conditions has remained unknown. Therefore, we investigated the
direct reaction of the diarlystannylenes Sn(AriPr4)2 and Sn(AriPr6)2, (AriPr4 = C6H3-2,6-(C6H3-2,6-iPr2)2,
AriPr6 = C6H3-2,6-(C6H2-2,4,6-iPr3)2) with ethylene at 60°C which afford products in which one
equivalent of ethylene is inserted into one of the Sn–C bonds. By performing density functional theory
calculations, two potential mechanisms were identified with a migratory insertion reaction path being
energetically preferred.

(b) Influence of Local Strain Caused by Cycloaddition on the Band Gap Control of
Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes
Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) have attracted significant interest due to their― 61 ―

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研究業績（2019）

remarkable mechanical stability and intrinsic optical and electrical properties. Their various electronic
states based on the diameter and helicity make SWNTs attractive as the building blocks of electronic
and optical nanodevices. In 2002, near-infrared (NIR) photoluminescence (PL) of semiconducting
SWNTs was observed in individually dispersed SWNTs. PL measurements of SWNTs have been used
as a useful analytical method to assign SWNT structures because the first (E11) and second (E22)
optical transition energies can be identified from the excitation and emission energies. As NIR
photoluminescent materials, SWNTs are expected to be of practical use in the imaging of biologicaltissues, telecommunications, and other applications. Recently, it has been reported that the chemicalfunctionalization of SWNTs, such as photooxidation, arylation, and alkylation, induces bright andred-shifted NIR PL peaks. In the present study, SWNTs were functionalized using dibromoalkanes toclarify the influence of the local strain induced by cyclic addenda on the red-shifted PL wavelength offunctionalized SWNTs. After functionalization, new PL peaks emerged as a dominant peak in therange of 1215–1242 nm depending on the alkyl chain length of the dibromoalkane used. The
functionalization degree of the alkylated SWNTs were strongly influenced by the alkyl chain length of
the addenda. The density functional theory calculations showed that the structural changes in the
SWNTs increased with increasing alkyl chain length of the cyclic addenda. In addition, thecalculations revealed that the naphthyl unit and the length of the alkyl group in the addenda influence
the absorption and emission energy of functionalized SWNTs, and “local strain” induced bycycloaddition plays an important role in tuning the local band gap energies of functionalized SWNTs.
It is expected that these findings will broadly impact for the fundamental understanding of the
intrinsic PL properties of SWNTs and will be useful for the development of photonic devices,bioimaging, strain sensing, and other applications.

(c) Pivotal Role of Nonmetal Atoms in the Stabilities, Geometries, Electronic Structures,and Isoelectronic Chemistry of Sc3X@C80 (X = C, N, and O)
Fullerenes with encaged metallic clusters are regarded as endohedral clusterfullerenes(cluster-EMFs), including nitride clusterfullerenes, carbides clusterfullerenes, oxide clusterfullerenes,
sulfide clusterfullerenes, cyanideclusterfullerenes, hydrocarbide clusterfullerenes, and carbonitride
clusterfullerenes. Great efforts have been devoted to cluster-EMFs owing to their peculiar structuresand promising applications in various fields such as biomedicine and energy conversion, since thesuccessful synthesis and isolation of the first cluster-EMF Sc3N@C80. Nevertheless, it remains aquestion about the effect of the nonmetal atoms on Sc3X@C80 (X = nonmetal atoms). Up to now, there
is no work to systematically show a further insight into the effect of the nonmetal atoms on thegeometries and electronic characters of Sc3X@C80. Thus, the structures and chemical features of
Sc3X@C80 (X = C, N, and O) with the same metal atoms but different nonmetal atoms of innertrimetallic cluster attracted our great interest. There is isoelectronic chemistry on fullerenes. It wasreported that M2TiC@C80 species are isoelectronic to M2ScN@C80 such as the isoelectronic
Sc2TiC@C80 and Sc3N@C80. The heterofullerene C59N was recognized as a dimer for a while, but
C59N+, the isoelectronic species of C60, was successfully synthesized in 2003. In addition, various― 62 ―

Ⅳ

研究業績（2019）neutral and anionic M2@Ih-C80 (M = Sc, Y, La, Gd, and Lu) species have also been presented, and itturns out that the neutral endohedral metallofullerenes (EMFs) with an unpaired electron on the cage
can be stabilized by anionization. Considering Sc3X@C80 (X = C and O) with the same number ofatoms and distinguishing from Sc3N@C80 by only one electron, we constructed the isoelectroniccluster-EMFs including (Sc3C@C80)−, Sc3N@C80, and (Sc3O@C80)+. It is well known that applications
greatly rely on characters, which are dictated by structures. Herein, the optimal structures of
Sc3X@C80 (X = C, N, and O), (Sc3C@C80)−, and (Sc3O@C80)+ were determined by density functional
theory combined with statistical thermodynamic analysis. The ab initio molecular dynamics (MD)
was also carried out to evaluate the dynamic stabilities of the thermodynamically preferred Sc3X@C80(X = C, N, and O) and to reveal the movement of Sc3X in C80. Also explored were the electrophilic
and nucleophilic reactivities as well as the reaction sites of (Sc3C@C80) − , Sc3N@C80, and(Sc3O@C80)+. Planar Sc3X (X = C, N, and O) freely rotate in D5h(31923)-C80, Ih(31924)-C80, andIh(31924)-C80. The electronic structures of Sc3C@D5h(31923)-C80, Sc3N@Ih(31924)-C80, andSc3O@Ih(31924)-C80 are quite distinct from each other. Both Sc3O and Sc3N formally donate six
electrons to Ih(31924)-C80, while Sc3C formally donates five electrons to the outer cage in
Sc3C@D5h(31923)-C80

with

one

unpairedelectron

on

the

outer

cage.

As

a

result,

Sc3C@D5h(31923)-C80 performs as a free-radical cluster-EMF, which is expected to be isolated by
exodedral derivatization or ionization in the future experiment. This work would provide somereasonable evidence for researchers to understand the roles of nonmetal atoms of the inner trimetallic
moieties in trimetallic cluster-EMFs. The isoelectronic laws can identically apply to the cluster-EMFs,
at least in terms of the geometries, electronic structures, and reactivities for optimal[Sc3C@Ih(31924)-C80]−, Sc3N@Ih(31924)-C80, and [Sc3O@Ih(31924)-C80]+. Nonetheless, their reactive
sites are different due to the different nonmetal atoms of inner moieties and the perfect symmetry ofIh(31924)-C80. Three isoelectronic species prefer electrophilic reactions to nucleophilic reactions. The
electrophilic

reactionfor[Sc3O@Ih(31924)-C80]+

is

the

easiest,indicatingthat

neutral

Sc3O@Ih(31924)-C80 is stable, whereas [Sc3C@Ih(31924)-C80] is inclined to obtain an electron to−

become stable via ionization and exodedral derivatization with the electron donor.

(d) Thermodynamic Control of Quantum Defects on Single-Walled Carbon Nanotubes
Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) have attracted attention due to their remarkablemechanical stability and optoelectronic properties. The ability to tailor the electronic properties of
SWNTs based on their diameter and helicity makes them attractive materials as building blocks ofelectronic and optical nanodevices. Their suitability for an application depends on their band gap
along with their absorption and photoluminescence (PL) properties which are observed in thenear-infrared (NIR) region. As NIR photoluminescent materials, SWNTs have been used inbioimaging, telecommunications, and sensor design applications. It has been reported thatfunctionalization of SWNTs can control their NIR PL properties, resulting in the emergence of
red-shifted PL peaks with high quantum yields. Encouraged by these reports on isomerization offullerene derivatives, the thermodynamic control of the PL wavelength as well as the intensity of― 63 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

quantum defects on SWNTs was investigated. Control of the PL wavelength of quantum defects on
SWNTs was achieved by thermal treatment. The combination of optical measurements and theoretical
calculations is effective for understanding the structure and properties of SWNTs, including theisomerization of functionalized SWNTs. After
thermal treatment, red-shifted PL observed for
3a–3d at 1215–1219 nm decreased with an
emergence of new PL peaks at 1249–1268 nm.
Although the PL peak intensity was tuned, new PL
peaks at longer wavelength were not observed for
3e, 4a–4c, and acyclic alkylated SWNTs afterthermal treatment. The density functional theory
calculations showed that the absorption and emission energies of functionalized SWNTs arestrongly

dependent on the addition patterns. By demonstrating the relationship between the stability and the
local band gap energy of the functionalized SWNT isomers, it is suggested that the thermal
isomerization from kinetic to thermodynamic products is responsible for the changes in the red-shifted
PL wavelength of functionalized SWNTs.

2. Original Papers(1) T. Y. Lai, J. –D. Guo, J. C. Fettinger, S. Nagase, and P. P. Power,"Facile Insertion of Ethylene into a Group 14 Element-Carbon Bond: Effects of HOMO-LUMO
Energy Gap on Reactivity"
Chem. Commun., 55, 405-407 (2019).
(2) Y. Maeda, K. Kuroda, H. Tambo, H. Murakoshi, Y. Konno, M. Yamada, P. Zhao, X. Zhao, S.
Nagase, and M. Ehara,"Influence of Local Strain Caused by Cycloaddition on the Band Gap Control of Functionalized
Single-Walled Carbon Nanotubes"
RSC Adv., 9, 13998-14003 (2019).
(3) Y. -X. Zhao, M. -Y. Li, Y. –M. Xiong, S. Rahmani, K. Yuan, R. -S. Zhao, M. Ehara, S. Nagase,and X. Zhao,"Pivotal Role of Nonmetal Atoms in the Stabilities, Geometries, Electronic Structures, andIsoelectronic Chemistry of Sc3X@C80 (X = C, N, and O) "J. Comput. Chem., 40, 2730-2738 (2019).
(4) Y. Maeda, H. Murakoshi, H. Tambo, P. Zhao, K. Kuroda, M. Yamada, X. Zhao, S. Nagase, and M.
Ehara,"Thermodynamic Control of Quantum Defects on Single-Walled Carbon Nanotubes"
Chem. Commun., 55, 13757-13760 (2019).

― 64 ―

Ⅳ

田中

研究業績（2019）

一義

FIFC リサーチフェロー
1. 今年度の研究の要約
有機金属錯体における水素貯蔵の可能性探索は、燃料電池のための直接的な水素ボンベ
以外による水素源確保に向けて重要である。この考えかたに沿って 2017 年度以来メタロ
セン錯体 (M = TiIII, CrIII, ScIII および VIII) および、より軽量化を目指すために軽金属である
Mg のカテコレート(Mg(cat))、オキザレート(Mg(ox))、さらにエタンジオレート(Mg(Et))錯体における水素分子との反応様式と吸着エンタルピーについて、遠距離および分散力補正を含めた DFT 計算(B97XD/aug-cc-pVDZ)解析に基づく理論的検討を行ってきた。
これらにより[Cp2TiIII(PH3)]+, [Cp2ScIII(PH3)]+ および[Cp2VIII(PH3)]+については１分子当たり２個の水素分子吸着能が発現することを明らかにした。さらに Mg(cat), Mg(ox), およびMg(Et)では、１分子当たり６～７個の水素分子吸着能が得られることを明らかにした。
2019 年度には、Mg 以外の軽金属である Li, Na および Ca を用いて軽量化に向けた有機金属錯体分子を設計し、同時により多量の水素分子の吸着を実現することを目指した理論的検討を行った。さらに Mg(ox)および Ca(ox)の水素分子吸脱着に関する実験も実施した。
なお本 Review はトヨタ自動車と豊田中研との共同研究の一部であり、計算化学に関する部分は令和２年 3 月の日化春季年会で発表済みである（新型コロナ感染防止のために現場での発表はなかったが、日化会によってこの年会は成立したものとされている）。
【始めに】 燃料電池を搭載した自動車(FCV)における水素ガス供給法としては、通常の航続距離等を考慮した場合 700 気圧程度に加圧充填した水素タンクを積載する必要がある。これは現在市販のFCV 車種に搭載されているが、高圧に耐える容器の重量および体積軽減などさらに改善すべき点をいくつか含んでおり、その可能性を探ることは重要な課題の一つである。これに関連して、有機金属錯体における水素分子貯蔵の可能性を明らかにすることには実用上並びに学術上の意味があると考えられる。
このような背景のもと本研究では、2017 年度以降有機金属錯体への水素分子付加反応についての理論的解析を行ってきた。まず 2017 年度には TiIII, ScIII, CrIII および VIII を中心とするするメタロ
セン錯体について水素分子吸着に関する解析を行い、これらにおける最高吸着水素分子数が２となる知見を得た。つぎに 2018 年度には金属錯体分子の軽量化および吸着水素分子数の向上を目指して、カテコール、シュウ酸、およびエタンジオールの３種類の有機分子に対する Mg 錯体を設計した。これらの錯体における水素分子吸着に関する計算を行い、吸着しうる水素分子数やその電子状態に関する解析を行った。その結果、これらにおける最高吸着水素分子数が６～７となる知見を得た。
以上に引き続いて 2019 年度には図 1(a), (b)に示すような Mg 以外の軽金属である Li, Na および Ca を用いて軽量化に向けた有機金属錯体分子を設計し、同時により多量の水素分子の吸着実現― 65 ―

Ⅳ

研究業績（2019）を目指すための計算化学に基づく検討を行った 1)。さらに計算化学的研究に加え、図 1(c)に示す類
縁有機金属錯体分子の水素分子吸脱着に関する実験的研究も実施した 2)。

M

O
O

(a)
Fig. 1(c)(b)

Organometallic complexes examined in this study.

(a) Li and Na catecholates: Li(cat)and Na(cat), (b) calcium catecholate: Ca(cat), and (c) Mg and Ca oxalates: Mg(ox) and Ca(ox).
【計算方法】 計算には Gaussian09 ソフトを使用し 3)、密度汎関数理論(DFT)に基づくB97XD 法を用いた。基底としては cc-pVDZ を使用した。具体的には図 1(a), (b)に示した Li(cat), Na(cat), およびCa(cat)の構造最適化を行い、これらに対する水素分子吸着の可能性、最大吸着数、吸着した状態の錯体の構造最適化、さらに吸着された水素分子の電子状態等に関する知見を得るための解析を行った。
【Li(cat) の解析結果】
水素分子が吸着される前のこの錯体の構造は図 2(a)のようであり、超原子価性(hypervalency)を示す。この錯体に水素分子が直接に結合することはなく、すぐに吸着を開始して最高で水素 6 分子が吸着されることが明らかとなった（図 2(b),(c)）
。
H2 H

Li1

H3

H3
H4

1

Li1

Li2

H2
H1

O

(a)
Fig. 2

H4
Li1

(b)

(c)

Optimized structures of (a) Li(cat) complex and (b) that with six adsorbed H2molecules. In (c) is indicated the same with (b) from a different angle.

― 66 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

最初の水素分子吸着によるエンタルピー安定化は 13.65 kJ/mol（298.15 K, 1 atm; 以下同じ）、第２、第３および第４の水素分子吸着によるエンタルピー安定化の増分はそれぞれ 13.37, 7.27, 9.78
kJ/mol であった。さらに第６水素分子吸着による安定化の増分は、第５分子吸着からすれば 8.13
kJ/mol であった。このように吸着水素分子数が増えるほど、エンタルピー安定化の増分は減少する
が 、 少 な く と も 第 ６ 水 素 分 子 ま で 吸 着 さ れ る こ と が 明 ら か と な っ た 。 な お Tsivion ら は 、
Mg-catecholate に水素分子が３分子まで吸着されうることを報告している 4)。
この第６水素分子まで吸着した構造における H1-H2 距離は 0.764 Å（WBI = 0.972）で、孤立水素分子の結合距離 0.758 Å (WBI = 1.000)に比較して少し緩むものの、吸着された状態となっていることが分かる。Li1 からの H1 と H2 への距離は 2.132Å と 2.319 Å である。
一方、
H3-H4 の結合距離は 0.763
Å (WBI = 0.981)で、同じく孤立水素分子からの変化はほとんどなく、また Li1 からの距離もかなり遠い（2.196～2.255 Å 程度）など、同じくこの錯体に吸着されていると見てよいことが分かる。したがって、これらの吸着水素分子は燃料電池の水素源として使用できる可能性があることになる。
【Na(cat) の解析結果】
水素分子が吸着される前のこの錯体の構造は図 4(a)のようで、超原子価性(hypervalency)を示している。この錯体でも水素分子が結合することなくすぐに吸着を開始して、最高で水素 6 分子が吸着されうることが明らかとなった（図 3(b),(c)）。
H3
H4

H2
H1
Na1

Na1

H2
H1

H3
H4
Na1

O
Na2

(a)
Fig. 3(b)(c)

Optimized structures of (a) Na(cat) complex and (b) that with six adsorbed H2 molecules.

In (c) is indicated the same with (b) from a different angle with indication of adsorbed H2molecules by red-broken ovals.
Na(cat)では第６水素分子吸着までの１分子当たり平均エンタルピー安定化は 9.45 kJ/mol であった。さらに第６分子吸着から第８水素分子吸着による安定化の増分は 13.11 kJ/mol で１分子当たりの増分は 6.56 kJ/mol であった。このように吸着水素分子数が増えるほど、エンタルピー安定化の増分は漸減するが、少なくとも第６水素分子までは充分に吸着されることが明らかとなった。
この第６水素分子まで吸着した構造における H1-H2 距離は 0.769 Å（WBI = 0.967）で、孤立水素分子の結合距離 0.758 Å (WBI = 1.000)に比較して少し緩むものの、吸着された状態であることが分かる。Na1 からの H1 と H2 への距離は 2.540 Å と 2.817 Å である。一方、H3-H4 の結合距離は 0.764 Å(WBI = 0.990)で、同じく孤立水素分子からの変化はほとんどなく、また Na1 からの距離もかなり遠― 67 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

い（2.595～2.699 Å 程度）など、この錯体に吸着されていると見てよいことが分かる。したがって吸着エンタルピーの値から見て、Na(cat)でも第６番目の吸着水素分子までは燃料電池の水素源として使用できる可能性があることになる。
【Ca(cat) の解析結果】
水素分子が吸着される前のこの錯体の構造は図 4 (a)のようで、この錯体でも水素分子が結合する
ことなくすぐに吸着を開始して、最高で水素 6 分子が吸着することが明らかとなった（図 5(b),(c)）
。
H 4 H3

O

H1
H2

H5
H6

Ca

H3

Ca

H 4 H 5 H6(a)Fig. 4

H2

H1

(b)

Ca

(c)

Optimized structures of (a) Ca(cat) complex and (b) that with six absorbed

H2 molecules.

In (c) is indicated the same with (b) from a different angle with indicationof adsorbed H2 molecules by red-broken ovals.
Ca(cat)では最初の水素分子吸着によるエンタルピー安定化は 10.09 kJ/mol、第２、第３および第４番目の水素分子吸着によるエンタルピー安定化の増分はそれぞれ 10.16, 9.57, 9.52 kJ/mol であった。さらに第６番目の水素分子吸着による安定化の増分は、第４分子吸着からすれば 15.63 kJ/mol
で１分子当たりの増分は 7.82 kJ/mol であった。このように吸着水素分子数が増えるほど、Li や Na
錯体と同様にエンタルピー安定化の増分は漸減するが、少なくとも第６水素分子まで吸着されると言える。
この第６水素分子まで吸着した構造における H1-H2 距離は 0.767 Å（WBI = 0.963）で、孤立水素分子の結合距離 0.758 Å (WBI = 1.000)に比較して少し緩むものの、吸着された状態であることが分かる。Ca からの H1 と H2 への距離は 2.691 Å と 2.525 Å である。一方、H3-H4 および H5-H6 の結合距
離は 0.766 Å (WBI = 0.973)および 0.761 Å (WBI = 0.989)で、同じく孤立水素分子からの変化はほとん
どなく、また Ca からの距離もかなり遠い（2.617～2.805 Å 程度）など、この錯体に吸着されていると見てよいことが分かる。したがってやや大きい金属原子ではあるが、やはり軽量の Ca(cat)でも第６番目の吸着水素分子までは燃料電池の水素源として使用できる可能性があることになる。
【Mg(ox)と Ca(ox)の水素吸脱着に関する実験結果】
Mg(ox)および Ca(ox)について、77 K～200 K における水素の吸脱着における性質に関する実験的研究を行った。試料は富士フィルム和光純薬から市販されている水和物を購入し、真空中で７時間 250℃で加熱することにより得た。測定実験の詳細は省略して、以下に結果のみを記す。

― 68 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

図 5(a), (b)に示した測定結果の解析から、87 K, 0.15 MPa における Mg(ox)および Ca(ox)についての水素分子吸着量はそれぞれ 0.037 wt%および 0.147 wt%であった。

0.02
0.01
0.00

□, ■：77K△, ▲: 87K

0.00

0.05

0.10

Pressure (MPa)

0.15

0.10
0.05
0.00

□, ■：77K△, ▲: 87K〇, ●: 87K, 20min

0.00

0.05

0.15

(b)

(a)
Fig. 5

0.10

Pressure (MPa)‐ΔH (kJ/mol)

H2 uptake (wt%)

0.03

H2 uptake (wt%)

0.15

0.04

H2/Ca2+ (mol/mol)(c)(a) H2 isotherms of Mg(ox), (b) H2 isotherms of Ca(ox); (in (a) and (b), open or filledlegends respectively indicate pressurizing or reducing process), and (c) calculated H2absorption enthalpy for Ca(ox).
Kr-BET 法による比表面積の値は、Mg(ox)と Ca(ox)に対してそれぞれ 59.4 m2/g と 5.6 m2/g であった。また空孔容積はそれぞれ 2.7×10-2 cm3/g と 2.7×10-3 cm3/g となった。さらに 150 K と 200 K における吸着等温線に対して Clausius-Clapeyron 式 5)を用いてデータ処理を行った Ca(ox)における水素吸着エンタルピーは、図 5(c)のように16～13 kJ/mol と得られた。Ca(ox)の水素吸着量は Mg(ox)のそれよりも多く、特に Ca(ox)では比表面積から期待される吸着量よりも多くなっている。
これらの結果についてはさらに材料構造に関連する要因も加えて考察する必要もあろう。今後水素貯蔵の実用化に向けて、計算化学と実験解析の両面からの共同作業による解析が一層重要になると考えられる。
【文献】 1) K. Tanaka, H. Fueno, M. Matsumoto, N. Hasegawa, and T. Kita, in preparation. 2) M.
Matsumoto, T. Kita, and K. Tanaka, Bull. Chem. Soc. Jpn., in press. 3) Gaussian 09, Revision D.01, M. J.
Frisch et al., Gaussian Inc., Wallingford, CT (2009).

4) E. Tsivion, S. P. Veccham, and M. Head-Gordon,

ChemPhysChem., 18, 184-188 (2017). 5) M. T. Kapelewski, S. J. Geier, M. R. Hudson, D. Stück, J. A.
Mason, J. N. Nelson, D. J. Xiao, Z. Hulvey, E. Gilmour, S. A. FitzGerald, M. Head-Gordon, C. M. Brown,
and J. R. Long, J. Am. Chem. Soc., 136, 12119-12129 (2014).

2. 総説
(1)
田中一義
「化学つれづれ草 第二十四回
化学 74, No. 4, 45 (2019).
(2)
田中一義「化学つれづれ草 第二十五回
化学 74, No. 5, 59 (2019).
(3)
田中一義

人にわかってもらうこと」

量子力学三題噺」― 69 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

「化学つれづれ草 第二十六回 プレゼン能力と研究能力」
化学 74, No. 6, 43 (2019).
田中一義「化学つれづれ草 第二十七回 専門書籍を書き残すこと」
化学 74, No. 7, 53 (2019).
田中一義「化学つれづれ草 第二十八回 外国の研究者との交流」
化学 74, No. 8, 26 (2019).
田中一義「化学つれづれ草 第二十九回 お気に入りの教科書」
化学 74, No. 9, 19 (2019).
田中一義「化学つれづれ草 第三十回 理論と実験の研究」
化学 74, No. 10, 35 (2019).
田中一義「化学つれづれ草 第三十一回 先生の師匠のこと」
化学 74, No. 11, 35 (2019).
田中一義「化学つれづれ草 第三十二回 リチウムイオン二次電池」
化学 74, No. 12, 40-41 (2019).
田中一義「化学つれづれ草 第三十三回 平成時代の回顧」
化学 75, No. 1, 25 (2020).
田中一義「化学つれづれ草 第三十四回 統計学の逆襲」
化学 75, No. 2, 21 (2020).
田中一義「化学つれづれ草 第三十五回 応用的研究の具体化」
化学 75, No. 3, 39 (2020).

3. 学会発表(1)
Kazuyoshi Tanaka, Hiroyuki Fueno, Mitsuru Matsumoto, Kiyoshi Yamazaki, andTakuji Kita,“Theoretical Study on Absorption of Hydrogen Molecule to Lithium, Sodium, andCalcium Catecholates”
日本化学会第 100 春季年会(2020) 野田 2020/3/22 1PA-111（新型コロナ感染防止のために現場での発表はなかったが、日化会によってこの年
会は成立したものとされている）― 70 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

4. その他(1)
田中一義「計算化学は何の役に立つか」京都グリーンケミカル・ネットワーク令和元年
度人材育成事業「化学領域」における研究基礎知識、京都（京都市成長産業創造センター）2019/11/19 （講演番号なし）(2)
毎日新聞夕刊(2019 年 10 月 11 日)：「ノーベル賞の館から再び」(3)
読売新聞夕刊（東京版）(2019 年 10 月 17 日)：「常識を疑え 福井一門の精神」(4)
毎日新聞朝刊(2019 年 11 月 19 日)：「企業勤務も一長一短」― 71 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Shigeyoshi Sakaki
Research Fellow, Kenichi Fukui Memorial Research Group II
1. Summary of the research of 2019
The complex systems consisting of transition metal element(s), heavy main-group element(s), andorganic group(s) are important research target in modern chemistry because they play important roles as
metal enzymes, industrial catalysts, catalysts for fine organic synthesis, photo-sensitizer, molecular switch,
luminescence material and so on. Also, they are interesting from the viewpoint of molecular science andphysical chemistry, because they exhibit a variety of new geometry, new chemical bond, rich molecularproperty and reactivity, and useful catalysis. The origin of these features is their flexible electronic structures.
Thus, theoretical and computational studies of the electronic structures of the d-electron complex systems areindispensable for correct understanding of various chemical issues, finding new functions and prediction of
new useful material.
These complex systems are challenging research targets from the point of view oftheoretical/computational chemistry; their electronic structures are not simple but complicated in many cases.
One good example is multi-nuclear transition metal complexes which exhibits significantly large
non-dynamical electron correlation effects. Another example is significantly large coupling of electronic
structure with surrounding atmosphere such as solvation effects, molecular crystal effects and so on. Infinite
systems such as metal-organic-framework (MOF) and metal oxide surface are new challenging target
because they are infinite systems but high quality electronic structure calculation is needed to present correctunderstanding.
Our group is theoretically investigating the d-electron complex systems bearing complicated electronic
structure with electronic structure theory. In 2019, we performed various theoretical studies, as follows: (i)Theoretical study of sp3 C−H borylation catalyzed by iridium(III) triboryl complex and prediction better
iridium catalyst, (ii) Theoretical Characterization of Rh−Al Bond in Rh(PAlP) (PAlP = Pincer-type
diphosphino-aluminyl ligand) in comparison with Rh(L)(PMe3)2 (L = AlMe2, Al(NMe2)2, BR2, SiR3, CH3, Cl,
or OCH3), (iii) Dependence of Absorption and Emission Spectra on Polymorphs of Gold(I) Isocyanide
Complexes: Theoretical Study with QM/MM Approach, (iv) Catalysis of Cu Cluster for NO Reduction by
CO: Theoretical Insight into the Reaction Mechanism,(v) Mechanism of NO–CO reaction over highly dispersed cuprous oxide on γ-alumina catalyst using a
metal–support interfacial site in the presence of oxygen: similarities to and differences from biologicalsystems, (vi) How To Perform Suzuki-Miyaura Reactions of Nitroarene or Nitrations of Bromoarene Using a
Pd0 Phosphine Complex: Theoretical Insight and Prediction, (vii) QM/MM Approach to Isomerization of
Ruthenium(II) Sulfur Dioxide Complex in Crystal; Comparison with Solution and Gas Phases, (viii)
Theoretical Insight into Gate-Opening Adsorption Mechanism and Sigmoidal Adsorption Iso therm into
Porous Coordination Polymer, and so on. We wish to report some of them, below.
(i) Theoretical study of sp3 C−H borylation catalyzed byiridium(III) triboryl complex and prediction better
iridium catalyst
Iridium-catalyzed C−H borylation of THF wastheoretically investigated as example of sp3 C−H
functionalization. DFT computations show β-regioselective
borylation occurs more easily than α-regioselective one, as― 72 ―

Scheme 1. -Regioselective iridiumcatalyzed borylation of sp3-C of THF.

Ⅳ

研究業績（2019）

reported experimentally, through oxidative addition of C−H bond to iridium(III) species and reductive
elimination of B−C bond. The reductive elimination is rate-determining step andregioselectivity-determining step. The lower energy transition state (TS) of the reductive elimination of
-boryloxolane arises from stronger Irꞏꞏ(-oxolanyl) interaction than Irꞏꞏ(-oxolanyl) one at TS. The
stronger Irꞏꞏ(-oxolanyl) interaction than the Irꞏꞏ(-oxolanyl) one is a result of higher valence orbital energyof -oxolanyl group than that of -oxolanyl group due to antibonding overlap of the valence orbital with O
2p orbital, where SOMO of oxolanyl radical is taken as valence orbital hereinafter. Reactivity of substratedecreases following the order, primary (β) C−H of ethyl ether > primary C−H of n-pentane ~ secondary (β)
C−H of THF > secondary C−H of cyclopentane > secondary (α) C−H of THF ~ secondary C−H of n-pentane> secondary (α) C−H of ethyl ether. Primary C-H bond is more reactive than secondary one because of its
smaller steric repulsion and lower energy valence orbital of primary-alkyl group.  C−H bond of THF is
more reactive than secondary C-H bond of cyclopentane, because of lower energy valence orbital of
-oxolanyl group than that of cyclopentyl group. Both steric and electronic factors are important for
determining reactivity of substrate. Bidentate ligand consisting of pyridine and N-heterocyclic carbene ispredicted to be better than 3,4,7,8-tetramethyl-1,10-phenanthroline used experimentally.
(ii) Theoretical Characterization of Rh−Al Bond in Rh(PAlP) (PAlP = Pincer-type
diphosphino-aluminyl ligand) in comparison with Rh(L)(PMe3)2 (L = AlMe2, Al(NMe2)2, BR2, SiR3,
CH3, Cl, or OCH3)
Unique Rh-Al bond in recently synthesized Rh(PAlP) 1{PAlP =
pincer-type diphosphino-aluminyl ligandiAl[NCH2(P Pr2)2](C6H4)2NMe} was investigated using
DFT method. Complex 1 has four doubly-occupied
non-bonding d orbitals on the Rh atom and one Rh dorbital largely participating in the Rh-Al bond which
exhibits considerably large bonding overlap between Rh
Scheme 2. Rh(PAlP) and its model complex
and Al atoms like in covalent bond. Interestingly, investigated here.
Rhδ-Alδ+ polarization is observed in the bonding MO of
1, which is reverse to Rhδ+-Eδ- (E = coordinating atom) polarization found in usual coordinate bond. This
unusual polarization arises from the presence of the Al valence orbital at significantly higher energy than the
Rh valence orbital energy. Characteristic features of 1 are further unveiled by comparing 1 with similar Rh
complexes RhL(PMe3)2 (2 for L= AlMe2, 3 for L = Al(NMe2)2, 4 for L = BMe2, 5 for L = SiMe3, 6 for L =SiH3, 7 for L = CH3, 8 for L = OMe, and 9 for L = Cl). As expected, 7, 8, and 9 exhibit usual Rhδ+-Eδpolarization (E = coordinating atom) in the bonding Rh-E MO. On the other hand, the reverse Rhδ-Eδ+
polarization is observed in the Rh-E bonding MOs of 2 to 5 like in 1, while the Rh-Si bond is polarized little
in 6. These results are clearly understood in terms of the valence orbital energy of ligand. Because the
LUMO of 1 mainly consists of the Rh 4d, 5s, and 5p orbitals and the Al 3s and 3p orbitals, both of Rh and
Al atoms play role of coordinating site for substrate bearing lone pair orbital. For instance, NH3 and pyridine
coordinate to both of Al and Rh atoms with considerably large binding energy. PAlP exhibits significantly
strong trans-influence, which is as strong as that of SiMe3 but moderately weaker than that of BMe2. The
trans-influence of these ligands is mainly determined by the valence orbital energy of ligand and the covalentbond radius of the coordinating E atom.

― 73 ―

Ⅳ

研究業績（2019）(iii) Dependence of Absorption and Emission Spectra on Polymorphs of Gold(I) Isocyanide
Complexes: Theoretical Study with QM/MM Approach We theoretically investigated phenyl(phenyl
isocyanide) gold(I) (PhNC)Au(Ph) 1 and phenyl-(dimethylphenyl isocyanide) gold(I) (dimPhNC)Au(Ph) 2
in crystal using our periodic quantum
mechanics/molecular mechanics (QM/MM)
method based on the self-consistent point
chargestoelucidateinterestingmechano-chemical changes of absorption andemission spectra of 1 and 2 in crystal. To
characterize 1 and 2 in crystal, their absorption
and emission spectra in crystal were comparedto those in gas phase and CHCl3 solvent, wherea three-dimensional reference interaction site Figure 1. MMLCT-excited state of Au(I) complex inmolecular crystal.
model self-consistent field (3D-RISM-SCF)
was employed to incorporate solvation effect. To investigate the phosphorescence spectrum in crystal, we
optimized the geometry of the molecule at the triplet state in crystal which had ground-state geometry
because the population of the excited state is generally very small. The QM/MM calculations showed that 1
formed two polymorphs 1b and 1y, 2 formed two polymorphs 2b and 2g, and 1y was more stable than 1b,which agree with the experimental findings. In 1b and 2b, the ligand-to-ligand charge transfer state is thelowest-energy excited state in the absorption, and the π−π* locally excited state on the PhNC moiety is thelowest-energy triplet state in the emission. In 1y and 2g, on the other hand, the metal−metal-to-ligand chargetransfer (MMLCT) state is the lowest-energy excited state in both absorption and emission. These
characteristic differences between two crystal structures arise from the geometrical features that the Au−Au
distance is much shorter in 1y and 2g than in 1b and 1y and the intermolecular torsion angle η between two
Au-PhNC moieties is much smaller in 1y and 2g than in 1b and 2b, respectively; the short Au−Au distanceraises the energy level of antibonding orbital consisting of two Au dσ orbitals, and the small η angle lowers
the energy level of bonding orbital consisting of two PhNC π* orbitals, leading to the presence of alower-energy MMLCT state. The QM/MM calculations also disclosed intramolecular torsion angle τ
between the Ph and PhNC planes and CH−π interaction of the Ph plane significantly influence absorption
spectrum. Based on those computational results, discussion is presented on the differences in absorption andemission spectra among gas, solution, and crystal, the assignments of experimentally observed excitation andemission spectra in crystal, and their energy shifts induced by single-crystal-to-single-crystal phasetransition.
(iv) Catalysis of Cu Cluster for NO Reduction by CO: Theoretical Insight into the Reaction
Mechanism DFT calculations here elucidated that
Cu38-catalyzed NO reduction by CO occurred not throughNO dissociative adsorption but through NO dimerization.
NO is adsorbed to two Cu atoms in bridging manner. NO
adsorption energy is much larger than that of CO. N-Obond cleavage of the adsorbed NO molecule needs verylarge activation energy (Gº‡). On the other hand,dimerization of two NO molecules occurs on the Cu38 Scheme 3. New mechanism of NO reduction
surface with small Gº‡ and very negative Gibbs reaction to N2 via NO dimerization on Cu particle.

― 74 ―

Ⅳ

研究業績（2019）energy (Gº) to form ONNO species adsorbed to Cu38. Then, CO molecule is adsorbed at the neighboring
position to the ONNO species and reacts with the ONNO to induce N-O bond cleavage with small Gº‡ andvery negative Gº, leading to the formation of N2O adsorbed on Cu38 and CO2 molecule in gas phase. N2O
dissociates from Cu38 and then it is re-adsorbed to Cu38 in the most stable adsorption structure. N-O bondcleavage of N2O easily occurs with small Gº‡ and significantly negative Gº to form N2 molecule and O
atom adsorbed on Cu38. The O atom reacts with CO molecule to afford CO2 and regenerate Cu38, which is
rate-determining. N2O species was experimentally observed in Cu/-Al2O3-catalyzed NO reduction by CO,
which is consistent with this reaction mechanism. This mechanism differs from that proposed for Rh catalyst
which occurs via N-O bond cleavage of NO molecule. Electronic processes in the NO dimerization and the
CO oxidation with O atom adsorbed to Cu38 are discussed in terms of the charge-transfer interaction with
Cu38 and frontier orbital energy of Cu38.
(v) Reaction Behavior of the NO Molecule on the Surface of an Mn Particle (M = Ru, Rh, Pd, and Ag;
n = 13 and 55): Theoretical Study of Its Dependence on Transition-Metal Element Reaction of NO
molecule on M13 and M55 clusters (M = Ru, Rh, Pd, and Ag)
was theoretically investigated to elucidate the reason why its
reaction behavior depends on the position of metal elementin the periodic table. DFT computations show that NO
dissociative adsorption occurs on M = Ru and Rh, NO
molecular adsorption occurs on M = Pd, and NO
dimerization occurs on M = Ag, which agree withexperimental findings. The d-band center and d-band top
become lower in energy following the order Ru > Rh > Pd > Scheme 4. NO dissociative adsorption
Ag; this is one of the characteristic features of the periodic (above) and NO dimerization (below)
table. In Ag cluster, the valence band-top consists of Ag 5s orbital and its energy is higher than the d-band
top of Pd. For NO dissociative adsorption, the M-N and M-O bond formations are crucially important at thetransition state and the product, to which the metal d orbital contributes very much. Ru and Rh clusters havehigh energy d-band center and d-valence band top, leading to the formation of strong M-N and M-O bonds.
Pd and Ag clusters have low energy d-band center and d-band top, leading to the formation of weak M-N and
M-O bonds. Because Ag cluster has high energy 5s valence band which can overlap well with the *+*MO of ONNO (NO dimer) moiety due to the same symmetry, charge-transfer (CT) occurs from Ag cluster tothe *+* MO, which is indispensable for NO dimerization. The 4d-valence band top of Ru and Rh clusters
does not fit to the *+* MO because of the different symmetry. Though the d-valence band top of Pdcluster can overlap with the *+* MO, its energy is low, which is not good for the CT. Thus, the reactivityof metal cluster for NO is determined by the energy and type (4d or 5s) of the valence band top, which both
depend on the position of element in the periodic table; accordingly, Ru and Rh clusters are reactive for NO
dissociative adsorption, Ag cluster is reactive for NO dimerization, but Pd cluster is not reactive for both andonly NO molecular adsorption is possible.
2. Original Papers(1) Nozomi Takagi, Masayuki Nakagaki, Kazuya Ishimura, Ryoichi Fukuda, Masahiro Ehara, andShigeyoshi Sakaki,
Electronic Processes in NO Dimerization on Ag and Cu Clusters: DFT and MRMP2 Studies
J. Comput. Chem., 40, 181–190 (2019).
(2) Nozomi Takagi, Kazuya Ishimura, Hiroki Miura, Tetsuya Shishido, Ryoichi Fukuda, Masahiro Ehara,― 75 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

and Shigeyoshi Sakaki
Catalysis of Cu Cluster for NO Reduction by CO: Theoretical Insight into Reaction Mechanism
ACS Omega, 4, 2596–2609 (2019).
(3) Takashi Yoshimoto, Hisako Hashimoto, Nozomi Takagi, Shigeyoshi Sakaki, Naoki Hayakawa,
Tsukasa Matsuo, and Hiromi Tobita
Reactions of a Silylyne Complex with Aldehydes: Formation of W-Si-O-C Four-Membered
Metallacycles and Their Metathesis-Like Fragmentation
Chem. Eur. J., 25, 3795 – 3798 (2019).
(4) Shinji Aono, Tomohiro Seki, Hajime Ito, and Shigeyoshi Sakaki,
Dependence of Absorption and Emission Spectra on Polymorphs of Gold(I) Isocyanide
Complexes: Theoretical Study with QM/MM ApproachJ. Phys. Chem. C, 123, 4773–4794 (2019).
(5) Nishamol Kuriakose, Jia-Jia Zheng, Teruhiko Saito, Naofumi Hara, Yoshiaki Nakao, and Shigeyoshi
Sakaki
Characterization of Rh-Al Bond in Rh(PAlP) (PAlP = Pincer-type Diphosphino-Aluminyl Lig-and) in
Comparison with Rh(L)(PMe3)2 (L = AlMe2, Al(NMe2)2, BR2, SiR3, CH3, Cl, or OCH3): Theoretical
Insight
Inorg. Chem. 58, 4894 – 4906 (2019).
(6) Vijay Singh, Shigeyoshi Sakaki, and Milind M. Deshmukh,
Ni(I)-Catalyzed Hydrosilylation of Pyridine and Quinoline: Theoretical Exploration of Full Catalytic
Cycle and Prediction
J. Comput. Chem., 40, 2119–2130 (2019).
(7) Rong-Lin Zhong and Shigeyoshi Sakaki
sp3 C−H Borylation Catalyzed by Iridium(III) Triboryl Complex: Comprehensive Theoretical Study ofReactivity, Regioselectivity, and Prediction of Excellent Ligand
J. Am. Chem. Soc.,141, 9854−9866 (2019).
(8) Nozomi Takagi, Kazuya Ishimura, Ryoichi Fukuda, Masahiro Ehara, and Shigeyoshi Sakaki
Reaction Behavior of the NO Molecule on the Surface of an Mn Particle (M = Ru, Rh, Pd, and Ag; n =13 and 55): Theoretical Study of Its Dependence on Transition-Metal Element
J. Phys. Chem. A, 123, 7021−7033 (2019).
(9) Hiroyuki Asakura, Tetsuo Onuki, Saburo Hosokawa, Nozomi Takagi, Shigeyoshi Sakaki, Kentaro
Teramura and Tsunehiro Tanaka
Self-regeneration of a Ni–Cu alloy catalyst during a three-way catalytic reaction
Phys. Chem. Chem. Phys., 21, 18816-18822 (2019).
(10) H. Kameo, T. Kawamoto, S. Sakaki, D. Bourissou, H. Nakazawa
Heptacoordinate Structures of Organotin Halides with Three Phosphine Donors: Halo gen-Substituent
Effect on Geometry
Euro. J. Inorg. Chem. 26, 3045-3052 (2019).
(11) K. Fujimoto, R. S.Payal, T. Hattori, W. Shinoda, M. Nakagaki, S. Sakaki, S. Okazaki
Development of dissociative force field for all-atomistic molecular dynamics calculation of frac ture ofpolymers
J. Comput. Chem., 40, 2571-2576 (2019).
(12) M. Kashihara, R. L. Zhong, K. Semba, S. Sakaki, Y. Nakao,
Pd/NHC-catalyzed cross-coupling reactions of nitroarenes
Chem. Commun., 55, 9291-9294 (2019).
3. Presentation at academic conferences(1) M. Nakagaki, S. Aono, M. Yoshida, A. Kobayashi, T. Seki, H. Ito, M. Kato, and S. Sakaki,
Periodic-QM/MM Approach to Geometry and Electronic Structure of Transition Metal Complex in
CrystalThe 2nd International Symposium on Soft Crystals, July 12 to 14, 2019, Narita, Narita, Japan(2) JiaJia Zheng and Shigeyoshi Sakaki
Interaction of Metal-Organic-Framework with Gas Molecule: Theoretical Study
Asian Conference on Computational Materials Design, July 23 to 26th, 2019, Hong Kong.
(3) S. Sakaki― 76 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Diffrences and Similarities between Ge, Si, and Transition Metal Elements: Theoretical Insight,
International Conference on the Coordination and Organometallic Chemistry of Germinium, Tin,
and Lead, Sept. 1 to 6, 2019, Saitama, Japan(4) S. Sakaki
Proposal of Periodic-QM/MM Method and Its Application to Molecular Crystal Consisting ofTransition Metal Complex
The Ninth Conference of the Asia- Pacific Association of Theoretical and Computational Chemists(APATCC), Sept. 30 to Oct. 3’rd, 2019, Sydney, Australia― 77 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

４．リサーチリーダー

Kazuo Takatsuka
Research Leader

Summary of the research of the year
The main objective of our research here in FIFC is to develop a basic framework of theoreticalchemistry, which we call the theory of nonadiabatic electron wavepacket dynamics, or time-domain
quantum chemistry, to explore new fields of theoretical chemistry beyond the framework of the
Born-Oppenheimer approximation. Outcomes of such theoretical developments in the academic
year of 2019 include(1) Basic studies on the electron dynamical mechanism of water splitting in photoexcited statescatalyzed by binuclear Mn oxo complex, and tetra Mn oxo complex Mn4CaO5 in its electronic
ground state in Photo System II (PSII) in plant (with Dr. Kentaro Yamamoto). In particular, thelatter process is known to initiate the energy-metabolism of almost all the living bodies on the globe,
both plants and animals. We could propose a 4-node catalytic cycle for water splitting,corresponding to the so-called Kok-cycle, in which 4 subprocesses of charge separation work tocreate 4 protons and 4 electrons from 2 water molecules into acceptor molecules. We haveidentified three elementary processes that make the entire catalytic cycle possible, namely, (i)charge separation due to what we call coupled proton and electron-wavepacket transfer (CPEWT),
which are followed by (ii) electron and proton reloading to the catalytic center so as to resume thenext step of charge separation and (iii) the reduction process of oxidized Mn atoms. A complete
cycle of these processes ends up with generation of an oxygen molecule and has the catalytic
system reset to the initial stage. We have also shown how nature makes very nice use of the strange
looking molecular structure of Mn4CaO5. [3,5](2) Two relativistic theories of nonadiabatic electron dynamical molecular systems in laser fields;
one in path integral formalism and the other in wavepacket framework (with Dr. Kota Hanasaki).
[1,2] To the best of our knowledge, these theoretical developments have been made for the first timein the context of nonadiabatic electron dynamics. Various characteristics of the molecular properties
arising from the relativistic invariance in those situations have been discussed theoretically. The
theory should set a foundation of the theory of electron dynamics in relativistic regime, theexperimental counterpart of which is already running.
(3) Further studies on the nature of chemical bonds having densely quasi-degenerate electronic
states, which undergoes very frequent nonadiabatic transitions among many adiabatic states, whichis thereby called chemistry without notion of potential energy surface (with Dr. Yasuki Arasaki).
This is quite a futuristic development of molecular science in highly excited states are demanded to
explore. The study is extensively under way and a couple of papers are planned to be published theyear of 2020.
― 78 ―

Ⅳ

研究業績（2019）(4) Constructing a new time-dependent variational principle, which I call the dual least action
principle. This principle is general enough as a method of quantum dynamics on one hand aiming at
an understanding of quantum mechanics from the perspective of Maupertuis and Hamilton
variational principle, yet on the other hand I intend its applications to direct determination ofsimultaneous nonadiabatic nuclear and electronic wavepacket dynamics.. [4]Abstracts are:i) Relativistic theory of electron-nucleus radiation coupled dynamics in molecules:
Wavepacket approach [1]A general theoretical scheme of relativistic electron-nucleus coupled dynamics of molecules inradiation fields has been proposed, which is derived from quantum electrodynamical formalism.
Aiming at applications to field-induced dynamics in ultrastrong laser pulses to the magnitude of1016 W/cm2 or even larger, we derive a nonperturbative formulation of relativistic dynamics using
the Tamm-Dancoff expansion scheme, which results in, within the lowest order expansion, atime-dependent Schrodinger equation with the Coulombic and retarded transversal
photon-exchange interactions. We also discuss a wavepacket type nuclear dynamics adapted forsuch dynamics. [1]ii) Relativistic formalism of nonadiabatic electron-nucleus-radiation dynamics in molecules:
Path-integral approach [2]Many-electron relativistic quantum theories of stationary molecular electronic states have beendeveloped in so-called quantum chemistry, in which nuclear configuration is frozen in space-time
under the Born- Oppenheimer approximation. These time-independent methods are concerned withenergetics, which are supposed to determine molecular structures and dominate low-energy
chemical reactions. Yet, rapid progress in laser technology demands that theoretical chemistry
should get prepared for relativistic electron-nucleus coupled dynamics driven by unconventional
ultrastrong laser pulses. We therefore generalize our previously developed path-integral formalism
of nonadiabatic electron dynamics [Hanasaki and Takatsuka, Phys. Rev. A 81, 052514 (2010)] tocover the relativistic regime in radiation fields. Starting from a formal relativistic path-integral
formulation of electron-nucleus coupled systems interacting with quantum radiation fields, wereduce it to a tractable level of approximations to set a theoretical foundation for future applications.
iii) Binuclear Mn oxo complex as a self-contained photocatalyst in water-splitting cycle: Roleof additional Mn oxides as a buffer of electrons and protons [3]We have theoretically propose a photoinduced water-splitting cycle catalyzed by a binuclear Mn
oxo complex. In our “bottom-up approach” to this problem, we once proposed a working minimalmodel of water-splitting cycle in terms of a mononuclear Mn oxo complex as a catalyst along withwater clusters [K. Yamamoto and K. Takatsuka, Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 6708 (2018)].
However, this catalyst is not self-contained in that the cycle additionally needs buffering molecules― 79 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

for electrons and protons in order to reload the Mn complex with electrons and protons, which arelost by photoinduced charge separation processes. We here show that a binuclear Mn oxo complex
works as a self-contained photocatalyst without further assistant of additional reagents and propose
another catalytic cycle in terms of this photocatalyst. Besides charge separation and proton relaytransfer, the proposed cycle consists of other fundamental chemical dynamics including
electron–proton reloading, radical relay-transfer, and Mn reduction. The feasibility of the present
water-splitting cycle is examined by means of full dimensional nonadiabatic electron–wavepacket
dynamics based on multireference electronic wavefunctions and energy profiles estimated withrather accurate quantum chemical methods for all the metastable states appearing in the cycle. [3]iv) Maupertuis-Hamilton least action principle in the space of variational parameters for
Schroedinger dynamics; A dual time-dependent variational principle [4]Time-dependent variational principle (TDVP) provides powerful methods in solving thetimedependent Schroedinger equation. As such Kan developed a TDVP [Phys. Rev. A 24, 2831
(1981)] and found that there is no Legendre transformation in quantum variational principle,
suggesting that there is no place for the Maupertuis reduced action to appear in quantum dynamics.
This claim is puzzling for the study of quantum-classical correspondence, since the Maupertuis leastaction principle practically sets the very basic foundation of classical mechanics. Zambrini showedwithin the theory of stochastic calculus of variations that the Maupertuis least action principle canlead to the Nelson stochastic quantization theory [J. Math. Phys. 25, 1314 (1984)]. We here revisit
the basic aspect of TDVP and reveal the hidden roles of Maupertuis-Hamilton least action in the
Schroedinger wavepacket dynamics. On this basis we propose a dual least (stationary) action
principle, which is composed of two variational functionals; one responsible for "energy related
dynamics" and the other for "dynamics of wave-ow". The former is mainly a manifestation ofparticle nature in wave-particle duality, while the latter represents that of matter wave. It is also
shown that by representing the TDVP in terms of these inseparably linked variational functionals
the problem of singularity, which is inherent to the standard TDVPs, is resolved. The structure andproperties of this TDVP are also discussed. [4]v) Charge separation and successive reconfigurations of electronic and protonic states in awater-splitting catalytic cycle with the Mn4CaO5 cluster. On the mechanism of water splitting
in PSII [5]Much insight into the basic mechanisms of photoexcited and collision-induced ground-state water
splitting has been accumulated in our nonadiabatic electron wavepacket dynamics studies based ona building-block approach reaching up to systems of binuclear Mn oxo complexes. We here extend
the study to a ground-state water-splitting catalytic cycle with tetranuclear Mn oxo complex
Mn4CaO5, or Mn3Ca(H2O)2(OH)4–OH–Mn(4)(H2O)2, where Mn3Ca(H2O)2(OH)4 is fixed to askewed cubic structure by mhu-hydroxo bridges and is tied to the terminal group Mn(4)(H2O)2. Weshow using the method of realtime nonadiabatic electron wavepacket dynamics that four charge― 80 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

separation steps always take place only through the terminal group Mn(4)(H2O)2 alone, thereby
producing 4 electrons and 4 protons which are transported to the acceptors. Each of the three charge
separation steps is followed by a reloading process from the skewed cubic structure, by whichelectrons and protons are refilled to the vacant terminal group so that the next charge separation
dynamics can resume. After the fourth charge separation an oxygen molecule is generated. It isemphasized that the mechanisms of O2 generation should depend on the multiple channels of
reloading. [5]2. Original papers[1] Relativistic theory of electron-nucleus-radiation coupled dynamics in molecules: Wavepacket
approach.
Kota Hanasaki and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 151, 084102 (25 pages) (2019).
DOI: 10.1063/1.5109272[2] Relativistic formalism of nonadiabatic electron-nucleus-radiation dynamics in molecules:
Path-integral approach.
Kota Hanasaki and Kazuo Takatsuka, Phys. Rev. A 100, 052501 (26 pages) (2019).
DOI: 10.1103/PhysRevA.100.052501[3] Binuclear Mn oxo complex as a self-contained photocatalyst in water-splitting cycle: Role ofadditional Mn oxides as a buffer of electrons and protons
Kentaro Yamamoto and Kazuo Takatsuka, J. Chem. Phys. 152, 024115 (21 pages) (2020).
(A part of the JCP Special Topic on Photocatalysis and Photoelectrochemistry)
DOI: 10.1063/1.5139065[4] Maupertuis-Hamilton least action principle in the space of variational parameters for
Schrödinger dynamics; A dual time-dependent variational principle
Kazuo Takatsuka, J. Phys. Comm. 4, 035007 (16 pages) (2020).
DOI: 10.1088/2399-6528/ab7b34[5] Charge separation and successive reconfigurations of electrons and protons driving
water-splitting catalytic cycle with tetranuclear Mn oxo complex. On the mechanism of water
splitting in PSII.
Kentaro Yamamoto and Kazuo Takatsuka, Phys. Chem. Chem. Phys., 22, 7912-7934(2020) DOI: 10.1039/d0cp00443j― 81 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

3. Presentation at academic conferences［国際研究集会］“Recent progress in the theory of nonadiabatic chemical reactions; From nuclear wavepacket toelectron dynamics”
Kazuo Takatsuka
Quantum Reactive Scattering 2019
Saitama Univ. July 1-5, 2019
“Time-domain quantum chemistry beyond the Born-Oppenheimer paradigm”
Kazuo Takatsuka
Asia-Pacific Association of Theoretical and Computational Chemists (APATCC 2019)
Sydney, Australia, 9/30 - 10/3, 2019
“A Chemical Mechanism of Unidirectional Proton Transfers Driven by Coupled Proton andElectron-Wavepacket Transfers”
Kentaro Yamamoto and Kazuto Takatsuka
Asia-Pacific Association of Theoretical and Computational Chemists (APATCC 2019)
Sydney, Australia, 9/30 - 10/3, 2019
［国内研究集会］「相対論的な電子‐核結合動力学の定式化」
花崎 浩太、高塚和夫

第 22 回理論化学討論会, 2019/05/27-29, 札幌「一方向的なプロトン移動の化学的な機構について: 非断熱電子動力学による研究」

山本憲太郎，高塚和夫
第 22 回理論化学討論会, 2019/05/27-29, 札幌「パラメータ空間上の(分子)量子動力学：量子力学的時間依存変分法について」
高塚和夫
第 13 回分子科学討論会，

9 月 17－20 日，名古屋「分子における相対論的電子動力学の定式化」
花崎 浩太、高塚和夫

第 13 回分子科学討論会，

9 月 17－20 日，名古屋― 82 ―

Ⅳ「二核 Mn 錯体に触媒される光水分解サイクルについて:
ァとしての役割」

山本憲太郎，高塚和夫
第 13 回分子科学討論会，

9 月 17－20 日，名古屋― 83 ―

研究業績（2019）

追加の Mn 酸化物の電子—プロトンバッフ

Ⅳ

研究業績（2019）

５．研究員

Tatsuhisa Kato
Title (Research Fellow)

1. Summary of the research of the year
Electron spin resonance study of NO radical encased in an open modified C60 fullerene
A reactive radical species, nitric oxide (NO), was encapsulated in a unimolecular form inside
an open-cage fullerene derivative under high-pressure conditions in the solid state.1) Surprisingly, themolecular complex showed sharp 1H-NMR signals despite the existence of the paramagnetic species
inside the carbon cage. The cw-ESR measurements of the powdery sample showed paramagnetic
properties at low temperature, as shown in Fig. 1.
The single-crystal X-ray structure analysis clearly
demonstrated the existence of the encapsulated NO
molecule, as shown in Fig. 2, suggesting rotation
inside the cage. Because the encapsulated moleculeNO is paramagnetic, ESR is the method of choice forelucidating their properties. This allows determining
not only the stationary spin Hamilton parameters but Fig. 1. The ESR spectrum of NO@openC60, redfurthermore allows detecting of dynamic properties line : observed at 3.0 k, blue line : simulated
arising from internal dynamics or motion of the spectrum by using parameters, S=1/2, g=(1.488,
compound as a whole.
1.320, 0.225).
Using pulsed ESR techniques, the lowtemperature properties of the NO radical being
confined in a C60 derived cage are determined. It isfound that the smallest principal g value, g3, being
assigned to the axis of the radical deviates strongly
from the free electron value. This behavior results frompartial compensation of the spin and orbital
contributions to the g3 value. The measured value g3 =0.77(5) yields information about the deviation of the Fig. 2. Single-crystal X-ray structure oflocking potential from axial symmetry. This smallest NO@openC60.
value of g3 was characterized by the quenching extent
of orbital angular moment around the NO axis. The quenching extent of the NO in a C60 is found to
be quite small compared to the situation found for the same radical in polycrystalline or amorphousmatrices. The analysis of the temperature dependence of spin relaxation times resulted in a criticaltemperature of about 3.5 K, assigned to temperature activated motion of the radical with coupledrotational and translational degrees of freedom in the complicated 3-dimensional potential.

― 84 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Performing ENDOR, as shown in Fig. 3,
the N hyperfine coupling parameters were
determined. The experimental values are in fairagreement with predictions from a DFT
calculation. The spectral resolution was not
sufficient to discriminate between parameter sets
expected for the X-ray crystallography confirmed“up/down” configurations of the radical withrespect to the hole of the cage. Hyper fineinteraction (hfi) as well as g matrix parameters did
not show any temperature dependence in the range
Fig. 3. Davies ENDOR spectra of NO@openC60
of 3.5 to 12 K, in which a dramatic decrease of(10mM in CS2) measured at 5 K as function of B0.
relaxation time T2 is observed. This indicates thatthe radical is localized, not allowing for excitation of rotational modes round its axis, which would
modify the g3 value. Apparently only low energy modes with small amplitude around its
equilibrium orientation are excited at these temperatures. It should be noted, however, that theaccuracy of the data analysis is high enough to detect a small difference in g parameters using cageswith slightly modified openings. It will be interesting to see in the future, if advanced computational
methods will be able to simulate g matrix and hfi tensor data for this radical in such a complicatedpotential.
14

Ref. 1) S. Hasegawa, Y. Hashikawa, T. Kato, and Y. Murata, Angew. Chem. Int. Ed., 57,
12804(2018).

Electron spin resonance investigation of Ne matrix isolated H4+
For the successful isolation of the highly mobile and reactive H2+ cation in the Knight’s researchgroups experiment2), extremely dilute matrices and extensive radiation shielding proved to be
essential. Under all ratios of Ne/H2, the ESR transitions due to the second free ion was observed,
which was determined to be the H4+ radical cation, as shown in Fig. 4. And its isotopologues,
namely H3D+, H2D2+, HD3+, and D4+ were detected with using the sample of HD or D2. The
formation of H4+ limited the signal strength of H2+ ESR transitions, because beyond a certain
threshold neutral H2 readily reached with H2+ to form H4+. Under the certain concentration of H2
the stable ESR detection of H2+ might be prevented by the fast reaction between H2+ and H2 to form
H3+, a diamagnetic molecule (H2+ + H2 → H3+ + H). The failure to detect H2+ in ESR studies insolid para-hydrogen has resulted in the discovery of H6+. Extensive isotopic substitution studies
have indicated the structure of H6+ as an H2+ core solvated by two hydrogen molecules.

― 85 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Fig. 4. Schematic ESR spectral patterns of H, H2+, and H4+ radical and ions.

Under extreme Ne/ H2 dilution at 2K utilizing the 77K radiation shield, the H2+ ESR absorptions
were always observed under the X-ray irradiation of the sample. During the course of these H2+,
HD+, and D2+ experiments, ESR absorption were consistently observed that seem to be assignable
to the molecular ions H4+, H3D+, H2D2+, HD3+, and D4+, based upon hyperfine structure patterns andpreliminary theoretical calculations. Dynamic Jahn-Teller, temperature, and Pauli principle effects
make the details of the interpretations for these ions extremely complex. The basic structure of theseisotopomers of H4+ could be designated a loosely combined complex between H3+ ion and atomic
hydrogen. The structures of these isotopomers H4+ dependent on hydrogen isotopes present andmatrix temperature, and on the orientation of H3+ to the associated external hydrogen. The spectral
patterns observed for all isotopomers can be explained by invoking nuclear spin statistics.
Ref. 2) M. D. Correnti, K. P. Dickert, M. A. Pittman, J. W. Felmily, J. J. Banisaukas III, and L. B.
Knight, Jr., J. Chem. Phys., 137, 204308(2012).

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Ⅳ

６．博士研究員

研究業績（2019）

Masato Itami
FIFC Fellow

1. Summary of the research of the year
Multiplicative Langevin equation to reproduce long-time properties of
nonequilibrium Brownian motion
We statistically examine long time sequences of Brownian motion for a nonequilibrium version of theRayleigh piston model and confirm that the third cumulant of a long-time displacement for thenonequilibrium Brownian motion linearly increases with the observation time interval. We identify amultiplicative Langevin equation that can reproduce the cumulants of the long-time displacement up to atleast the third order, as well as its mean, variance and skewness. The identified Langevin equation involves a
velocity-dependent friction coefficient that breaks the time-reversibility and may act as a generator of thedirectionality. Our method to find the Langevin equation is not specific to the Rayleigh piston model but may
be applied to a general time sequence in various fields.

Introduction
Brownian motion refers to random fluctuating phenomena ubiquitously observed in nature. Typically,
it is observed as trajectories of molecules, colloidal particles, biomotors in cells, agents in active matter, stars
within galaxies, interfaces, market prices and so on. These dynamics are often described by the Langevinequation. Once we obtain the equation, we can predict unknown properties and propose experimental
methods to estimate previously unmeasured quantities from the theoretical point of view. Indeed, thestochastic energetics based on the Langevin equation was developed to analyze the Brownian motion ofmolecular machines and enables us to approach their design principles. For example, a nonequilibrium
equality revealed that a rotary motor protein dissipates free energy at almost 100% through its rotationalmotion, but a processive motor protein wastes in parts other than the translational motion. Thus, theLangevin equation forms the basis of theoretical investigations that are inseparable from developments ofexperimental techniques.
The identification of the Langevin equation in equilibrium is well-established because its form isstrictly restricted by the fluctuation-dissipation theorem. Conventionally, nonequilibrium Brownian motion
has been described by adding terms representing nonequilibrium effects to the Langevin equations for theequilibrium Brownian motion. However, these expressions with the fluctuation-dissipation theorem are notjustified out of equilibrium. The important problem here is that general principles of identifying the Langevinequation are not known. Indeed, there are many examples of nonequilibrium Brownian motion that have notbeen described by the Langevin equations.
Thus, our aim in this study is to obtain a Langevin equation to reproduce the statistical properties of
nonequilibrium Brownian motion, particularly directional Brownian motion exhibiting a finite velocity on― 87 ―

Ⅳ

研究業績（2019）average. We focus on higher cumulants of long-time displacement in the nonequilibrium Brownian motion
and find that they work as a discriminator to identify the Langevin equation. To demonstrate, we adopt a
standard model, called the Rayleigh piston, which is used to derive the equilibrium Langevin equation fromthe microscopic dynamics of a large number of degrees of freedom. Its nonequilibrium version is presented
in textbooks and has been studied during the past few decades. We numerically identify a multiplicative
Langevin equation that reproduces the cumulants of long-time displacement of this nonequilibrium
Brownian motion at least up to the third order. The multiplicative Langevin equation contains a linearlyvelocity-dependent friction coefficient, which can never appear in equilibrium.

Setup
A rigid piston of mass 𝑀𝑀 is freely movable in one direction inside an infinite cylinder ofcross-sectional area 𝑆𝑆. Its position and velocity are denoted by 𝑋𝑋 and 𝑉𝑉, respectively. The piston separates
the cylinder into two regions filled with ideal gas particles of mass 𝑚𝑚 𝑚 𝑚𝑚. The pressure 𝑝𝑝 is equal on

both sides, whereas the temperature on the left side, 𝑇𝑇� , is different from that on the right side, 𝑇𝑇� . Suppose,
without loss of generality, that 𝑇𝑇� � 𝑇𝑇� . For a later purpose, we define 𝑇𝑇 � �𝑇𝑇� 𝑇𝑇� and � ��� ���
�

.

Assuming that the particles are in equilibrium before colliding with the piston and that they collide

elastically and instantaneously with the piston only once, we model the collisions between the piston and gas
particles by random events with a collision rate of�����𝑣𝑣� 𝑉𝑉� �
�with 𝑓𝑓�� �𝑣𝑣� � ����� ����

𝑝𝑝𝑝𝑝
𝑝𝑝𝑝𝑝
�
�
�𝑣𝑣 � 𝑉𝑉�𝜃𝜃�𝑣𝑣 � 𝑉𝑉�𝑓𝑓��
�𝑣𝑣� �
�𝑉𝑉 � 𝑣𝑣�𝜃𝜃�𝑉𝑉 � 𝑣𝑣�𝑓𝑓��
�𝑣𝑣�
𝑘𝑘� 𝑇𝑇�
𝑘𝑘� 𝑇𝑇��𝑒𝑒 ��� ����� ���� � , where 𝑣𝑣 is the velocity of a colliding particle, 𝑘𝑘� is theBoltzmann constant, and 𝜃𝜃 is the Heaviside step function. The coefficients���� ����

are equivalent to thenumber densities of the particles. Using the laws of the conservation of energy and momentum, the transition
probability per unit time from 𝑉𝑉 to 𝑉𝑉𝑉 is given by ��𝑉𝑉𝑉�𝑉𝑉� � ��𝑣𝑣� 𝑉𝑉�

��

���

with 𝑣𝑣 �

���
��

𝑉𝑉𝑉 �

���
��

𝑉𝑉.

Then, noting that 𝑋𝑋� � 𝑉𝑉, the time evolution of the probability density of 𝑋𝑋 and 𝑉𝑉 at time 𝑡𝑡, ��𝑋𝑋� 𝑉𝑉� 𝑡𝑡�, isgoverned by the following master-Boltzmann equation:���������
��

� �𝑉𝑉

������������ � �𝑉𝑉𝑉 ��𝑉𝑉�𝑉𝑉𝑉���𝑋𝑋� 𝑉𝑉𝑉� 𝑡𝑡� � � �𝑉𝑉𝑉 ��𝑉𝑉𝑉�𝑉𝑉���𝑋𝑋� 𝑉𝑉� 𝑡𝑡��(7)

Using the Gillespie algorithm, we numerically obtain statistically correct trajectories of themaster-Boltzmann equation without any approximations.

Cumulants of the displacement as observables
As is done in typical experiments, we observe periodically the position 𝑋𝑋 numerically produced from

(7) with setting the interval of two successive observations as 𝑡𝑡. We are interested in the long-time propertiesof the directional Brownian motion but not in the instantaneous velocity 𝑉𝑉. Rather, we concentrate on the― 88 ―

Ⅳ

研究業績（2019）displacement of 𝑋𝑋 in the interval 𝑡𝑡, ∆𝑋𝑋� ≡ 𝑋𝑋�𝑡𝑡� � 𝑡𝑡� � 𝑋𝑋�𝑡𝑡� �. The long-time fluctuations of the Brownian

motion are fully characterized by cumulants 〈�∆𝑋𝑋� �� 〉� . Here 𝑡𝑡� -dependence can be ignored in the statistics
for steady states.

These cumulants depend on the observation interval 𝑡𝑡. For usual Brownian motion, the first or second

cumulant is expected to increase linearly with the interval 𝑡𝑡 for sufficiently large 𝑡𝑡. When the probability
density of ∆𝑋𝑋� /𝑡𝑡 satisfies the large deviation property, 〈�∆𝑋𝑋� �� 〉� � ��𝑡𝑡� as 𝑡𝑡 𝑡 𝑡 , except when〈�∆𝑋𝑋� �� 〉� � �. We then focus on the growth rate of the 𝑛𝑛-th cumulant 𝑠𝑠� ≡ lim�𝑡�〈�∆�� �� 〉��𝑠𝑠� /2 are the mean velocity and the diffusion constant for Brownian motion, respectively.

, where 𝑠𝑠� and

We demonstrate that the growth rate 𝑠𝑠� for the third

cumulant can be finite in nonequilibrium Brownian motion.

Figure 1 shows a linear increase in the third cumulant as afunction of 𝑡𝑡 for the time sequences of 𝑋𝑋 produced by (7).

We obtain 𝑠𝑠� � � out of equilibrium, 𝑇𝑇� � 𝑇𝑇� , and 𝑠𝑠� � �

at equilibrium, 𝑇𝑇� � 𝑇𝑇� . Thus, the third cumulant is neverneglected for the nonequilibrium Brownian motion even in
the limit of sparse observation.

Figure 1

Results: Effective Langevin equation
Hereafter, we focus on whether or not the nonequilibrium Brownian motion is described by a certain
effective model. The third cumulant works as a discriminator to determine the validity of various candidate
models of the long-time behavior. For instance, a standard Langevin equation for a particle under a constantforce 𝑓𝑓 with a constant friction coefficient, 𝛾𝛾𝛾𝛾� � 𝑓𝑓 � �2𝛾𝛾𝛾𝛾� 𝑇𝑇𝜉𝜉�𝑡𝑡�, gives 𝑠𝑠� � � for any 𝑓𝑓; therefore, it

is not appropriate as an effective model. The multiplicative Langevin equation with 𝛾𝛾�𝑋𝑋� might become thenext candidate, but this does not satisfy the translational invariance with respect to 𝑋𝑋. An underdamped
Langevin equation for 𝑉𝑉, i.e., 𝑀𝑀𝑀𝑀� � 𝑓𝑓 � 𝛾𝛾𝑉𝑉 � �2𝛾𝛾𝛾𝛾� 𝑇𝑇𝜉𝜉�𝑡𝑡�, also shows 𝑠𝑠� � �.

The nonvanishing third cumulant does not imply the absence of the effective model. For the

directional Brownian motion generated from (7), we identify the multiplicative Langevin equation that
reproduces the cumulants of the long-time displacement up to at least the third order. The equation is writtenas
𝑀𝑀𝑀𝑀� � �𝛾𝛾�𝑉𝑉�𝑉𝑉 � �2𝛾𝛾�𝑉𝑉�𝛾𝛾� 𝑇𝑇 ∙ 𝜉𝜉�𝑡𝑡�

(13)with 𝛾𝛾�𝑉𝑉� � 𝛾𝛾� �� � 𝛾𝛾� 𝑉𝑉�, where the constants 𝛾𝛾� , 𝛾𝛾� , and 𝑇𝑇 are determined by the system parameters.

The symbol ∙ denotes the Ito product, and 𝜉𝜉 is Gaussian white noise with zero mean and unit variance. At

the top of Figure 2, the growth rate 𝑠𝑠� of the third cumulant obtained from the numerical integration of theeffective Langevin equation (13) using the Euler-Murayama method is plotted parallel to 𝑠𝑠� obtained fromthe original Brownian motion of the Rayleigh piston (7). The points of the two figures coincide with eachother within the statistical error. The values of 𝑠𝑠� and 𝑠𝑠� are also consistent between (7) and (13), as shownin the bottom of Figure 2. Thus, we conclude that the multiplicative Langevin equation (13) can be employed

as an effective model for (7) reproducing the long-time statistical properties. Using the long time sequence― 89 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

generated from (7), we determine the parameters as 𝛾𝛾� � �� �� 𝑝𝑝𝑝𝑝�

�

�� �

, 𝛾𝛾� � �𝑝𝑝𝑝𝑝

��� �� �

�

, ���

�√�

� ��� ����.

The identified Langevin equation (13) involves the velocity-dependent friction coefficient 𝛾𝛾��� � 𝛾𝛾����,which breaks the time-reversibility. This leads to a breaking of the detailed balance and the non-Gaussian
nature of the Brownian motion; moreover, it leads to the divergence of the entropy production defined by alog ratio of the weight for a trajectory and its time reverse. Thus, (13) can reproduce the long-time
fluctuations, but we need another viewpoint to investigate the thermodynamic properties of (7).

Figure 2

Acknowledgments
This is joint work with Atsumasa Seya, Tatsuya Aoyagi, Yohei Nakayama, and Naoko Nakagawa. I
would like to thank Shin-ichi Sasa for perpetual stimulating discussions and useful comments. The present
study was supported by JSPS KAKENHI Grant Numbers JP15K05196, JP17K14355, JP17K14373,
JP17H01148 , JP19K03647 and JP19H01864.

2. Original Papers(1) Atsumasa Seya, Tatsuya Aoyagi, Masato Itami, Yohei Nakayama, and Naoko Nakagawa“Multiplicative Langevin equation to reproduce long-time properties of nonequilibrium
Brownian motion”
J. Stat. Mech. 2020, 013201 (2020).

― 90 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

3. Presentation at academic conferences(1) Masato Itami and Shin-ichi Sasa
“Singular behaviour of time-averaged stress fluctuations on surfaces”
Statistical Physics of Complex Systems, Stockholm, Sweden, 7–11 May 2019 (poster)(2) 伊丹將人、佐々真一「時間平均によるマルコフ過程の粗視化」
日本物理学会第75回年次大会、名古屋大学、2020年3月16-19日（口頭）(3) 伊丹將人、中山洋平、中川尚子、佐々真一「断熱ピストン問題における長時間変位のキュムラント母関数」
日本物理学会2019年秋季大会、岐阜大学、2019年9月10-13日（口頭）(4) 伊丹將人「断熱ピストン問題における長時間変位のキュムラント母関数」
熱場の量子論とその応用2019、京都大学、2019年9月2日-4日（ポスター）― 91 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Simon K. Schnyder
FIFC FELLOW
1. Summary of the research of the year
Spontaneous spatiotemporal ordering of shape oscillations enhances cell migration
The migration of cells is relevant for processes such as morphogenesis, wound healing, and invasion ofcancer cells. In order to move, single cells deform cyclically. However, it is not understood how these shapeoscillations influence collective properties. Here we demonstrate, using numerical simulations, that theinterplay of directed motion, shape oscillations, and excluded volume enables cells to locally ‘‘synchronize’’
their motion and thus enhance collective migration. Our model captures elongation and contraction of crawlingameboid cells controlled by an internal clock with a fixed period, mimicking the internal cycle of biologicalcells. We show that shape oscillations are crucial for local rearrangements that induce ordering of neighboring
cells according to their internal clocks even in the absence of signaling and regularization. Our findings reveal
a novel, purely physical mechanism through which the internal dynamics of cells influences their collective
behavior, which is distinct from well known mechanisms like chemotaxis, cell division, and cell–cell adhesion.
Motile cells convert available free energy into directed motion, and can thus be regarded as a type ofactive matter. Unlike equilibrium passive systems, active matter can exhibit collective dynamic behavior suchas swarming and clustering, the study of which has gained much attention from physicists over the last decade.
The essence of active systems can be captured with rather minimalistic models, such as the Vicsek model inwhich isotropic particles interact by aligning their velocity with the average velocity of their neighbors.
Biological cells possess features that are not captured by simple active particles. In fact, cells have aninternal structure and a variable shape, they can have different internal states, they can interact through longrange chemical signals, and they can change their phenotype in response to external perturbations. In addition,
cells in a multicellular organism differentiate into distinct types during development, leading to different
properties corresponding to their biological function. Nevertheless, the motion of cells can be broadlyclassified into two migration modes. In mesenchymal migration, cells tend to migrate slowly and form
lamellipodia. In ameboid migration cells move quickly, cyclically extending their body into a well polarizedshape, and have a larger persistence of motion. This distinction is not intrinsic as some cells are able totransition between these two migration types, such as tumor cells during invasion.
This biological diversity makes it challenging to develop models that are able to reproduce certain
phenomena of interest, while remaining general and minimalistic. We start from a subcellular element model,
and we focus on modeling the class of motile cells that exhibit ameboid movement. The model features a twoparticle representation for each cell, with an active force proportional to its length. Such an active force is able
to model Contact Inhibition of Locomotion (CIL), a complex molecular process that was found to play a keyrole in collective migration of cells, for which protrusions are retracted upon exchanging chemical signals
during cell–cell contact. Here we explicitly model the crawling dynamics, in which the active force and acontracting force alternate in order to mimic the cycle of extension and contraction of ameboid cells. Thanks― 92 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Fig. 1: Model. (a) Forces acting on a cell during expansion (left) andcontraction (right), with Fmot the extensional force dipole and FFene theintracellular force. (b) Illustration of the cyclic crawling: during extension
the active force Fmot drives the front disk forward while the position of theback disk is fixed; during contraction the front disk is fixed while theinternal force FFene contracts the back disk towards the front.

to this explicit crawling, we unveil a general mechanism by which conformational shape changes in ameboid
cells give rise to a purely physical mechanism that enhances the collective migration of the whole tissue.
In this work, we show how the introduction of an internal cycle for the movement of single cells strongly
influences the collective migration properties of the whole tissue. Cells are represented by two disks, referred
to as front and back, see Fig. 1. The dynamics of each disk is overdamped, which is a good approximation fora large class of cells moving in a viscous environment and dominated by active forces. The internal cycle weuse models the ameboid migratory phenotype, which is typical for a wide class of cells and consists of adiscrete series of conformational changes of the cell that result in its directed motion.
We first consider the model at ΔT = 0 (no cyclic crawling) and show that the collective migration shows
similar behavior to that of traffic flow. In the next section, using the model at ΔT = 0 as a reference, we study
how the introduction of an explicit crawling dynamics through the use of a finite ΔT > 0 affects the collective
behavior of the cellular tissue. In order to characterize the collective alignment, we compute the polar orderparameter: The polarity P can take values between zero (random) and unity (perfect alignment). For nonnegligible values of P, we compute the average speed along the instantaneous migration direction v∥. We
compute P and v∥ for a range of densities. In order to have a dimensionless quantity expressing the density, we
use the packing fraction φ. Freezing occurs at φ ≈ 1.15 in the model with ΔT = 0. At high packing fractions (f≧ 0.65) the flow of the tissue develops velocity waves which resemble the waves observed during traffic
congestion, where the direction of the wave is the opposite of the migration direction. Velocity waves havebeen observed in experiments of tissue expansion and in the aggregation of Dictostelium discoideum during
starvation. In the latter, velocity waves are accompanied by waves of chemoattractants that are emitted by thecells during starvation. In our model, velocity waves are purely related to cell–cell interaction and shapedeformation upon collision. More generally, the formation of traveling bands in systems of active particles has
been observed for Vicsek-like particles soft deformable active particles and colloidal rollers among others. In
order to visualize the waves, a convenient plot is the kymograph of the velocities [see Fig. 2(a)]. The
kymograph is constructed by averaging the cell’s velocities along the y direction, orthogonal to the propagation
direction x of the waves, for different times. As φ is increased a structure of bands emerges, where layers ofslow particles alternate with layers of faster particles. The slope of the bands in the t–x plot indicates the― 93 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Fig. 2:

Collective migration without a crawling cycle. (a) Kymograph of the migration speed v∥(x) for packing fractions

φ = {0.65,0.85,1.12}. The migration direction for the simulations shown in (a) is along the x axis. The emergence of speed waves is indicated by thepeak of v∥(x) moving towards negative x in time, forming linear bands in the kymograph. The white line represents the trajectory of a single cell, which
is moving towards larger x in time, thus in the opposite direction of the velocity waves. This is a typical feature of velocity waves in a traffic jam. (b)Discs represent the parallel speed v∥ as a function of packing fraction φ, rescaled with the steady state speed vss, and crosses represent the polar orderparameter P. The shaded area indicates the standard deviation of the data points. (c) Flux of cells exhibits a maximum at the critical packing fraction
φc ≈ 0.65, where the system transitions from the free flow regime to the moving jam regime, and solidifies beyond φs ≈ 1.14.

direction of the wave, which is opposite to the direction of individual cells, as indicated by the white line in
Fig. 2. We have previously shown that aligned migration and velocity waves arise only when using the motility
force that models CIL [Schnyder et al, Scientific Reports (2017)]. The qualitative reason is that a strong
dependence of the local velocity on the local density is present, cf. Fig. 2(b). This is critical for the emergenceof traffic waves, which arise from a negative feedback between density and velocity: if the speed decreases
locally, the density will increase locally, which in turn will cause the speed to lower further, and so on. Clearly,
the formation of traffic waves indicates congestion, which is not beneficial for migration.In order tocharacterize the efficiency quantitatively, we compute the adimensional flux q of cells, q = v∥φ/vss. In Fig. 2(c) ,the observed behavior is analogous to the one obtained from studies of car traffic, where two regimes can be
distinguished by the sign of ∂q/∂φ: the free flow and the moving jam. In the free flow regime, the flux increases
as the density increases and no congestion arises. The flux q reaches a maximum value at a critical packing
fraction φc ≈ 0.65, after which velocity waves start to emerge. By increasing the density beyond φc, cells start
to cluster into waiting lines and the flux is reduced (moving jam regime). The shape of the flux-versus-density
curve, usually referred to as the fundamental diagram in traffic flow studies, acquires a parabolic shape. Thisbehavior is typical for transport processes dominated by excluded volume and can be understood within the
Totally Asymmetric Exclusion Process (TASEP), with the difference that here the cells are not confined to one
dimension.
We now turn our attention to the model where the cyclic dynamics of extension–contraction are
explicitly included. By switching ΔT to finite non-zero values, the dependence of the average migration
velocity v∥ on φ changes from linear to curved [Fig. 3(a)]. This change is a consequence of the system being
able to accommodate more cells given the same space, and with a smaller decrease in migration speed, which
implies emerging cooperativity. Velocity waves are absent and the system is able to maintain high alignment
for increasingly higher packing fractions (see Fig. 3(b)). The resulting flux of cells is enhanced [Fig. 3(c)],― 94 ―

Ⅳ

Fig.

3:

A

crawling

cycle

shiftsjammingtohigherdensityandincreases

flux

by

suppressing

研究業績（2019）traffic

jams.

(a) Average speed along the direction of migration v∥ rescaled with vss, plotted against packing fraction φ for ΔT= {0.07,0.68,0.90}τ. Introducing an
expansion–contraction dynamics induces a non-linear behavior of v∥, signaling some kind of emergent cooperativity in the system. (b) Polar orderparameter P for the system: as ΔT is increased, the system is able to maintain collective alignment for increasingly higher densities. (c) The flux ofcells is significantly enhanced when increasing the duration of the cyclic dynamics, and the critical packing fraction φc shifts from 0.65 to 0.8.

with φc shifted to a higher value. We find that the flux of cells is enhanced and optimized by increasing theduration of the cycle to match a specific value between 0.9τ and τ, where τ is the migration timescale of thecell in the limit of very short cycles, see fig. 3 (c).

We show that this behavior can be clarified microscopically by the increased ability of cells to perform‘‘lane changes’’ while crawling, which in turns leads to the emergence of a local correlation/anti-correlation

Fig.

4:

Trafficjams

aresuppressed

by

local

synchronization

of

cell

cycles

due

to

“lane

changing”

process.

(a–f) Correlations C(x', y') and S(x', y') for three different cycle durations, showing the emergence of the correlation/anti-correlation pattern in space,responsible for the enhancement of the flux. The black arrows indicate the direction of the migrating cell. Green/blue colors indicate anti-correlation,
while orange/red indicate correlation. (g-h) Trajectories of a subset of cells (black lines) at φ = 1.1 for ΔT/τ = 0.07 and 0.90 respectively, plotted on
top of representative configurations of the system. The cells are colored according to their length, from blue (shortest) to red/white (longest). t0 indicates
the time duration for producing the trajectories in (a), and t0/2.5 for (b). (i) The mechanism of ‘‘lane change’’, which is facilitated by the adhesions tothe substrate during crawling. (j) Flux of cells q, orthogonal speed v･ and polarity P against cycle duration ΔT/τ for a fixed packing fraction φ = 1.1.
The system reaches its maximum flux for ΔT/τ ≈ 0.90t while keeping a high collective alignment, and an increasing v･ . By further increasing the cycle
duration, the system loses alignment and no net flux is observed at ΔT/t ≈ 1.1.

― 95 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

pattern of the cycles of expansion and contraction, see Fig. 4. The result is an emergent global cooperation
among cells in the tissue, through which they achieve better migration properties, which manifests itself
through a larger flux without the congestion of traffic waves. This enhancement of migration depends nonmonotonically on the cycle duration, and the optimal cycle duration is almost independent from the density ofthe tissue. The presence of such a preferred timescale can possibly point to a biological selection process forthe speed and cycle durations of cells. Our insights can potentially be exploited to influence and steer cell
migration. Through tuning the duration of the internal cycle of cells it becomes possible to either enhance themigration of cells, or, to the contrary, diminish the migration of non-desirable (malignant) cells. Influencing
the cycle duration might be accomplished through manipulating the substrate, e.g., periodic stretching of thesubstrate is able to reorient solitary crawling cells. A first step will be to verify our results in experiments thattrack cells individually and discriminate between expanding and contracting cells, allowing the computationof the correlations C(x0, y0) and S(x0, y0) introduced here. Such investigations will yield insights into theimportance of our purely physical mechanisms as compared to other well-known mechanisms like chemotaxis,
cell division, and cell–cell adhesion.

2. Original papers(1) Campo, M., Schnyder, S. K., Molina, J. J., Speck, T. & Yamamoto, R. “Spontaneous spatiotemporalordering of shape oscillations enhances cell migration”. Soft Matter 15, 4939–4946 (2019).

3. Presentations at academic conferences(1) S. K. Schnyder,“Spontaneous spatiotemporal ordering of shape oscillations enhances cell migration”,
Active Matter Workshop 2020, Meiji University, Japan (10/01/2020).
(2) S. K. Schnyder,“Control of cell migration and colony growth by contact inhibition”,
9th Soft Matter Workshop, Nagoya University, Japan (27/12/2019).
(3) S. K. Schnyder,“Control of cell migration and colony growth by contact inhibition,
2nd Mechanobiology Meeting in Vietnam : When Physics meets Biology, 15th Rencontres du Vietnam,
Quy Nhon, Vietnam (10/07/2019).

4. Others(1) Seminar: S. K. Schnyder,“Crowding in Heterogeneous Media: Breakdown of Universality for Soft Interactions”,
Group of Miho Yanagisawa, University of Tokyo, Japan (09/01/2020).

― 96 ―

Ⅳ

研究業績（2019）鈴木聡
福井センターフェロー

1. 今年度の研究の要約
円錐交差近傍の光化学・光物理過程に興味を持っている。特に、凝集誘起発光を示す分子の研究を中心的に行っている。
【始めに】凝集誘起発光(Aggregation induce emission: AIE)は、希薄溶液では非発光性の色素が凝集により発光性を持つようになる現象である。この現象を理解するためには希薄溶液中で非発光性である理由と凝集により発光を示すようになる理由を調べればよい。これまでに、内部転換が凝集によって立体的、機械的に阻害されるのが AIE の原因ではないかと考えられている。アモルファス、ポリマ
ー、液晶中など、不規則な構造であっても発光する分子が多いことからもこれは支持される。代表的な AIE 分子であるテトラフェニルエチレン(TPE)は歴史的にはフェニル基の回転が AIE の起源であると説明されてきた。一方で、最近では二重結合の回転による無輻射失活が重要であると指摘されている。
そこで、溶液中での無輻射失活過程のポテンシャルエネルギー面を計算し、どのような「反応座標」
が無輻射失活を起こすのかを考察する。無輻射失活を起こす反応座標を阻害することができれば発光強度が増大すると考えられる。無輻射失活は円錐交差の近傍で起こりやすいことが知られている。
そのため、minimum energy conical intersection [MECI]の構造を決め、Franck-Condon 状態から
MECI までの反応経路(局所安定構造や遷移状態)を決めれば無輻射失活のエナジェティクスが理解できる。また、得られたポテンシャルエネルギー面から分子設計が可能であることを示した。
【凝集誘起発光を示す HBT 液晶】
HBT(hydroxyphenylbenzothiazole)分子は励起状態分子内プロトン移動(ESIPT)を起こす代表的な分子である。HBT を主骨格とする AIE 性液晶分子が合成され、その動作原理を調べた [Langmuir 2019,35, 43, 14031-14041]。
HBT 分子においては ESIPT の後に分子軸が回転し非常に低い障壁で内部転換が起こることがわかった。一方、エチニルで修飾された HBT の場合も類似のポテンシャルエネルギー曲面を持つが、障壁は HBT よりも高かった(図 1)。
・

この結果から以下のように実験事実を説明した。

HBT 類の発光波長は、吸収波長より大きく長波長化する。これは ESIPT の障壁が低く、より低エネルギーな keto 型に速やかに移行し、そこから発光するためである。
・

HBT の軸回転(図中の TSTwist)は溶液中では容易であり無輻射失活が起こりやすい。液晶

中では周辺分子により軸回転が抑制され、無輻射失活が起こりにくくなり発光性を持つ。エチニル
HBT は HBT と異なり溶液中でもわずかに発光することが観測されている。このことは HBT より― 97 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

も軸回転の障壁（TSTwist）が高く、無輻射失活の速度が HBT よりも遅いことで説明できる。
・

HBT とエチニル HBT のポテンシャル面を比較すると、エチニル HBT の方がより広いπ共役をもつため enol 状態が低くなっている。プロトン移動のあとはπ共役の違いの影響をあまり受けていない。このことから置換基の電子状態制御により enol/keto の二重発光性や全体の発光強度のコントロールが可能であると推測され、分子設計に役立つと考えられる。

図 1. HBT と C≡C-HBT の Energy Diagram【スチルベン骨格を活用した凝集誘起発光色素の分子設計】
AIE を示す分子としてテトラフェニルエテンがよく知られている。テトラフェニルエテンを骨格とした
AIE 分子も多く作られている一方で、どのようにすれば新規 AIE 骨格を作れるのか、分子設計指針を得たいという実験家からの要請も多かった。そこで、無輻射失活過程がわかっているスチルベンから出発
して新規 AIE 物質を設計することとした。スチルベンの無輻射失活過程は二重結合の回転により、いわゆる Twisted pyramidal 型の円錐交差を経由して起こると考えられる（図２）。そこで、架橋により二重結合の回転をコントロールすれば発光性を制御できると考えた。このアイデアに基づき飽和アルキル鎖により架橋されたスチルベン BST[n]のシリーズを提案した。BST[n]は以下のように n 員環でスチルベンの二重結合を拘束した単純な炭化⽔素である。架橋⻑によって二重結合の回転できる範囲を制御することで円錐交差に到達できるかどうかを制御できる、というアイデアである。

図 2 スチルベンの円錐交差構造― 98 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

図 3 BST[5], BST[6],BST[7]の構造

Gas phase での計算によると、BST[7]は円錐交差が低く非発光性、BST[5]は円錐交差が高く発光性と予想された。このことは、強固な架橋ほど二重結合の回転を妨げていることを意味する。これ
らの円錐交差は二重結合の twisting に由来し、フェニル基が大きく移動することから凝縮相では周辺分子から立体的な制約を受けやすいと予想される。また、BST[7]は Franck-Condon 状態が他の分子よりずっと高くなる。これは 7 員環が２つの芳香環の平面性を下げることに由来すると考えられる。このことは無輻射失活過程を downhill にすることにもつながるので溶液中での発光強度を下げる方向に働く。

図 4 スチルベン（ST）および架橋スチルベン BST[n]の Energy Diagram
実際に実験グループにより合成された BST[n]について、溶液及び固相で発光量子収率が測定された。
溶液中での発光量子収率は BST[5]から BST[7]について 0.4, 0.06, 0.001 となり、気相計算における円錐交差の高さの序列と対応した。固相での発光量子収率は BST[5], BST[6]で 0.79, 0.26 であった。BST[7]は常温で固体が得られなかったが、電子状態にほとんど影響しないと考えられる tBu で修飾すると固体が得られ、溶液中の発光量子収率が 0.01、固相では 0.11 となった。いずれの分子においても固体にすることによって発光強度が増大しているが、溶液状態での発光量子収率の小さい BST[6],BST[7]が特に良い
AIE 骨格であると⾔える。しかしながら、これらの分子の蛍光波⻑は 300-350nm と近紫外領域である。
実用上は可視光領域の発光が好ましい。そこで可視光領域で発光するようフェニル基を導入した
BPST[7]も合成され、良好な結果を得た。ここまでの結果を angewandte chemie の凝集誘起発光特集号に投稿した。

― 99 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

BST[n]を動作部位として蛍光色のチューン、液晶化による機能化などの応用が実験グループにより進行している。

2. 論文(1) Wanying Zhang, Satoshi Suzuki, SeongYong Cho, Go Watanabe, Hiroyuki Yoshida,
Tsuneaki Sakurai, Mika Aotani, Yusuke Tsutsui, Masanori Ozaki, Shu Seki"Highly Miscible Hybrid Liquid-Crystal Systems Containing Fluorescent Excited-State
Intramolecular Proton Transfer Molecules”
Langmuir 35, 14031-1404 (2019).
(2) Amir Sharidan Sairi, Kohei Kuwahara, Shunsuke Sasaki, Satoshi Suzuki, Kazunobu Igawa,
Masatoshi Tokita, Shinji Ando, Keiji Morokuma, Tomoyoshi Suenobu, Gen-ichi Konishi“Synthesis of fluorescent polycarbonates with highly twisted N, N-bis (dialkylamino)
anthracene AIE luminogens in the main chain
RSC advances, 38, 21733 .
(3) Riki Iwai, Satoshi Suzuki, Shunsuke Sasaki, Amir Sharidan Sairi, Kazunobu Igawa,Tomoyoshi Suenobu, Keiji Morokuma, Gen-ichi Konishi
Bridged Stilbenes: AIEgens Designed via a Simple Strategy to Control the Non-radiative
Decay Pathway
Angewandte Chemie International Edition 2020.
(4) S Suzuki, S Sasaki, AS Sairi, R Iwai, BZ Tang, G Konishi
Principles of Aggregation‐Induced Emission: Design of Deactivation Pathways for
Advanced AIEgens and Applications
Angewandte Chemie
2020

3. 学会発表なし
4. その他(1) 鈴木聡「円錐交差に注目した合理的分子設計による発光性制御 」
第17回京都大学福井謙一記念研究センターシンポジウム(2020.1.31)(2) 鈴木聡（中止 2020.3.26）研究会「化学反応のポテンシャル曲面とダイナミックス」― 100 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

中垣雅之
FIFC フェロー
1. 今年度の研究の要約【緒言】平面４配位構造をもつ Pt(II)-ビピリジン錯体は結晶中で Pt-Pt の鎖状構造をとり(Scheme
1)、Pt-Pt 結合の dσ*軌道から配位子のπ*軌道へ励起した 3 重項 MMLCT 状態からの発光を示す[1]。この発光の極大波長は低温(10 K)で 663 nm (1.87 eV)、室温(293 K)で 638 nm (1.94 eV)と言う温度依存性を示す。この発光は Pt 錯体の MMLCT 状態からの発光であると考えられている。
MMLCT 状態とは結晶中の隣接する Pt 錯体間の相互作用によって生じる Pt 原子の dσ-dσの反結合性軌道から配位子のπ*軌道への励起を主配置としてもつ(Scheme 2)。錯体間距離が短くなると、
反結合性軌道がより不安定化するため、基底状態と MMLCT 状態のエネルギー差が小さくなり、スペクトルは長波長へシフトする。また実験において、結晶中で温度が低くなるほど Pt-Pt 間距離は短くなることが示されたことから、発光スペクトルの温度によるピークのシフトは従来 Pt-Pt 結
合長の変化に由来すると考えられてきた。しかしながら発光は３重項 MMLCT 状態の極小付近で起こるのに対し、実験で観測される Pt-Pt 結合長の温度変化は電子基底状態で起こることから、基底状態の Pt-Pt 結合長がどのようにして発光エネルギーに大きな影響を与えているのか理論的な説
明はこれまでなされていない。本研究では結晶中の励起状態の構造最適化及び発光スペクトルの計算を行い、スペクトルのピークの温度変化の起源の解明を目指した。

Scheme 1 Pt-Pt chain structure of Pt(bpy)(CN)2

Scheme 2 MO interaction diagram of two Pt
complexes and main excitation of MMTCT state.

【モデル及び計算方法】励起分子に関与する分子数の異なる[Pt(bpy)(CN)2]n (bpy =2,2’-bipyridine,n = 2-4) について、QM/MM 法[2]を用い構造最適化を行った。MM として用いる結晶中の分子の構造については Pt(bpy)(CN)2１分子を QM として基底状態について構造最適化した結果を用い、極低温(10K, LT) 及び 室温(293K, RT)で測定された結晶構造の格子ベクトルを用いた。また、主要な構造変化である Pt-Pt 結合についてポテンシャル曲線を QM/MM 法を用いて求め、その振動波動関数の固有値及び固有関数を４次の非調和項までを含む振動 Schrödinger 方程式を解くことによって求め、ボルツマン分布を考慮して発光スペクトルを計算した。QM には DFT(B3LYP-D3)法を用い、基底関数は Pt 原子の内殻電子は Stuttgart-Dresden-Bonn の ECP で置き換え原子価軌
道には triple zeta を、その他の原子には 6-31G**を用いた。

― 101 ―

Ⅳ

研究業績（2019）【結果及び考察】QM/MM 法による 3 重項状態 MMLCT 状態の構造最適化の結果を示す(Figure 1)。
Pt 錯体 2 分子を QM 領域とした(2 量体)時、Pt-Pt 結合長は低温結晶中で 2.877 Å、室温結晶中で2.881 Å と基底状態のような大きな変化(0.03 Å)は見られなかった。3 量体構造では 2 つの Pt-Pt
結合は等価であり 2 量体のときより約 0.16Å長くなる。4 量体構造では、外側の 2 本の Pt-Pt 結合
は 3 量体よりも 0.2Å長くなる一方で、中央の Pt-Pt 結合は 0.05Å短くなる。Mulliken スピンを基に１電子占有軌道の分布から MMLCT 励起の広がりを調べた(Table 1)。その結果、MMLCT 励起
は QM 計算に用いた Pt 錯体全てに広がっているがその分布は一様ではなく、中央の錯体に多くのスピンが存在している。このスピン分布の結果は結合長の結果とも矛盾しない。

Figure１. Optimized structure of 3[Pt]n (n = (a)2, (b)3, and (c)4) calculated by QM/MM method. Hydrogenatoms are hidden and values are Pt-Pt distances (Å) in LT (RT) crystal.
Table 1.

Mulliken spin population of 3[Pt]n (n = 2, 3, and 4) in RT crystal.
3Complex

[Pt]2

3

[Pt]3

3

[Pt]4

Pt

bpy

(CN)2

Pt

bpy

(CN)2

Pt

bpy

(CN)2

1

0.53

0.43

0.04

0.54

0.47

0.02

0.41

0.35

0.02

2

0.53

0.43

0.04

0.27

0.19

0.02

0.41

0.35

0.02

0.27

0.19

0.02

0.14

0.07

0.01

0.14

0.07

0.01

3
4

2 量体について 3 重項状態 MMLCT 状態における Pt-Pt 結合長に沿ったポテンシャルエネルギー曲線を示す(Figure 2a)。室温のポテンシャル曲線の方が低温に比べ、結合長が長い領域でエネルギーが低く非調和性が高くなっているが、平衡位置も含め両者の違いは小さい。ポテンシャル曲線を基に振動波動関数を求め、結合長に対する確率分布を計算した結果、温度の効果によってとりうる
Pt-Pt 結合長の範囲に顕著な違いが見られた(Figure 2b)。MMLCT 状態の構造を用い基底状態のポ
テンシャルエネルギー曲線を求め(Figure 2c)、3 重項とのエネルギー差から発光エネルギーと Pt-Pt
結合長の関係を求めた(Figure 2c)。これらの曲線は指数関数によってよく再現され、2 量体において遷移エネルギーは E(R) = −19.06 exp(−R) + 4.577 / eV の関係式で表すことができる。
結合長に対する確率分布及び結合長と発光エネルギーの関係式から求めた Pt 錯体の発光スペク
トルを Figure 3 に示す。黒色が低温、赤色が室温の結果であり温度上昇におけるスペクトルのブ
ロードニングを再現することができた。

― 102 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Figure 2. (a) Potential energy curves of [Pt]2 at MMLCT state and (b) probability evaluated from theirvibrational wavefunction. (c) Potential energy curves of [Pt]2 at ground state with structure of MMLCT state.
(d) Relationship between Pt1-Pt2 distance and emission energy of 3[Pt]n (n = 2, 3, and 4).

Figure 3. Emission spectra of 3[Pt]n (n = (a) 2, (b) 3, and (c) 4) and (d) these complexes considered thermal
distribution at 10K and 293K.

― 103 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Pt 錯体 2 分子による MMLCT 状態からの発光スペクトルのピーク(Figure 3a)は、2.25 eV (LT)及び2.27 eV (RT)と計算され、実験のピークよりもエネルギーが高い。一方、3 量体及び 4 量体の発光スペクトルのピークは低温で 1.99 eV (Figure 3b) 及び 1.95 eV (Figure 3c) と計算され実験値を0.1eV 以内で再現することができた。しかしながら Figure 3a から 3c のいずれのスペクトルにおいても実験で観測されている温度によるピークのシフトは十分再現することはできなかった。
基底状態の１分子を QM 部分に加えることで、異なるクラスターサイズの励起状態のポテンシャ
ルエネルギーを比較した結果、低温結晶の励起状態では 4 量体が、室温結晶では 3 量体が安定であった(Table 2)。これは基底状態の Pt-Pt 間距離が低温で短くなり多量体構造を取りやすいことと矛盾しない。サイズの異なる励起状態の相対安定性からボルツマン分布により存在比を考慮した発光
スペクトルを示す(Figure 3d)。低温から室温に変化することで 0.06 eV 高エネルギー側へシフトし実験結果をよく再現した。このことから発光スペクトルのシフトは従来考えられてきた Pt-Pt 結
合長の変化に由来するのではなく、励起状態に関与する分子数が温度によって変化することに起因すると考えられる。
Table 2. Relative energy (in kcal/mol) and thermal distribution (in %) of 3[Pt]n (n = 2, 3, and 4) in crystal.
10 K
3

[Pt]2

3

[Pt]3

293 K
3

[Pt]4

3

[Pt]2

3

[Pt]3

3

[Pt]4

Potential energy

3.3

0.4

0.0

2.4

0.0

0.3

Potential energy + ZPE

2.1

0.03

0.0

1.6

0.0

0.7

Thermal distribution (E + ZPE)

0.0

15.9

84.1

4.2

67.7

19.6

【参考文献】[1] M. Kato et al, Inorg. Chem., 38, 1638 (1999).
[2] S. Aono and S. Sakaki, Chem. Phys. Lett., 544, 77 (2012).

2. 論文(1) K. Fujimoto, RS. Payal, T. Hattori, W. Shinoda, M. Nakagaki, S. Sakaki, S. Okazaki“Development of dissociative force field for all-atomistic molecular dynamics calculation of
fracture of polymers” J. Comput. Chem. 40, 2571–2576 (2019).
(2) M. Nakagaki, N. Nakatani, S. Sakaki “How to Understand Very Weak Cr-Cr Double Bondand Negative Spin Population in Trinuclear Cr Complexes: Theoretical Insight” Phys. Chem.
Chem. Phys. 21, 22976 – 22989 (2019).
3. 学会発表(1) 中垣 雅之，青野信治，加藤昌子, 榊茂好「QM/MM 法を用いた Pt(II)-ビピリジン錯体の結晶中の発光スペクトルの温度変化に関する理論的研究」
第 22 回理論化学討論会, 北海道, 2019/5/27-29, 2L03 口頭(2) 中垣雅之，井口弘章，Unjila Afrin，山下正廣，榊茂好「[Pt(dien)(dmap)]2I3 の電子構造に関する理論的研究:ハロゲン架橋一次元金属錯体― 104 ―

Ⅳ

研究業績（2019）との類似及び相違性」
第 12 回分子科学討論会 2019 名古屋, 愛知, 2019/9/17-20 2P086 ポスター
(3) Masayuki Nakagaki, Shinji Aono, Masako Kato, Shigeyoshi Sakaki「Theoretical study of MMLCT excited state of Pt(CN)2(bpy) and its emission spectrum incrystal」
錯体化学会第 69 回討論会, 愛知, 2019/9/21-23 3B1-05 口頭
4. その他(1) 中垣 雅之「Photophysics of Transition Metal Complex in Crystal: Periodic-QM/MM Approach」
二国間共同研究 オープンセミナー「Theoretical and Computational Chemistry of Complex
Systems」, 愛知, 2019/7/18 口頭(2) 中垣雅之，井口弘章，Unjila Afrin，山下正廣，榊茂好「[Pt(dien)(dmap)]2I3の結晶中の電子構造と励起スペクトル」
第17回京都大学福井謙一記念研究センターシンポジウム, 京都, 2020/1/31 ポスター

― 105 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Li Qiaozhi
Research Fellow
1. Summary of the research of the year
Coordination Modes of NH3, CO, and C2H4 with Rhodium Complex Rh(PXP)(PXP = Diphosphine-Based Pincer Ligand; X = B, Al, and Ga): Theoretical Insight
Recently, Hara, Saito, Nakao, and co-workers reported one interesting X-type diphosphino-aluminyl
pincer ligand Al{[N(C6H4)]2NMe}[CH2P(iPr)2]2, which is abbreviated as PAlP hereinafter. Its rhodium
complex Rh(PAlP) 1 (Scheme 1a) has been successfully applied to catalytic monoalkylation of pyridine withalkenes through C(2)-H σ-bond activation to afford linear and branch alkylated pyridine products with highC(2)-regioselectivity. The Rh-Al bond of 1 is of considerable interest from the viewpoint of chemical bondbecause it is formed by direct interaction between transition metal and non-transition metal elements. This
unique Rh-Al bond has been investigated using density functional theory (DFT) calculations very recently.
The DFT study disclosed that the Rh-Al bond of 1 resembled covalent bond because of the significantly large
bonding overlap between Rh 4dx2-y2 and Al 3s and 3p orbitals and its Rh-Al bonding MO exhibited unusualRhδ−-Alδ+ polarization. Interaction of 1 with substrate is interesting as well because 1 exhibits ambiguity for
substrate interaction due to the presence of both Rh and Al atoms. Actually, LUMO of 1 consists of Rh 4dσ, 5s,
and 5p orbitals and Al 3s and 3p orbitals (Scheme 1a), suggesting that substrate with σ-donor orbital mightinteract with both Rh and Al atoms.
In this work, we systematically investigated coordination of substrate (L = NH3, CO, and C2H4) with
Rh(PXP) using DFT method, where PXP represents X{[N(C6H4)]2NMe}[CH2P(iPr)2]2 (X = B, Al, and Ga).
We employed these molecules because NH3 has only a lone pair orbital useful for coordination, CO has a lonepair orbital and π* orbitals, and C2H4 has π and π* orbitals. We explored coordination structures and geometry
changes of Rh(PXP) and L moieties induced by coordination, evaluated binding energy, elucidated coordinate
bonding nature and its difference between Rh and X sites, and provided clear understanding of the interaction
between Rh(PXP) and L. Through this theoretical study, we intended to provide theoretical answers to above
mentioned fundamental questions.
We firstly investigated the coordination behavior of NH3, CO, and C2H4 with Rh(PAlP) 1 using the DFT
method. Three sites of 1 are possible for coordination of one L molecule, named Al site, Rh-Ax site, and RhEq site, where Rh-Ax and Rh-Eq represent the axial and equatorial positions of trigonal bipyramidal rhodium
complex, respectively, as shown in Scheme 1b. Investigations show that NH3 coordinates with the Al and RhAx sites with similar binding energy (BE) but does not coordinate with the Rh-Eq site. Coordination of CO
and C2H4 at the Rh-Ax and Rh-Eq sites both can be located, in which the Rh-Ax site is better than the Rh-Eqsite for CO but the Rh-Eq site is better than the Rh-Ax site for C2H4. However, CO and C2H4 cannot form astable adduct at the Al site but take the bridging position of the Al and Rh atoms. This bridging site induces
significantly smaller BE than the Rh site. Accordingly, two NH3 molecules tend to coordinate with the Al and― 106 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Rh-Ax sites but two CO and C2H4 molecules tend to coordinate with the Rh atom at the Ax and Eq sites. Thesefeatures indicate clearly the flexible coordination ability of 1.
Scheme 1. (a) LUMO of Rh(PAlP) 1, (b) possible coordination modes of substrate with 1, (c) LUMO of Rh(PBP)
2, and (d) LUMO of Rh(PGaP) 3.

The energy decomposition analysis provides a clear understanding of above coordination behavior, forexample, the interesting contrast in coordination at the Al site of 1 between NH3 and CO/C2H4 was wellelucidated by this analysis. The Al atom of 1 can be as favorable as the Rh atom for NH3 coordination mainly
because the former yields more ES stabilization energy than the latter when interacting with the negatively
charged N atom of NH3. The difference in ES stabilization arises from the positive ESP charge at the Al atom
but the negative value at the Rh atom. CO and C2H4 induce significantly smaller ES stabilization energies thanNH3, which arises from the less negative ES potential of CO and C2H4 at the Al position than that of NH3. Thisis the main reason why NH3 can coordinate at the Al atom of 1 to form a stable adduct but CO and C2H4 cannot.
We also investigated the coordination of above substrate with analogues Rh(PBP) 2 and Rh(PGaP) 3(Scheme 1c and 1d). The coordination behavior is similar between 1 and 2/3 for CO but somewhat different
for C2H4, for instance, compared to the BE of C2H4 at the Rh-Ax site, the BE of C2H4 at the Rh-Eq site is larger
in 1, similar to each other in 2, but smaller in 3. However, the coordination behavior between 1 and 2/3 wassignificant different for NH3. The B atom of 2 and the Ga atom of 3 are not good coordination sites for NH3
unlike the Al atom of 1. This arises from the less positive ESP charge of the B and Ga atoms than that of the
Al atom and also the significantly larger DEF of the Rh(PBP) moiety than that of the Rh(PAlP) moiety.
In conclusion, the Rh atom of Rh(PAlP) 1 is a good coordination site for all these substrates, though
there exists some difference in coordination ability between Rh-Ax and Rh-Eq sites. However, the Al atom of
1 is a highly selective coordination site for substrate. Substrate such as NH3 with a very negatively charged
coordinating atom and largely negative electrostatic potential at the Al position is favorable for coordination
at the Al atom of 1.

― 107 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

2. Original papers

3. Presentation at academic conferences(1) Qiao-Zhi Li and Shigeyoshi Sakaki“Theoretical Study on C-F σ-Bond Activation by Rh(PXP) Complexes (X = B, Al, and Ga)”The 22th Annual Meeting of Theoretical Chemistry Society, Hokkaido, May 27, 2019(2) Qiao-Zhi Li, Naofumi Hara, Yoshiaki Nakao, and Shigeyoshi Sakaki“Reactivity of New Unique Rh(PXP) Complexes (X = B, Al, and Ga): Theoretical Insight”
The 13th Annual Meeting of Japan Society for Molecular Science, Nagoya, Sep. 17, 2019
4. Others(1) Qiao-Zhi Li, Naofumi Hara, Yoshiaki Nakao, and Shigeyoshi Sakaki“Theoretical Study on Catalytic Mono-Alkylation of Pyridine with Alkenes by Rh(PAlP)
Complex”
The 17th Symposium of Fukui Institute for Fundamental Chemistry, Kyoto, Jan. 31, 2020.

― 108 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

ZHU BoTitle (FIFC Fellow)
1. Summary of the research of the year
Propene oxidation catalysis and electronic structure of M55 particles (M = Pd or Rh):differences and similarities between Pd55 and Rh55
Metal clusters/particles are important research targets in both fundamental chemistry andapplied chemistry such as physical chemistry, inorganic chemistry, materials science, catalytic
chemistry, and energy-conversion chemistry. One good example is platinum, rhodium, andpalladium particles used as a three-way catalyst (TWC) for cleaning the exhaust gases ofautomobiles, as reviewed recently.1,2 To understand correctly the TWC activity of metal particle
and find better catalyst, the correct knowledge of reaction mechanism is indispensable. The
reaction mechanism of propene oxidation on M55 (M = Pd, Rh) was investigated theoreticallyusing the DFT calculation. Two reaction mechanisms are plausible; in one (O-attack mechanism),
the O atoms adsorbed on metal surface react with the C=C double bond of propene, and in theother (the H-transfer mechanism) the reaction is initiated by C-H bond cleavage of propene
methyl group.
DFT was used under periodic boundary condition using PBE-D3 functional. VASP program
was employed. Transition state was searched using the climbing image nudged elastic band (CINEB) and dimmer methods.
The O-attack mechanism needs a large Ea(38.4 kcal/mol) with moderate endothermicity(E = 3.8 kcal/mol) in Pd55(O)2, indicatingthat this reaction is possible at hightemperature (Fig.1). In the Rh case, the Oattack reaction is significantly endothermic(E = 28.6 kcal/mol), suggesting that thisreaction does not occur even at hightemperature.
In the H-transfer mechanism by
Fig.1 O-attack mechanism by Pd55.
Pd55(O)2 (Fig.2), the reaction occurs throughthe first C-H activation of the propene methyl group to afford -allyl and OH species, the OH
reaction with the -allyl to afford ally alcohol CH2=CHCH2(OH), the second C-H activation of
the CH2OH group to afford OH-substituted -allyl CH2=CHCH(OH) and OH species, and protontransfer from the OH group of CH2=CHCH(OH) to the OH species adsorbed on Pd surface toafford acrolein and water molecules with regeneration of Pd55. The rate-determining step is thesecond C-H activation of the CH2(OH) group of allyl alcohol, the Ea of which is moderate (17.4
kcal/mol), indicating that the propene oxidation occurs much more easily via the H-transfer― 109 ―

Ⅳ

研究業績（2019）mechanism than the O-attack
one. In the H-transfer
mechanism by Rh55(O)2, theC-H activation of propene
methyl group occurs via
oxidative addition to the Rh
surface, to afford -allyl andhydride-like H species on the
Rh surface, followed by thereaction of the H with the O
atom to afford OH group.
Fig.2 H-transfer mechanism by Pd55.
After this step, the reaction
occurs in the same mechanism as that by Pd55(O)2. The rate-determining step is the second C-H
activation of the CH2(OH) group, the Ea of which is very large (34.4 kcal/mol). These results
indicate that Pd particle is better catalyst for propene oxidation than Rh particle, which isconsistent with the experimental finding. The larger Ea of the Rh case than that of the Pd casearises from the stronger Rh55-OH bond than the Pd55-OH bond.
Important is the reason why the Rh55-OH bond is stronger than the Pd55-OH bond. The dvalence band-top of Rh55 is calculated at
higher energy than that of Pd55 (Scheme 1).
Accordingly, the Rh55-OH bond is stronger
than the Pd55-OH bond. As a result, thetransition state for the second C-H
activation exists at higher energy in Rh
case than in Pd case, which is the reason
why Rh55(O)2 is less active than Pd55(O)2
for propene oxidation. Also, the strong
Rh55-H and Rh55-O bonds are the reason
why the first C-H activation occurs in a Scheme 1 Representation of bonding interaction
stepwise manner in the Rh case. In the Pd between X (X= H, O, and OH) species and M55(M = Pd, Rh) particle.
case, on the other hand, this C-H activation
occurs in a one-step heterolytic manner because the Pd55-H and Pd55-O bonds are not strong.
Thus, it should be concluded that one important factor for catalytic propene oxidation isthe energy of d-valence band-top. The higher energy d-valence band-top of Rh55 than that of Pd55
arises from the fact that the 4d orbital energy becomes lower as going from the left-hand side to
the right-hand side in the periodic table. Hence, we wish to propose that the M-OH bond energy
and metal d-valence band-top energy of metal particle are important properties for propene
oxidation catalysis.

― 110 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

2. Original papers
Bo Zhu, Masahiro Ehara and Shigeyoshi Sakaki“Propene oxidation catalysis and electronic structure of M55 particles (M = Pd or Rh): differences
and similarities between Pd55 and Rh55”
Phys. Chem. Chem. Phys., 22(21), 1749–12324 (2020).
3. Presentation at academic conferences(1) 朱 博；江原 正博；榊 茂好
Reaction Mechanism of Propene Oxidation on M55 Cluster (M= Pd, Rh): Theoretical Study ofDifferences between Pd and Rh Clusters
分子科学研究所（第22回理論化学討論会）
令和 元 年 7 月(2)朱 博；江原 正博；榊 茂好Electrocatalytic Activity of M13@Pt42 (M = Ni, Co) toward Oxygen Reduction Reaction
名古屋大学（第13回分子科学討論会）
令和 元 年 9 月(3)朱 博；江原 正博；榊 茂好
Propene Oxidation on M55 Particle (M= Pd or Rh): Theoretical Study of Reaction Mechanismand Differences in Catalytic Activity between Pd55 and Rh55
Materials Research Meeting 2019
令和 元 年 12 月

4. Others
朱 博；江原 正博；榊 茂好
Propene Oxidation on M55 Particle (M= Pd or Rh): Theoretical Study of Reaction Mechanismand Differences in Catalytic Activity between Pd55 and Rh55
第 17 回 京都大学 福井謙一記念研究センターシンポジウム
令和 2 年 1 月― 111 ―

Ⅳ

研究業績（2019）山本 憲太郎
研究フェロー（高塚グループ）

１．今年度の研究の要約
今年度は，Mn 酸化物系における非断熱電子動力学的な電荷分離，およびそれに基づく水分解の機構の理論的研究を行った．
【序】光触媒的な電荷分離は，光エネルギーを化学エネルギーとして捕捉するための引き⾦となる重要な反応である．天然光合成系では，式(1)に⽰すように，⽔の光分解によってプロトンと電⼦を取り出し，電荷分離状態を実現し，その副⽣成物として酸素分⼦を放出する.
2H2O + 4ℎ𝜈𝜈 → 4H+ + 4e‒ + O2

(1)

⾃然界でこの反応を担うのは photosystem II (PSII) であり，特に⽔分解はその中の Mn
クラスターに触媒される．最近の実験では，⾼強度 X 線による動⼒学の追跡が可能になってきており，[1,2]

その時間分解能は電⼦やプロトンの運動の時間スケール (fs オーダー) に達している．にもかかわらず，⼀連の反応の理解は，ほぼ静的な量⼦化学計
算によっている．本研究では，⾮断熱電⼦動⼒学理論 [3] に⽴脚して，上述の PSII や
⼈⼝光合成系に適⽤可能な基本的な化学的プロセスを確⽴すること，そしてこのような反応の動⼒学に基づく理解を⽬指した.
本研究では，類似する基本的な化学的プロセス[4] に基づく２種類の⽔分解機構を提案した．ひとつは⼆核 Mn 錯体による光励起状態の機構である．これは，⼈⼝光合成系の理解やデザインに有⽤である．もうひとつは，四核 Mn 錯体による基底状態の機構である．これは天然光合成系における⽔の分解の機構解明に役⽴つ．

― 112 ―

Ⅳ

研究業績（2019）【⼆核 Mn 錯体による光励起状態⽔分解の動⼒学的機構】3 種類の基本的な化学的プロセス，すなち charge-separation (CS), electronproton reloading (RL), Mn reduction (MR) によって駆動される⽔分解サイクルを考える．
分⼦系での実現可能性を調べるために，Fig. 1に⽰すような⼆核 Mn 錯体のモデル系を⽤いる．このモデル系は，Mn2(OH)(HCOO)(H2O)2,(electron‒proton donor, EPD) 分⼦内分極した 4-aminophenol (electron acceptor, EA),
imidazole (proton acceptor, PA), そ し て
6H2O (electron‒proton resources, EPR) からなる． この研究は，我々の⽔分解サイクルに対する“bottom-up approach”の発展のひとつ

Fig. 1. Schematic representation of themodel system of binuclear Mn oxo
complex, in which EPDBf, EA, PA, EPR
denote electron-proton donor andbuffer, electron acceptor, proton
acceptor, and electron-proton resources,
respectively.

である．すなわち，単核 Mn 錯体のモデル系[4] に Mn 錯体を加えることにより，モデル系が拡張されている．
動⼒学計算は，path-branching representation に基づく. [3] この理論では，電⼦波
束��R, r, 𝑡𝑡� � ∑� 𝐶𝐶� �𝑡𝑡�Φ� ��; 𝐑𝐑�𝑡𝑡�� が反応経路に沿って時間発展する．ここで，R, r, t はそれぞれ原⼦核，電⼦，時間の座標である．Φ� ��; 𝐑𝐑�𝑡𝑡��は核座標𝐑𝐑�𝑡𝑡�をパラメータとする量⼦化学計算によって求められる．電⼦の運動⽅程式は次式で表される．
ℏ�
∗
����
�
� ��𝑌𝑌��� � 𝑌𝑌��� ��𝐶𝐶�
𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖�� � ��𝐻𝐻�� � 𝑖𝑖𝑖 � 𝜕𝜕�� 𝑋𝑋��
4

�
�
�
����
�
ここで，𝐻𝐻�� は電⼦の Hamiltonian で，𝑋𝑋�� � 〈Φ� |𝜕𝜕𝜕� /𝜕𝜕𝜕𝜕� 〉, 𝑌𝑌��� � 〈Φ� |𝜕𝜕 � Φ� /𝜕𝜕𝜕𝜕�� 〉である．また，原⼦核は force matrix 𝐹𝐹�� � 〈Φ� �𝜕𝜕𝐻𝐻 ���� /𝜕𝜕𝜕𝜕� �Φ� 〉に駆動される．

― 113 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

この⽔分解サイクルの各プ
ロセスのうち，Mn の酸化または還元を伴うもの (CR が 4 種，
RL が 2 種, MR が 4 種) について，⾮断熱電⼦動⼒学を計算した．これら全てにおいて
coupledprotonelectronwavepacket transfer (CPEWT)[4] によって反応が進⾏する
ことがわかった．ここでは，このサイクルの最初から 3 つ，すなわち CS → RL → CS につFig. 2. Spatial distribution of the unpaired electron density
いて⽰す．Fig. 2 に，これら 3
along the paths of (a) first CS, (b) RL, and (c) second CS.
つの反応の経路に沿った不対電⼦密度の時間変化をそれぞれ⽰す．最初の CR では，単核Mn 錯体の場合と同様に, [4] Mn の光励起に伴ってプロトンと電⼦が別々の経路を通って別々の場所，すなわち分⼦内分極した 4-aminophenol の O 原⼦と Rydberg-like statesにそれぞれ移動する (Fig. 2a)．そして RL では，⽔素結合ネットワークを介したプロト
ンリレーとカップルして，Mn 錯体内での電⼦移動が起こる (Fig. 2b)．これにより，2番⽬の CS が最初のそれと同じように起こるようになる (Fig. 2c)．これらの計算結果
から，⼆核 Mn 錯体では，外部から電⼦およびプロトンを補給することなく２回連続の電荷分離が可能であることが⽰された．以上より，２回の電荷分離の後に MR によって過酸化⽔素 H2O2 が⽣成し，さらに２回の電荷分離の後に同様に O2 が⽣成することにより，式(1)の⽔分解サイクルが⼀周する．
【四核 Mn 錯体による基底状態⽔分解の動⼒学的機構】

⼆核 Mn 錯体の場合と同様に，四核錯体についても 3 種類の基本的な化学的プロセス (CS，RL, MR) によって駆動される⽔分解サイクルを考える．
ただし，モデル系の構築においては，
⾃然界の⽔分解系と直接的な対応が⾒出せるように，PSII の⽔分解錯体である Mn4CaO5 の状況をあらわに取り込む．具体的には次の通りである. i)
PSII では，アンテナ分⼦が光酸化され，⽔分解⾃体は全て基底状態で進⾏すると考えられている．そのため，電 Fig. 3. Schematic representation of the model
荷 分 離 の 機 構 は よ り 単 純 な photo- system of tetranuclear Mn oxo complex, in which
induced 型 [4] で は な く ， collision- EPD, EA, PA, EPR denote electron-proton
induced 型[6]を考える．ii) 4 つの Mn donor, electron acceptor, proton acceptor, andが 3 + 1 の⾮対称な構造を持つことに electron-proton resources, respectively.
より，Mn イオンに何らかの役割分担があることが⽰唆されている．ここでは，“3”が RL だけを担い，“1”が CS だけを担うとする．iii) PSII では，普通の条件では H2O2 は観測されないので，本モデル系でもそ― 114 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

れを仮定する．⼆核錯体では外部からのプロトンおよび電⼦の補給なしに２回連続の電荷分離が可能であることから類推すると，四核錯体では４回連続，すなわち１サイクル
分まとめて電荷分離を起こすことが可能と考えられる．
⼆核の場合と同様に 3 種類の基本的な化学的プロセス，
すなち charge-separation (CS),electron-proton reloading (RL), Mn reduction (MR) によって駆動される⽔分解サイクルを考える．分⼦系での実現可能性を調べるために，Fig. 3 に⽰すような四核 Mn 錯体のモデル系を⽤いる．このモデル系は，Mn4CaO5(H2O)を含む錯体 (EPD)，imidazole(PA) 4-aminophenol (EA),そして 2H2O (EPR)からなる．ただし，図では四核 Mn 錯体の構造や酸化状態を調整する carboxy group が省略されていることに注意されたい．
この⽔分解サイクルの各プロセスのうち，Mn の酸化または還元を伴うもの (CR が4 種，RL が 3 種, MR が 4 種) について，⾮断熱電⼦動⼒学を計算した．これら全てにおいて CPEWT によって反応が進⾏することがわかった．ここでは，その中から最初
から 3 つ，すなわち CS → RL → CS について⽰す．Fig. ４に，これら 3 つの反応の経路に沿ったプロトンおよび電⼦移動についてそれぞれ⽰す．最初の CR では，Mn(4)から phenoxy radical への電⼦・プロトン移動の結果 phenol に還元される (Fig. 4a) 反応物である phenoxy radical は，外部のアンテナ分⼦ (XEA) の光酸化に伴って⽣じたものである．そして RL では，⽔素結合ネットワークを介したプロトンリレーとカップ
ルして，Mn 錯体内での電⼦移動が起こる (Fig. 4b)．これにより，2 番⽬の CS が最初のそれと同じように起こるようになる (Fig. 3c)．このようにして，四核 Mn 錯体では，
外部から電⼦およびプロトンを補給することなく４回連続の電荷分離が可能であることがわかった．
以上より，４回の電荷分離の後に４回の MR によって O2 が⽣成する⽔分解サイクル(式(1))が可能なことが⽰された．この結果は，⾮常に複雑に⾒える⽔分解の機構が，実は 3 種類の単純な基本的化学原理 (CS, RL, and MR) に分解して考えられることを⽰
唆する．特に，PSII の四核 Mn 錯体のいわゆる “3+1” の⾮対称構造は，無理な構造変化なしに 4 回の電荷分離を実現させるための鍵となる．我々が動⼒学的に⾒出した“3+1” の役割分担は，“3”が proton electron reloading (RL), “1”が charge separation (CS)である.[7] 以上、PSII の⽔分解における四核 Mn 錯体による触媒サイクルの化学動⼒学
的全体像と基本的な機構が明らかになった.
【参考⽂献】[1] M. Suga et al., Nature, 543, 131 (2017).

― 115 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Fig. 4. Electron and proton dynamics along the SET path of (a) first CS, (b) first RL, and (c)second CS. For CSs, unpaired electron density (yellow contour mesh) is superposed to show
the phenoxy radical turns to the phenol.

[2] J. Kern et al., Nature, 563, 421 (2018).
[3] T. Yonehara, K. Hanasaki, and K. Takatsuka, Chem. Rev., 112, 499 (2012).
[4] K. Yamamoto and K. Takatsuka, Chem. Phys. Phys. Chem., 20, 6708 (2018).
[5] K. Yamamoto and K. Takatsuka, J. Chem. Phys., 152, 024115 (2020).
[6] K. Yamamoto and K. Takatsuka, Phys. Chem. Chem. Phys., 20, 12229 (2019).
[7] K. Yamamoto and K. Takatsuka, Phys. Chem. Chem. Phys., 22, 7912 (2020).

2. 論文(1) Kentaro YAMAMOTO and Kazuo TAKATSUKA,“Binuclear Mn oxo complex as a self-contained photocatalyst in water-splitting cycle: Roleof additional Mn oxides as a buffer of electrons and protons”
J. Chem. Phys. 152, 024115 (2020)(2) Kentaro YAMAMOTO and Kazuo TAKATSUKA,“Charge separation and successive reconfigurations of electronic and protonic states in awater-splitting catalytic cycle with the Mn4CaO5 cluster. On the mechanism of water
splitting in PSII”
Phys. Chem. Chem. Phys. 22, 7912-7934 (2020)― 116 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

3. 学会発表[1] ○Kentaro Yamamoto and Kazuo Takatsuka "A Chemical Mechanism of Unidirectional Proton
Transfers Driven by Coupled Proton and Electron-Wavepacket Transfers", Asia-Pacific
Association of Theoretical and Computational Chemists, Sydney, Australia, 2019/9/30-10/03,
IC006 (invited talk).
[2] ○山本憲太郎，高塚和夫 "二核 Mn 錯体に触媒される光水分解サイクルについて: 追加の Mn 酸化物の電子—プロトンバッファとしての役割", 第 13 回分子学討論会, 名古屋 2019/9/17-20 3L07.
[3] ○山本憲太郎，高塚和夫 "一方向的なプロトン移動の化学的な機構について: 非断熱
電子動力学による研究", 第 22 回理論化学討論会, 北海道 2019/5/27-29 1L08.
[4] ○Kentaro Yamamoto “On the Fundamental Chemical Mechanism of Water-Splitting Cycle
Catalyzed by Mn Oxo Complexes” 17th Fukui Center Seminar, Kyoto, 2019/12/13.

― 117 ―

Ⅳ

研究業績（2019）新崎康樹

研究フェロー（高塚グループ）
1. 今年度の研究の要約
今年度は個々の断熱状態が意味をなくすほど強く非断熱相互作用する電子状態に発生する
動力学的性質およびそのような系での結合様式の時間発展の記述、特徴の抽出に関する理論研究を、ホウ素クラスター系を題材に行った。
【概要】

これまで電子状態の断熱描像、その描像における非断熱相互作用は化学反応の解釈に重要な役割を果たしてきた。一方で分子に内在する非断熱相互作用や外場によるその制御の研究が進むにつれて、従来の断熱電子状態という描像ではとらえきれないような状態を考える可能性が出てきた。特に、ポテンシャル面上の静的な原子核配置ととらえられる通常の化学結合とは全く異なる、電子状態が密集する高電子励起状態において原子核が運動し続けることによる非断熱相互作用によって維持される結合状態、「超共鳴状態」が見いだされた。行く行くはこのような状態を反応場として利用する新規な化学反応の開発に繋げたい。従来の解析方法ではこれら新規な電子状態の動的性質や特徴を抽出するのに不十分であり、新たな解析方法が必要となる。
【方法論】

原子核の時間発展と同時に、多くの断熱電子状態が強く相互作用する電子状態が時間発展する系を理論計算により取り扱いたい。まずはそのような扱いを最も簡単に実現できる半古典エーレンフェスト理論による動力学計算を行う。ここでは断熱電子状態ではなく、電子の配置状態関数（CSF）を基底として電子状態を展開し、その展開係数

を時間発展させることで非断熱相互作用の強い系を必ずしも断熱状態で記述することなく扱う。
(1)

原子核座標

はその電子状態の平均場フォースに駆動されるとする。
(2)

平均場フォースは(3)によって計算される（最後の項は CSF 基底ハミルトニアンの空間微分）。このとき電子、原子核の時間発展はともに CSF 間の相互作用行列要素― 118 ―

Ⅳ

研究業績（2019）(4)の影響を受ける。電子状態、核座標の時間発展は、非対角項による CSF 間の混合の影響を強く受ける。
【ホウ素クラスターによる電子混合状態の検討】 ホウ素原子は電子が 5 つであり、2p 軌道に電子が１つの基底配置をとる。そのためホウ素クラスターでは多数の安定な励起状態が密に存在し、電子励起状態では原子核の運動にともない非断熱相互作用により電子状態が強く混合される。そのような励起状態での動力学は少数の断熱状態とその間の相互作用と解釈するよりは、個々の断熱状態が区別できない混合状態と解釈することが妥当であることが先行研究で示唆されている[1,2]。また、B12
クラスターでの非断熱相互作用を含む時間発展と仮想的な断熱時間発展との比較により、非断熱相互作用がなければ解離する条件の軌跡であっても、頻繁に強く非断熱相互作用することによって解離が阻害される場合のあることが確認できた。これは実効的には強い非断熱相互作用が存在する場
合にのみ、原子核運動によって維持される「結合状態」ととらえることができる[3]。このように複雑なホウ素クラスターの高励起状態動力学は、これまでの標準的な解析手法では十分に特徴を捉えられない例となっている。
【結合状態の指標】 今年度の研究では、従来の断熱状態や分子軌道といった基底ではなく、原子核を基底に情報を集約することが、多数の混合電子状態を含む状態の結合様式の時間発展を特徴付けることに有益である示唆を得た。例えば原子核基底での電子エネルギー行列を構成すると、その非対角要素は原子核間の結合領域のエネルギーと解釈できるので、分子内の結合様式を反映すると期待できる。電子状態がいかに複雑に記述されようとも原子核数に応じた量に情報を集約できて好都合である。
例として図 1 に、B12 の時間発展中に結合の組み換えがおきる場合を、図 2 にその場合での原子核
基底電子エネルギー行列要素の時間発展を示す。行列対角要素の値は各原子がおかれている状況を反映し、非対角要素は結合の強さを反映するので、これらの図からクラスター内の結合の時間発展を見て取ることができる。

図 1: ある時刻（～25 fs、26 fs～）で結合の組み換えが起きる例。強く結合した外周の中に 3 つの原子が収まっていたものが、原子 5 と 6 の間の結合が切れ、内側の原子 2 が外周に組み込まれる。

― 119 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

図 2: 原子核基底エネルギー行列要素の時間発展。原子 5 と 6 の間の結合が切れ、原子 2 と 5 の結合が強くなる（右側）。それにつれて内側の低いエネルギー状態だった原子 2 が外周の原子と同程度のエネルギーまで上昇。外周から飛び出た原子 6 はさらに高エネルギーとなる。

さらに、結合様式の時間発展の指標として、原子核基底行列、例えば原子核基底電子エネルギー行
列の固有値と固有関数を検討している。原子数を n として、n×n 要素の原子核基底行列を対角化すると、n 要素の情報に集約できる（図 3）。この場合、外周の原子は高エネルギーなのでその結合の変化（ここでは原子 6 と 5 の間の結合の解離）は大きい固有値の固有関数の変化として、内側の原子は低エネルギーなので小さい固有値の固有関数の変化としてあらわれることが期待できる。この他、電荷密度、不対電子数、エネルギーの様々な分配の仕方による指標の検討を続けている。

図 3: B12（原子核数 12）の原子核基底電子エネルギー行列の固有値。(上) 24 fs、(下) 27 fs での原子核基底電子エネルギ
ー固有関数の符号の空間分布（赤: 正、青: 負）。

― 120 ―

Ⅳ

研究業績（2019）【参考文献】[1] T. Yonehara and K. Takatsuka, J. Chem. Phys. 137, 22A520 (2012).
[2] T. Yonehara and K. Takatsuka, J. Chem. Phys. 144, 164304 (2016).
[3] Y. Arasaki and K. Takatsuka, J. Chem. Phys. 150, 114101 (2019).

2. 論文(1) Yasuki ARASAKI and Kazuo TAKATSUKA,“Chemical bonding and nonadiabatic electron wavepacket dynamics in densely quasidegenerate excited electronic state manifold of boron clusters”
J. Chem. Phys. 150, 114101 (2019, 18 pages).

― 121 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Kota Hanasaki
Research fellow (Takatsuka group)
1. Summary of the research of the year
Relativistic theory of electron-nucleus-radiation coupled dynamics in molecules
Progress in experimental techniques has been realizing real-time observation and control of electron
dynamics in pulsed laser fields of unconventional intensity and ultrashort duration [1, 2]. Theoretical analysesof experiments in such unconventional environment require through understanding of underlying physics andefficient ab initio calculation techniques. One of the most intriguing newly realized fields of physics is
relativistic electron dynamics in atoms and molecules [3, 4]. Since 2018, we have worked on formulation ofrelativistic theory of electron-nucleus coupled dynamics.
Electrons accelerated close to the speed of light exhibit a variety of relativistic effects [3, 5-8] including(a) kinematic single-particle relativistic effects such as mass enhancement, (b) manifestation of bispinor
properties exemplified by the spin-orbit coupling and (c) electrodynamical effects arising from enhanced
coupling to electromagnetic fields such as bremsstrahlung, Compton scattering and pair creation etc.. In
quantum chemistry, electrons in heavy atoms have long been known to exhibit relativistic effects due to strong
Coulombic attraction of the nucleus with large atomic number Z [8]. According to Ref. 9, the static chemical
properties of those atoms are most strongly affected by relativistic orbital shrinkage (s and p orbitals) anddiffusion (d and f orbitals) and/or by the spin-orbit coupling [9,10], all of which originate from single-particle
relativistic effects ((a) and (b)) and Coulombic many-body effects. The framework of the Dirac-Coulomb-Breit
Hamiltonian formalism [8] has therefore been most successfully worked in relativistic quantum chemistry.
On the other hand, the new type of relativistic electrons in ultrastrong laser fields [3,4] dynamicallyemerge from direct acceleration in a vector potential of relativistic strength. Characteristic behaviors of thoseelectrons, including magnetic distortion of trajectories [11], nonlinear multiphoton scattering [12] and radiation
reactions [13] etc., arise from enhanced coupling to electromagnetic fields ((c)). For analysis of such dynamical
effects, the Dirac-Coulomb-Breit Hamiltonian formalism, which has been proven to be so powerful in static
property calculations, is insufficient since it does not include radiation field dynamics or the relativistic theoryof electron-radiation coupling. We therefore started from reformulation of electron-nucleus coupled dynamics
based on quantum electrodynamics (QED) [5-7, 14-17].
In 2018, we have worked on path-integral formulation of relativistic electron-nucleus-radiation coupled
dynamics [18] starting from the QED Lagrangian and Hamiltonian. We have formulated a path integral for
relativistic electron-nucleus coupled dynamics using the perturbatively constructed effective Hamiltonian.
Details of this approach have been published in Ref. 18 and also reported in the FIFC annual report 2018.
The effective Hamiltonian path-integral approach is based on the standard covariant perturbation theory
in QED [7]. It follows that the applicability of this theory is limited to perturbative dynamics. We consider that― 122 ―

Ⅳ

研究業績（2019）the applicability should extend to dynamics induced by ultrastrong hard X-ray laser fields [19] in which,because of large energy of hard X-ray photons, the vector field amplitude often remains within a perturbative
scale [20]. On the other hand, perturbative approaches break down in ultrastrong infrared laser fields [3,4]. We
have thus embarked on a formulation of non-perturbative approach.
In order to describe QED radiation-field dynamics without using the standard covariant perturbation
theory, we use the Tamm-Dancoff (TD) expansion [21-24]. The TD theory uses a systematic real-time
expansion of electron-radiation coupled state dividing the infinite dimensional QED Fock space into sectors
with a fixed number of electrons and photons. In this formulation, electron-electron interactions, for example,
are described as emission of real photon by an electron followed by absorption by another. TD formulation
thus provides complementary picture to the standard perturbation expansion where the electron-electroninteraction is treated as a retarded interaction via virtual photon exchange. The conventional TD approach,however, is known to have problem in strict covariance of the theory since truncation of higher order sector
violates the covariance [25]. Possible effects arising from this problem are discussed in Ref. [26]. There is noapparent problem in our formulation presented below, though we consider that the validity of our theory mustbe numerically tested in the future.
We use the Coulomb gauge and decompose the QED Hamiltonian into the zeroth order part (the��electronic mean-field Hamiltonian plus the radiation Hamiltonian), 𝐻𝐻� � 𝐻𝐻��
� 𝐻𝐻��� and the interaction��
part, 𝐻𝐻���
in the manner shown in the path-integral approach [18] (also see Ref. [26]). The latter consists of��transversal electron-radiation coupling 𝐻𝐻���� �𝑞𝑞� � � � 𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥 � 𝜶𝜶𝜶𝜶 𝜶 𝜶𝜶 and the Coulombic mean-field����
correction terms. We can first limit 𝐻𝐻���
to the transversal part 𝐻𝐻���
in the operator expansion step and later

recover the effects of Coulombic term [26].

We label the TD sector by triplet �𝑛𝑛� , 𝑛𝑛� , 𝑛𝑛�� �, which represents the sector with 𝑁𝑁� � 𝑛𝑛� electrons,𝑛𝑛� positrons and 𝑛𝑛�� photons. The TD amplitude of the (0,0,0) sector is defined by𝐹𝐹���� ��𝒙𝒙�� � ⟨0|𝑥𝑥�𝑥𝑥� �𝜓𝜓�𝑥𝑥� � ⋯ 𝑥𝑥�𝑥𝑥�� �|Ψ� ⟩,(1)where �𝒙𝒙� ≐ �𝒙𝒙� , 𝒙𝒙� , ⋯ , 𝒙𝒙�� � represents a set of electronic coordinates, |Ψ� ⟩, ⟨0|, and 𝜓𝜓�𝑥𝑥� � represent thestate vector, vacuum and the Fermionic operator in the interaction representation, respectively, whereas 𝑥𝑥� ≐���, 𝒙𝒙� � is a four-dimensional coordinate of the i th electron (note that TD amplitude is an equal-time
representation of the system and all the time-like coordinates are the same). Time evolution of the TD
amplitude is given as𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖� 𝐹𝐹���� � ⟨0|�𝜓𝜓�𝑥𝑥� �𝜓𝜓�𝑥𝑥� � ⋯ , 𝐻𝐻� �|Ψ� ⟩ � ⟨0|𝑥𝑥�𝑥𝑥� �𝜓𝜓�𝑥𝑥� � ⋯ 𝐻𝐻��� |Ψ� ⟩,(2)which expands as
�� 𝐹𝐹���� � ∑𝒌𝒌��∑���� 𝜀𝜀𝒌𝒌� �𝒙𝒙� �� � 𝒥𝒥 � 𝜀𝜀𝒌𝒌�𝑥� �𝐹𝐹���� ��𝒙𝒙�; 𝒌𝒌𝒌𝒌�
𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖� 𝐹𝐹���� � 𝐻𝐻
�𝒌𝒌

� ∑𝒌𝒌� ∑�� � � � ��𝜀𝜀�� �𝒚𝒚���� 𝐹𝐹���� ��𝒙𝒙�; 𝒚𝒚, 𝒚𝒚, 𝑖𝑖, �; 𝒌𝒌𝒌𝒌�
�

�

(3)

��� ℏ
𝑒𝑒
and 𝜀𝜀𝒌𝒌� ≡ 𝜀𝜀𝒌𝒌�� 𝛼𝛼 � 𝑒𝑒 �𝒌𝒌𝒚𝒚 , with 𝑒𝑒�� (𝒌𝒌 � �,�) being the polarization vector ofwhere 𝜀𝜀𝒌𝒌�� ≡ 𝑞𝑞� ���
𝒱𝒱𝒱𝒱 𝒌𝒌����transversal photon with wavenumber 𝒌𝒌, represents the electron-photon coupling, whereas 𝒥𝒥𝒌𝒌 is the spatial
Fourier transformation of the vacuum polarization 𝒥𝒥 � �𝑥𝑥 � ≡ ����� ⟨�|��� ����� ������ ������ ���|�⟩���� . Newly― 123 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

introduced amplitudes 𝐹𝐹���� and 𝐹𝐹���� represent the TD amplitudes of the (001) and (111) sectors, defined as𝐹𝐹���� ��𝒙𝒙�; 𝒌𝒌𝒌𝒌� ≡ ⟨0|𝜓𝜓�𝑥𝑥� �𝜓𝜓�𝑥𝑥� � ⋯ 𝑎𝑎�� |Ψ� ⟩

and

(4)

𝐹𝐹��� ��𝒙𝒙�; 𝒚𝒚� , 𝒚𝒚� ; 𝑖𝑖� , 𝑗𝑗� ; 𝒌𝒌𝒌𝒌� ≡ ⟨0|𝜓𝜓�𝒙𝒙� �𝜓𝜓�𝒙𝒙� � ⋯ �𝜓𝜓�� �𝒚𝒚� , 𝑡𝑡��� �𝜓𝜓� �𝒚𝒚� , 𝑡𝑡�� 𝑎𝑎𝒌𝒌� �𝑡𝑡�|Ψ� ⟩,�

respectively. We then proceed to solve the equations of motion of 𝐹𝐹���� and 𝐹𝐹���� .

��

(5)

In principle one can continue such expansion to infinite order, however, here we derive the lowest

nontrivial result by truncating all but these three sectors. Truncated equation of motion of 𝐹𝐹 ��� reads
� ∗
∗
���
�� 𝐹𝐹 ��� � ∑𝒌𝒌��∑ℓ�Λ� 𝜀𝜀𝒌𝒌��𝒙𝒙ℓ �� � �𝒌𝒌 𝜀𝜀𝒌𝒌�� ��𝑡𝑡��� ���𝑡𝑡����(6)𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖� 𝐹𝐹���� ��𝒙𝒙�; 𝒌𝒌𝒌𝒌� � �� �𝐹𝐹��� � ������� 𝐹𝐹
� ⟨0|𝜓𝜓�𝑥𝑥� �𝜓𝜓�𝑥𝑥� � ⋯ |Ψ� ⟩𝛿𝛿 �𝒚𝒚� � 𝒚𝒚� �𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖� 𝐹𝐹� � 𝒙𝒙 ; 𝒚𝒚� , 𝒚𝒚� ; 𝑖𝑖� , 𝑗𝑗� ; 𝒌𝒌𝒌𝒌� � �� �Λ� 𝜀𝜀𝒌𝒌� �𝒚𝒚� �Λ� ��� �� � ∑ℓ�Λ� 𝜀𝜀�� �𝒙𝒙ℓ �Λ� ��ℓ �� 𝛿𝛿 � �𝒙𝒙ℓ � 𝒚𝒚� �𝐹𝐹 ��� |�ℓ ��� � ��𝑡𝑡��� ���𝑡𝑡���� (7)where ��𝑡𝑡��� ���𝑡𝑡���� indicates a collection of terms that contain amplitudes of sectors other than (000) ,(001) and (111), which are truncated here.

Formally solving the truncated equations Eqs.(6) and (7) and substituting back into Eq.(3) and also

restoring all Coulombic contributions, we finally obtain formal equation for 000 sector (see Ref. 25 for details)
��𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖� 𝐹𝐹���� ��𝑥𝑥 �� � �∑����� � � �𝜀𝜀𝒌𝒌� �𝒙𝒙� ��𝒌𝒌� ��ℓ������� 𝑊𝑊���
� � 𝑉𝑉� �𝐹𝐹���� ��𝑥𝑥��� 𝑑𝑑𝑡𝑡 �����𝒌𝒌 ����� �∗ � �𝒙𝒙ℓ ��ℓ� 𝐹𝐹����� �𝑑𝑑 � 𝒙𝒙� � 𝑆𝑆 � �𝒙𝒙� , 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡� � , 𝑡𝑡 � ��𝜀𝜀𝒌𝒌�� ��𝒙𝒙𝒙��� ∑ℓ � � 𝑑𝑑𝑑𝑑�� 𝑑𝑑𝑑𝑑�� � � 𝑑𝑑 � 𝜉𝜉�� 𝑑𝑑 � 𝜉𝜉 � � �𝛿𝛿 �𝜏𝜏 �� � 𝑡𝑡� � 𝛿𝛿 �𝜏𝜏�� � 𝑡𝑡���� � �𝑑𝑑 � 𝒙𝒙�� 𝑆𝑆 � �𝒙𝒙ℓ , 𝑡𝑡𝑡 𝑡𝑡�� , 𝜏𝜏�� �Σ ��� �𝜉𝜉 �� , 𝜏𝜏�� ; 𝝃𝝃� , 𝜏𝜏 � � �𝑆𝑆 � �𝑡𝑡� � , 𝜏𝜏 � � ; 𝒙𝒙�� , 𝜏𝜏�� ��𝑆𝑆 � �𝒙𝒙� , 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡�� , 𝜏𝜏�� �𝐹𝐹����� ��𝒙𝒙 �� (8)����with 𝑊𝑊��
representing the localized mean-field potential, Σ ��� being the finite part of the radiative self-energy of electrons and 𝑆𝑆 � �𝑥𝑥𝑥 𝑥𝑥� ≡ �𝑖� �0���𝜓𝜓�𝑥𝑥 �𝜓𝜓 � �𝑦𝑦���0� being the electronic Feynman propagator. Here

we have implicitly performed renormalization of divergent self-interaction terms and there remains the finite
part of radiative self-energy (see Ref. 26 for details). The obtained equation of motion, Eq. (8) consists of the

kinetic and potential terms (i.e. the Dirac Hamiltonian), the Coulombic interaction represented by 𝑉𝑉� ,transversal photon exchange, and the finite part of the radiative self-energy.

We can further include the nuclear degrees of freedom into the TD framework by formally introducing

the nuclear annihilation operator into the definition of TD amplitude and replace the electronic Hamiltonianby the total (electron-nucleus) Hamiltonian. Here we assume that, within the energy range of our interest, thenuclear velocities stay much smaller than the speed of light. Under such assumption, we can neglect all thepossible relativistic effects on the nuclear dynamics and/or the internal structure of nuclei. The TD amplitude
for the (000) sector is extended as𝐹𝐹���� ��𝒙𝒙�; 𝑹𝑹� � ⟨0|𝜓𝜓�𝑥𝑥� �𝜓𝜓�𝑥𝑥� � ⋯ 𝜒𝜒̂ �� �𝑹𝑹�� � ⋯ |Ω� ⟩(9)where 𝜒𝜒�� represents the annihilator of the 𝑖𝑖 th nucleus, |Ω� ⟩ represents the state vector of the electronnucleus coupled system. The equation of motion of thus extended amplitude becomes��� �� �
�𝑖�△� � ��� |𝑹𝑹� �𝑹𝑹� � ��� ��𝒙𝒙�;𝑹𝑹��������������������� ������,𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖� 𝐹𝐹���� ��𝒙𝒙�; 𝑹𝑹� � �Σ� ���� �| �
�

(10)

where �����𝑡𝑡��� � �𝑎𝑎𝑑𝑑𝑖𝑖𝑎𝑎𝑡𝑡𝑖𝑖�� 𝑡𝑡����� is a collection of terms essentially the same as the right hand side ofEq. (3). In this framework, we can also introduce external laser fields through including it into the zero-th order― 124 ―

Ⅳ

研究業績（2019）

Hamiltonian. Since our derived TD equation takes the form of an effective time-dependent Dirac equation, we
can formally include external fields of arbitrary intensity and integrate it step-by-step. Realistic estimation of
the upper limit of the field strength is given in Ref. 26, where the authors suggest starting from weakly
relativistic field intensity ( ∼ 10�� W/cm2 to ∼ 10�� W/cm2 for � � �00 nm infrared laser field forexample) in order to numerically verify the results.
References[1] F. Krausz and M. Ivanov, Rev. Mod. Phys. 81, 163 (2009).
[2] M. Nisoli, P. Decleva, F. Calegari, A. Palacios and F. Martín, Chem. Rev. 117, 10760 (2017).
[3] A. Di Piazza, C. Muller, K. Z. Hatsagortsyan, and C. H. Keitel, Rev. Mod. Phys. 84, 1177 (2012).
[4] G. A. Mourou, T. Tajima, and S. V. Bulanov, Rev. Mod. Phys. 78, 309 (2006).
[5] W. Heitler, The Quantum Theory of Radiation 3rd Ed. (Clarendon Press, Oxford, 1954).
[6] V. B. Berestetskii, E. M. Lifshitz and L. P. Pitaevskii, Quantum Electrodynamics (Butterworth-Heinemann, Oxford, 1982).
[7] S. Weinberg, Quantum Field Theory (Cambridge University Press, 2004).
[8] M. Reiher and A. Wolf, Reletivistic Quantum Chemistry (Wiley, Weinheim, 2015).
[9] P. Pyykko and J.-P. Desclaux, Acc. Chem. Res. 12, 276 (1979)[10] P. Pyykko, Chem. Rev. 88, 563 (1988).
[11] C. I. Moore, A. Ting, S. J. McNaught, J. Qiu, H. R. Burris, and P. Sprangle, Phys. Rev. Lett. 82, 1688 (1999).
[12] W. Yan, C. Fruhling, G. Golovin, D. Haden, J. Luo, P. Zhang, B. Zhao, J. Zhang, C. Liu, M. Chen, S. Chen, S. Banerjee and D.
Umstadter, Nat. Commun. 11 514 (2017).
[13] J. M. Cole, K. T. Behm, E. Gerstmayr, T. G. Blackburn, J. C. Wood, C. D. Baird, M. J. Duff, C. Harvey, A. Ilderton, A. S. Joglekar,
K. Krushelnick, S. Kuschel, M. Marklund, P. McKenna, C. D. Murphy, K. Poder, C. P. Ridgers, G. M. Samarin, G. Sarri, D. R. Symes,
A. G. R. Thomas, J. Warwick, M. Zepf, Z. Najmudin, and S. P. D. Mangles Phys. Rev. X 8, 011020 (2018).
[14] S. Tomonaga, Prog. Theor. Phys. 1, 27 (1946).
[15] J. Schwinger, Phys. Rev. 74, 1439 (1948) ibid. 75, 651 (1949).
[16] R. P. Feynman, Phys. Rev. 76, 749 (1949).
[17] R. P. Feynman, Phys. Rev. 76, 769 (1949).
[18] K. Hanasaki and K. Takatsuka, Phys. Rev. A 100 (5), 052501 (2019).
[19] J. Ulrich, A. Rudenko and R. Moshammer, Annu. Rev. Phys. Chem. 63, 635 (2012).
[20] A detailed discussion on the strength of electromagnetic fields in molecular dynamics can be found in, K. Hanasaki doctoral thesis,
University of Tokyo, 2014 doi/10.15083/00006594.
[21] I. Tamm, J. Phys. (U.S.S.R.) 9, 449 (1945).
[22] S. M. Dancoff, Phys. Rev. 78, 382 (1950).
[23] F. J. Dyson, Phys. Rev. 90, 994 (1953); F. J. Dyson, M. Ross, E. E. Salpeter, S. S. Schweber, M. K. Sundaresan, W. M. Vischerand H. A. Bethe, Phys. Rev. 95, 1644 (1954).
[24] M. Cini, Nuovo Cimento 10, 526 (1953); ibid. 10, 614 (1953).
[25] R. J. Perry, A. Harindranath, and K. G. Wilson, Phys. Rev. Lett. 65, 2959 (1990).
[26] K. Hanasaki and K. Takatsuka, J. Chem. Phys. 151 (8), 084102 (2019).

2. Original papers(1) Kota HANASAKI and Kazuo TAKATSUKA“Relativistic theory of electron-nucleus-radiation coupled dynamics in molecules:
Wavepacket approach”
J. Chem. Phys. 151 (8), 084102 (25 pages) (2019).
(2) Kota HANASAKI and Kazuo TAKATSUKA" Relativistic formalism of nonadiabatic electron-nucleus-radiation dynamics in molecules:
Path-integral approach”
Phys. Rev. A 100 (5), 052501 (26 pages) (2019).
3. Presentation at academic conferences― 125 ―

Ⅳ

研究業績（2019）(1) Kota Hanasaki and Kazuo Takatsuka“Theory of relativistic electron-nucleus coupled dynamics in molecules”
The 22nd Annual Meeting of Japan Society of Theoretical Chemistry, Sapporo, May 27, 2019(2) 花崎 浩太、高塚 和夫「分子における相対論的な電子動力学の定式化」
第１３回分子科学討論会 名古屋 2019/9/19 3E05
(Kota Hanasaki and Kazuo Takatsuka“Formulation of relativistic electron dynamics in molecules”
The 13th Annual meeting of Japan Society for Molecular Science, Nagoya, September 19, 2019)

4. Others(1) 花崎 浩太、 高塚 和夫「分子における相対論的動力学理論の研究」
第１７回 京都大学 福井謙一記念研究センターシンポジウム、京都、2020/1/31, P07(Kota Hanasaki and Kazuo Takatsuka“Study of relativistic dynamics theory for molecular systems”
The 17th symposium of Fukui Institute for Fundamental Chemistry, Kyoto, Jan. 31, 2020)― 126 ―

Ⅴ

Ⅴ

資料（2019）

資料

１．研究業績一覧 2019（平成 31/ 令和元）年度
Volume(Number),first page tolast pageyear

Chem. Phys. Lett.

715, 239-243

2019

Absence of delayed fluorescence andtriplet–triplet annihilation in organic lightemitting diodes with spatially orthogonal
bianthracenes

J. Mater. Chem. C

7, 2541-2547

2019

Force-Induced Dissolution of Imaginary
Mode in Mechanochemical Reaction:
Dibenzophenazine Synthesis

J. Phys. Chem. C

123, 2158121587

2019

1

Naoki Haruta, Paulo Filho
Marques de Oliveira, Tohru
Sato, Kazuyoshi Tanaka, andMichel Baron

Force-Induced Dissolution of Imaginary
Mode in Mechanochemical Reaction:
Dibenzophenazine Synthesis

J. Phys. Chem. C

123(35), 2158121587

2019

2

Takamasa Tsukamoto, Naoki
Haruta, Tetsuya Kambe,
Akiyoshi Kuzume, and Kimihisa
Yamamoto

Periodicity of molecular clusters based onsymmetry-adapted orbital model

Nature Commun.

10, 3727

2019

3

Yusuke Inomata, Ken Albrecht,
Naoki Haruta, and Kimihisa
Yamamoto

Dendrimer-Templated Synthesis andCharacterization of Tin Oxide Quantum Dots
Deposited on a Silica Glass Substrate

Chem. Mater.

31(20), 83738382

2019

4

Akiyoshi Kuzume, Miyu
Ozawa, Yuansen Tang, Yuki
Yamada, Naoki Haruta, andKimihisa Yamamoto

Ultrahigh sensitive Raman spectroscopy for
subnanoscience: Direct observation of tinoxide clusters

Science Adv.

5(12), eaax6455

2019

J. Phys. Chem. A

123(26), 56495659

2019

№

Authors

Title

Journal1

Y. Kojima, W. Ota, K. Teramura,
S. Hosokawa, T. Tanaka, T. Sato

Model building of metal oxide surfaces andvibronic coupling density as a reactivity
index: Regioselectivity of CO2 adsorption on
Ag-loaded Ga2O3

2

Y-J. Pu, R. Satake, Y. Koyama,
T. Otomo, R. Hayashi, N.
Haruta, H. Katagiri, D. Otsuki,
D. Kim, T. Sato, T. Teranishi

3

N. Haruta, P. F. M. de Oliveria,
T. Sato, K. Tanaka, M. Baron

佐藤

春田

西本

徹

直樹

佳央

1

Yoshio Nishimoto

Time-Dependent Long-Range-Corrected
Density-Functional Tight-Binding Method
Combined with the Polarizable Continuum
Model

2

Yoshio Nishimoto

Analytic first-order derivatives of partiallycontracted n-electron valence state secondorder perturbation theory (PC-NEVPT2)

J. Chem. Phys.

151, 114103

2019

3

Yoshio Nishimoto

Locating conical intersections using thequasidegenerate partially and strongly
contracted NEVPT2 methods

Chem. Phys. Lett.

744, 137219

2020

1

Kenji Mishima, Masanori
Kaneko, Jong-Won Song, Hiroki
Kawai, Koichi Yamashita andKimihiko Hirao

Application of Accelerated Long-range
Corrected Exchange Functional [LCDFT(2Gau)] to Periodic Boundary Condition
Systems: CO Adsorption on Cu(111) Surface

J. Chem. Phys.

152, 104105

2020

2

K. Hirao, B. Chan, J-W Song, K.
Bhattarai, and S. Tewary

Excitation energies expressed as orbitalenergies of KS-DFT with LC functionals

J. Comput. Chem.

41, 1368-1383

2020

平尾

公彦

― 127 ―

Ⅴ

資料（2019）№.

Authors

Title

JournalVolume(Number),first page tolast pageyear

3

Chan, Bun; Kawashima, Yukio;
Dawson, William; Katouda,
Michio; Nakajima, Takahito;
Hirao, Kimihiko

A Simple Model for Relative Energies
of All Fullerenes Reveals the Interplay
Between Intrinsic Resonance and Structural
Deformation Effects in Medium-Sized
Fullerenes

J. Chem. Theory
and Computat

15, 1255–1264

2019

4

Dae-Hwan Ahn, Takeshi Sato,
Jong-Won Song, and KimihikoHirao

1.       Importance of van der Waals
descriptions on accurate isomerization energy
calculations of thiourea compounds: LCgauBOP+LRD method

J. Phys. Chem. A.

123 7034-7041

2019

5

El-Abed Haidar, Sherif A.
Tawfik, Catherine Stampfl,
Kimihiko Hirao, Kazunari
Yoshizawa, Safinaz H. ElDemerdash, Takahito Nakajima,and Ahmed M. El-Nahas

Electronic Transport Investigation of RedoxSwitching Azulenequinones/Hydroquinones
via First-Principles Studies

Phys. Chem.
Chem. Phyts.

21, 17859-17867

2019

6

Bun Chan, Yukio Kawashima
and Kimihiko Hirao

The reHISS Three-Range Exchange
Functional with an Optimal Variation ofHartree–Fock and Its Use in the reHISSB-D
Density Functional Theory Method

J. Comput.
Chem. (Memorial
Festschrift for
Keiji Morokuma)

40, 29-38

2019

7

Jong-Won Song and Kimihiko
Hirao

Accelerated Long-range Corrected Exchange
Functional Using a Two-Gaussian Operator
combined with One-parameter Progressive
Correlation Functional [LC-BOP(2Gau)]

J. Comput.
Chem. (Memorial
Festschrift for
Keiji Morokuma)

40, 104-112

2019

永瀬

茂

1

T. Y. Lai, J. –D. Guo, J. C.
Fettinger, S. Nagase, and P. P.
Power

Facile Insertion of Ethylene into a Group 14
Element-Carbon Bond: Effects of HOMOLUMO Energy Gap on Reactivity

Chem. Commun.

55, 405-407

2019

2

Y. Maeda, K. Kuroda, H.
Tambo, H. Murakoshi, Y.
Konno, M. Yamada, P. Zhao, X.
Zhao, S. Nagase, and M. Ehara

Influence of Local Strain Caused by
Cycloaddition on the Band Gap Control
of Functionalized Single-Walled Carbon
Nanotubes

RSC Adv.

9, 13998-14003

2019

3

Y. -X. Zhao, M. -Y. Li, Y. –M.
Xiong, S. Rahmani, K. Yuan, R.
-S. Zhao, M. Ehara, S. Nagase,and X. Zhao

Pivotal Role of Nonmetal Atoms in the
Stabilities, Geometries, Electronic Structures,and Isoelectronic Chemistry of Sc3X@C80(X = C, N, and O)

J. Comput. Chem.

40, 2730-2738

2019

4

Y. Maeda, H. Murakoshi, H.
Tambo, P. Zhao, K. Kuroda, M.
Yamada, X. Zhao, S. Nagase,and M. Ehara

Thermodynamic Control of Quantum Defects
on Single-Walled Carbon Nanotubes

Chem. Commun.

55, 13757-13760

2019

Force-Induced Dissolution of Imaginary
Mode in Mechanochemical Reaction:
Dibenzophenazine Synthesis

J. Phys. Chem. C

123(35), 2158121587

2019

Electronic Processes in NO Dimerization
on Ag and Cu Clusters: DFT and MRMP2StudiesJ. Comput. Chem.

40, 181–190

2019

田中

一義

1

N. Haruta, P. F. Marques deOlivieira, T. Sato, K. Tanaka,
and M. Baron

榊

茂好

1

Nozomi Takagi, Masayuki
Nakagaki, Kazuya Ishimura,
Ryoichi Fukuda, Masahiro
Ehara, and Shigeyoshi Sakaki― 128 ―

Ⅴ№.

Authors2

Nozomi Takagi, Kazuya
Ishimura, Hiroki Miura, Tetsuya
Shishido, Ryoichi Fukuda,
Masahiro Ehara, and Shigeyoshi
Sakaki3

Takashi Yoshimoto, Hisako
Hashimoto, Nozomi Takagi,
Shigeyoshi Sakaki, Naoki
Hayakawa, Tsukasa Matsuo,
and Hiromi Tobita

Title

Journal

資料（2019）

Volume(Number),first page tolast page

year

Catalysis of Cu Cluster for NO Reduction
by CO: Theoretical Insight into Reaction
Mechanism

ACS Omega

4, 2596–2609

2019

Reactions of a Silylyne Complex with
Aldehydes: Formation of W-Si-O-C FourMembered Metallacycles and Their
Metathesis-Like Fragmentation

Chem. Eur. J.

25, 3795 – 3798

2019

J. Phys. Chem. C.

123, 4773–4794

2019

Dependence of Absorption and Emission
Spectra on Polymorphs of Gold(I) Isocyanide
Complexes: Theoretical Study with QM/MMApproach4

Shinji Aono, Tomohiro Seki,
Hajime Ito, and Shigeyoshi
Sakaki5

Nishamol Kuriakose, Jia-Jia
Zheng, Teruhiko Saito, Naofumi
Hara, Yoshiaki Nakao, andShigeyoshi Sakaki

Characterization of Rh-Al Bond in Rh(PAlP)(PAlP = Pincer-type Diphosphino-Aluminyl
Lig-and) in Comparison with Rh(L)(PMe3)2(L = AlMe2, Al(NMe2)2, BR2, SiR3, CH3,
Cl, or OCH3): Theoretical Insight

Inorg. Chem.

58, 4894-4906

2019

6

Vijay Singh, Shigeyoshi Sakaki,
and Milind M. Deshmukh

Theoretical prediction of Ni(I)‐catalyst forhydrosilylation of pyridine and quinoline

J. Comput. Chem.

40, 2119–2130

2019

7

Rong-Lin Zhong and Shigeyoshi
Sakakisp3 C−H Borylation Catalyzed by Iridium(III)
Triboryl Complex: Comprehensive
Theoretical Study of Reactivity,
Regioselectivity, and Prediction of Excellent
LigandJ. Am. Chem. Soc.

141, 9854−9866

2019

8

Nozomi Takagi, Kazuya
Ishimura, Ryoichi Fukuda,
Masahiro Ehara, and Shigeyoshi
SakakiReaction Behavior of the NO Molecule on the
Surface of an Mn Particle (M = Ru, Rh, Pd,
and Ag; n = 13 and 55): Theoretical Study ofIts Dependence on Transition-Metal Element

J. Phys. Chem. A.

123, 7021−7033

2019

9

Hiroyuki Asakura, Tetsuo
Onuki, Saburo Hosokawa,Nozomi Takagi, Shigeyoshi
Sakaki, Kentaro Teramura andTsunehiro Tanaka

Self-regeneration of a Ni–Cu alloy catalyst
during a three-way catalytic reaction

Phys. Chem.
Chem. Phys.

21, 18816-18822

2019

10

H. Kameo, T. Kawamoto,
S. Sakaki, D. Bourissou, H.
Nakazawa

Heptacoordinate Structures of Organotin
Halides with Three Phosphine Donors: Halogen-Substituent Effect on Geometry

Euro. J. Inorg.
Chem.

26, 3045-3052

2019

11

K. Fujimoto, R.S. Payal,
T. Hattori, W. Shinoda, M.
Nakagaki, S. Sakaki, S. Okazaki

J. Comput. Chem.

40, 2571-2576

2019

12

M. Kashihara, R.L. Zhong, K.
Semba, S. Sakaki, Y. Nakao

Pd/NHC-catalyzed cross-coupling reactionsof nitroarenes

Chem. Commun.

55, 9291-9294

2019

13

C. Gu, N. Hosono, J. J. Zheng,
Y. Sato, S. Kusaka, S. Sakaki, S.
Kitagawa

Design and control of gas diffusion process
in a nanoporous soft crystal

Science363, 387-391

2019

Development of dissociative force field for
all-atomistic molecular dynamics calculationof frac ture of polymers― 129 ―

Ⅴ

資料（2019）

Volume(Number),first page tolast page

year

Nature Commun.

10, 4362

2019№.

Authors

Title

Journal

14

P. Y. Wu, Y. Li, J. J. Zheng, N.
Hosono, K. Otake, J. Wang, Y.
H. Liu, L. L. Xia, M. Jiang,
S. Sakaki, and S. Kitagawa

Carbon dioxide capture and efficient fixation
in a dynamic porous coordination polymer

高塚

和夫

1

Kota Hanasaki and Kazuo
Takatsuka

Relativistic theory of electron-nucleusradiation coupled dynamics in molecules:
Wavepacket approach

J. Chem. Phys.

151, 084102 (25pages)

2019

2

Kota Hanasaki and Kazuo
Takatsuka

Relativistic formalism of nonadiabatic
electron-nucleus-radiation dynamics inmolecules: Path-integral approach.

Phys. Rev. A.

100, 052501 (26pages)

20193

Kentaro Yamamoto and Kazuo
Takatsuka

Binuclear Mn oxo complex as a selfcontained photocatalyst in water-splitting
cycle: Role of additional Mn oxides as abuffer of electrons and protons

J. Chem. Phys.

152, 024115 (21pages)

2020

Kazuo Takatsuka

Maupertuis-Hamilton least action principle
in the space of variational parameters
for Schrödinger dynamics; A dual timedependent variational principle

J. Phys. Comm.

4, 035007 (16pages)

2020

Kentaro Yamamoto and Kazuo
Takatsuka

Charge separation and successive
reconfigurations of electrons and protons
driving water-splitting catalytic cycle withtetranuclear Mn oxo complex. On themechanism of water splitting in PSII.

Phys. Chem.
Chem. Phys.

22, 7912-7934

2020

Multiplicative Langevin equation to
reproduce long-time properties of
nonequilibrium Brownian motion

J. Stat. Mech.

2020(1), 013201

2020

Spontaneous spatiotemporal ordering ofshape oscillations enhances cell migration

Soft Matter

15(24) 49394946

2019

1

Wanying Zhang, Satoshi Suzuki,
SeongYong Cho, Go Watanabe,
Hiroyuki Yoshida, Tsuneaki
Sakurai, Mika Aotani, Yusuke
Tsutsui, Masanori Ozaki, Shu
SekiHighly Miscible Hybrid Liquid-Crystal
Systems Containing Fluorescent ExcitedState Intramolecular Proton Transfer
Molecules

Langmuir35(43) 1403114041

2019

2

Amir Sharidan Sairi, Kohei
Kuwahara, Shunsuke Sasaki,
Satoshi Suzuki, Kazunobu
Igawa, Masatoshi Tokita,
Shinji Ando, Keiji Morokuma,
Tomoyoshi Suenobu, Gen-ichi
Konishi

Synthesis of fluorescent polycarbonateswith highly twisted N, N-bis (dialkylamino)
anthracene AIE luminogens in the main chain

RSC advances

9(38) 2173321740

2019

4

5

伊丹
1

將人
Atsumasa Seya, Tatsuya Aoyagi,
Masato Itami, Yohei Nakayama,
and Naoko Nakagawa

Schnyder, Simon K.

1鈴木

Matteo Campo, Schnyder
Simon Kaspar, John Jairo
Molina, Thomas Speck, Ryoichi
Yamamoto

聡― 130 ―

Ⅴ№.

Authors

Title

資料（2019）

JournalVolume(Number),first page tolast pageyear

3

Satoshi Suzuki, Shunsuke
Sasaki, Amir Sharidan Sairi,
Riki Iwai, Ben Zhong Tang,
Gen-ichi Konishi

Principles of Aggregation‐Induced Emission:
Design of Deactivation Pathways for
Advanced AIEgens and Applications

Angewandte
Chemieaggregationinduced emission
Special Issue

2020

4

Riki Iwai, Satoshi Suzuki,
Shunsuke Sasaki, Amir Sharidan
Sairi, Kazunobu Igawa,Tomoyoshi Suenobu, Keiji
Morokuma, Gen‐ichi Konishi

Bridged Stilbenes: AIEgens Designed via a
Simple Strategy to Control the Non‐radiative
Decay Pathway

Angewandte
Chemieaggregationinduced emission
Special Issue

2020

How to Understand Very Weak Cr-Cr Double
Bond and Negative Spin Population in
Trinuclear Cr Complexes: Theoretical Insight

Phys. Chem.
Chem. Phys.

21, 22976 –
22989

2019

Propene oxidation catalysis and electronic
structure of
M55 particles (M = Pd or Rh): differences
and similarities between Pd55 and Rh55

Phys. Chem.
Chem. Phys.,

22(21), 1749–
12324

2020

Kentaro Yamamoto and Kazuo
Takatsuka"Binuclear Mn oxo complex as a selfcontained photocatalyst in water-splitting
cycle: Role of additional Mn oxides as abuffer of electrons and protons"

J. Chem. Phys.

152(2), 024115

2020

Kentaro Yamamoto and Kazuo
Takatsuka"Charge separation and successive
reconfigurations of electronic and protonic
states in a water-splitting catalytic cycle with
the Mn4CaO5 cluster. On the mechanism ofwater splitting in PSII"

Phys. Chem.
Chem. Phys.

22(15), 79127934

2020

Chemical bonding and nonadiabatic electron
wavepacket dynamics in densely quasidegenerate excited electronic state manifoldof boron clusters

J. Chem. Phys.

150, 114101 (18pages)

2019

中垣
1

雅之
Masayuki Nakagaki, Naoki
Nakatani, and Shigeyoshi
SakakiZhu Bo

1

山本

1

2

新崎

1

花崎

Bo Zhu, Masahiro Ehara andShigeyoshi Sakaki

憲太郎

康樹
Yasuki Arasaki and Kazuo
Takatsuka

浩太

1

Kota Hanasaki and Kazuo
Takatsuka

Relativistic theory of electron-nucleusradiation coupled dynamics in molecules:
Wavepacket approach

J. Chem. Phys.

151 (8), 084102(25 pages)

2019

2

Kota Hanasaki and Kazuo
Takatsuka

Relativistic formalism of nonadiabatic
electron-nucleus-radiation dynamics inmolecules: Path-integral approachPhys. Rev. A.

100 (5), 052501(26 pages)

2019― 131 ―

Ⅴ

資料（2019）

２．共同研究者受入れ状況 2019（平成 31/ 令和元）年度
受入れ教員

佐藤

共同研究者名

徹

五味

朋寛

受入れ身分

受託研究員

受入れ期間

平成31年４月１日～
令和２年３月31日

所属機関・職研究内容

株式会社島津製作所
基盤技術研究所光技術
ユニットコンポーネン
トグループ副主任

機能性材料の理論解析

３．海外渡航一覧 2019（平成 31/ 令和元）年度
職

名

氏

名

期間（自）

期間（至）

特定研究員

伊丹

將人

2019/5/5

2019/5/12

スウェーデン研高塚和夫

2019/5/31

2019/6/4

中国

2019/7/7

2019/7/14

ベトナム

究

員

特定研究員

SCHNYDER, Simon Kaspar

目

的

地

研

究

員

榊

茂好

2019/8/20

2019/8/28

ノルウェー

研

究

員

高塚

和夫

2019/9/28

2019/10/5

オーストラリア

特定研究員

山本

憲太郎

2019/9/28

2019/10/6

オーストラリア

研

究

員

永瀬

茂

2019/9/28

2019/10/5

オーストラリア

特定助教

西本

佳央

2019/9/29

2019/10/3

オーストラリア研榊茂好2019/12/15

2019/12/21

中国

究

員

― 132 ―

Ⅴ

４．福井謙一記念研究センターシンポジウム

ポスター・プログラム

17［開会の辞］佐藤 啓文（センター長）［ ご 挨 拶 ］大嶋 正裕（工学研究科長）

10:00−10:05
10:05−10:15

榊 茂好 （京都大学 福井謙一記念研究センター）「d 電子複合系の理論化学：孤立分子から分子性結晶へ」

10:15−11:15

渡邊 一也 （京都大学大学院 理学研究科）「界面・微小共振器中における励起状態ダイナミクス」

11:30−12:30

12:30−13:50

西原 寛 （東京大学大学院 理学系研究科）「有機・無機二次元物質『配位ナノシート』」

13:50−14:50

15:00−15:30
15:30−17:20
17:30−19:00

令和 2 年

1月 3 1日

2020.1.31

9（2020年1月17日締め切り）― 133 ―

資料（2019）

Ⅴ

資料（2019）

第 17 回 京都大学 福井謙一記念研究センターシンポジウム
プログラム
日時

2020 年 1 月 31 日（金） 10:00~19:00

場所

京都大学 福井謙一記念研究センター

開会式 (Opening)： 3 階大会議室[開会の辞]

佐藤 啓文（京都大学 福井謙一記念研究センター長）[ご 挨 拶] 大嶋 正裕（京都大学 工学研究科長）

10:00 – 10:05
10:05 – 10:15

講演会 (Lecture Session)： 3 階大会議室


榊 茂好（京都大学 福井謙一記念研究センター）

10:15 – 11:15「d 電子複合系の理論化学：孤立分子から分子性結晶へ」
座長： 永瀬 茂（福井センター）

11:30 – 12:30

渡邊 一也（京都大学大学院 理学研究科）「界面・微小共振器中における励起状態ダイナミクス」
座長： 春田 直毅（福井センター）— 昼食 —



13:50 – 14:50

西原 寛（東京大学大学院 理学系研究科）「有機・無機二次元物質「配位ナノシート」」
座長：佐藤 徹（福井センター）「福井謙一奨励賞」表彰式 (Ceremony of Kenichi Fukui Encouragement Award)：
3 階大会議室

15:00 – 15:30

受賞者：西本 佳央 （京都大学 福井謙一記念研究センター）「高精度計算と大規模計算の発展 – 解析的エネルギー微分の視点から」

ポスターセッション (Poster Session)： 3 階大会議室

15:30 – 17:20

懇親会 (Banquet)： 1 階多目的ルーム

17:30 – 19:00― 134 ―

Ⅴ

資料（2019）

ポスターリスト (3 階大会議室 15:30～17:20)


番号が奇数の方は前半（15:30–16:25）、番号が偶数の方は後半（16:25–17:20）には、ポスターボードの前で発表するようにしてください。
Authors with odd and even poster numbers should be present at the poster during the first half (15:30–16:25)

and the second half (16:25–17:20) of the session, respectively.
1.

第一原理計算による Eu を導入したペロブスカイト化合物の電子構造評価〇鈴木 厚志、奥 健夫（滋賀県大工）2.

三元触媒 Pd/SrTiO3 のスラブおよびクラスターモデルの構築○安間 洋太[1,2]、大田 航[2,3]、細川 三郎[3,4]、寺村 謙太郎[3,4]、田中 庸裕[3,4]、佐藤 徹[2,3,4]（京大工[1]、京大福井セ[2]、京大院工[3]、京大 ESICB[4]）3.

ジベンゾフェナジンのメカノケミカル合成における特異な反応経路の発現メカニズム○春田 直毅[1,2,3]、Paulo Filho Marques de Oliveira[4]、Alain Chamayou[4]、佐藤 徹[1,2,3]、田中 一
義[1,2]、Michel Baron[4]（京大福井セ[1]、京大院工[2]、京大 ESICB[3]、アルビ国立高等鉱業学校
[4]）

4.

フェノキサジン-トリフェニルトリアジン誘導体を用いた OLED における高効率 EL 機構: 高次三重項経由蛍光○伊藤 俊介[1]、上島 基之[2]、佐藤 徹[1,2,3]（京大院工[1]、京大福井セ[2]、京大 ESICB[3]）5.

ジフェニルフルベンとマレイミドのメカノケミカル反応における立体選択性の起源○伊奈 稚菜[1,2]、ゴネ ロリ[3]、春田 直毅[1,2,4]、佐藤 徹[1,2,4]、バロン ミシェル[3]（京大福井
セ[1]、京大院工[2]、アルビ国立高等鉱業学校[3]、京大 ESICB[4]）6.

分子における相対論的動力学理論の研究〇花崎 浩太、高塚 和夫（京大福井セ）

7.

[Pt(dien)(dmap)]2I3 の結晶中の電子構造及び吸収スペクトルに関する理論的研究○中垣 雅之[1]、井口 弘章[2]、Unjila Afrin[2]、山下 正廣[2]、榊 茂好[1]（京大福井セ[1]、東北大院理[2]）

8.

多参照摂動理論を用いた円錐交差の計算〇西本 佳央（京大福井セ）― 135 ―

Ⅴ

資料（2019）9.

Collective motion and cell migration of cells on a substrate○Simon K. Schnyder (FIFC, Kyoto Univ.)

10. 円錐交差に注目した合理的分子設計による発光性制御○鈴木 聡（京大福井セ）
11. Theoretical Study on Catalytic Mono-Alkylation of Pyridine with Alkenes by Rh(PAlP)
Complex〇Qiao-Zhi Li[1], Naofumi Hara[2], Yoshiaki Nakao[2] and Shigeyoshi Sakaki[1] (FIFC[1], Grad. School. ofEng. Kyoto Univ.[2])12. Theoretical study on nickel(0)-catalyzed alkenyl exchange of allylamines with alkenes〇Qingxi Meng [1,2] and Shigeyoshi Sakaki [1] (FIFC, Kyoto Univ. [1], College of Chem., Shandong Agri.
Univ., China [2])13. Theoretical insight into the reaction behavior of NO molecule on 3d and 4d metal clusters(M13, M55 ; M = Co, Ni, Rh, Pd)○ Nozomi Takagi[1], Ryoichi Fukuda[1], Masahiro Ehara[1,2], Shigeyoshi Sakaki[1,3] (ESICB, Kyoto
Univ.[1], IMS[2], FIFC, Kyoto Univ.[3])14. Mechanistic Insights into Propene Oxidation on MCr2O4(111) Surface (M = Mg and Zn) withand without Cu Doping○Peng Zhao, Masahiro Ehara, and Shigeyoshi Sakaki
15. Propene Oxidation on M55 Particle (M = Pd or Rh): Theoretical Study of Reaction Mechanismand Differences in Catalytic Activity between Pd55 and Rh55
○Bo Zhu (FIFC, Kyoto Univ.)
16. TCNQ の光物性の溶媒依存性の分子論的機構解析○比嘉 未香子[1]、東 雅大[2]、佐藤 啓文[2]（琉球大院理工[1]、京大院工[2]）17. Mechanism elucidation of the metal cation effects on α-acid isomerization with quantum
chemical calculations〇Minami Kimura[1], Masahiro Higashi[2], Hirofumi Sato[2] (Fac. of Eng. Kyoto Univ.[1], Grad. School. ofEng. Kyoto Univ.[2])18. 有機合成反応における水の添加効果の理論的解析◯倉奥 大樹[1]、東 雅大[2]、佐藤 啓文[2]（琉大院理工[1]、京大院工[2]）― 136 ―

Ⅴ

資料（2019）

19. HBT の励起状態分子内プロトン移動における溶媒依存性に関する理論的研究○仲 啓志[1]、東 雅大[2]、佐藤 啓文[2]（京大工[1]、京大院工[2]）20. DFTB と補正ポテンシャルを用いた白金錯体が触媒する反応のポテンシャルエネルギー曲面の構築○押木 淳[1]、小杉 健斗[1]、中農 浩史[1,2]、東 雅大[1,2]、佐藤 啓文[1,2,3]（京大院工[1]、京大
ESICB[2]、京大福井セ[3]）21. 電極電解液間電子移動における電子分極と界面の影響に関する理論的研究○高橋 健[1]、中農 浩史[1,2]、佐藤 啓文[1,2,3]（京大院工[1]、京大 ESICB[2]、京大福井セ[3]）22. SrFeO3，Sr3Fe2O7(001)面における NO 酸化反応の第一原理計算○高松 晃彦、福田 良一、田中 庸裕、細川 三郎（京大院工）23. Ag ナノシリンダーアレイの作製と高速熱処理による光学特性の制御〇東野 真、村井 俊介、田中 勝久（京大院工）24. 層状構造を持つ複酸化物群 ARTiO4 における空間反転対称性の破れと異常熱膨張○吉田 傑[1]、赤松 寛文[2]、Alexandra S. Gibbs[3]、藤田 晃司[1]、田中 勝久[1]（京大院工[1]、九大院工[2]、ラザフォード・アップルトン研[3]）25. Ab initio evaluation of redox potential of metalloprotein○成 せい、林 重彦（京大院理）26. 量子化学計算による TMTTF 系の電荷局在-電荷秩序量子相転移の構造解析○北村 直大、倉重 佑輝（京大院理）27. Theoretical study on molecular mechanism of a light-driven ion transport of Halorhodopsin○小山 糧、長谷川 太祐、林 重彦（京大理）28. 天然アニオンチャネルロドプシン GtACR1 の分子機構に関する理論的研究〇鹿倉 啓史、成 せい、林 重彦（京大院理）29. Photoactivation Intermediate of AsLOV2 Photoreceptor Protein Investigated by a Hybrid
Molecular Simulation○Masahiko Taguchi, Cheng Cheng, Chika Higashimura, Yoshihiro Uchida, Shigehiko Hayashi (Grad. School.
of Sci. Kyoto Univ.)― 137 ―

Ⅴ

資料（2019）30. 液体ピレンの分子動力学シミュレーションと理論的解析○山本 裕生[1]、Lu Fengniu[2]、中西 尚志[2]、林 重彦[1]（京大理[1]、物質・材料研究機構[2]）31. ポリエンの電気伝導性の鎖長依存性に関する理論研究〇甘水 君佳[1]、多田 隼人[2]、池永 和輝[2]、江良 伊織[2]、藤井 琢也[2]、北河 康隆[2]、中野 雅
由[2,3]（阪大基礎工[1]、阪大院基礎工[2]、分子研[3]）32. ダブルデッカー型ランタノイド(III)–フタロシアニン錯体の磁気的な分子間相互作用に関する理論研究○池永 和輝[1]、北河 康隆[1,2]、加藤 恵一[3]、山下 正廣[3]、中野 雅由[1,2,4]（阪大院基礎工[1]、阪大 CSRN[2]、東北大院理[3]、分子研[4]）33. 五員環含有ナノベルト系の開殻性、芳香族性および光・磁気応答物性についての理論研究○岸 亮平[1]、山根 将暉[1]、杉浦 亮介[1]、清水 陽介[1]、中野 雅由[1,2,3,4]（阪大院基礎工[1]、阪大 QIQB[2]、阪大 CSRN[3]、分子研[4]）34. 金属二核錯体の軌道相補性に関する理論研究○北河 康隆[1,2]、藤井 琢也[1]、池永 和輝[1]、多田 隼人[1]、江良 伊織[1]、中野 雅由[1,2,3]（阪大院基礎工[1]、阪大 CSRN[2]、分子研[3]）35. ペンタセン環状集合系のシングレットフィッションダイナミクスに関する理論研究○宮本 孟[1]、岡田 健治[1]、吉田 航[1]、當波 孝凱[1]、永海 貴識[1]、久保 孝史[2]、中野 雅由[1,3,4]（阪大基礎工[1]、阪大院理[2]、阪大 CSRN[3]、分子研[4]）36. 高効率シングレットフィッションに向けた振電相互作用設計に関する理論研究○永海 貴識[1]、當波 孝凱[1]、岡田 健治[1]、吉田 航[1]、宮本 孟[1]、中野 雅由[1,2,3]（阪大院
基礎工[1]、阪大 CSRN[2]、分子研[3]）37. スマネン縮合アセン二量体におけるシングレットフィッションダイナミクスに関する理論研究○岡田 健治[1]、吉田 航[1]、宮本 孟[1]、中澤 廣宣[2]、植竹 裕太[2]、櫻井 英博[2]、中野 雅由[1,3,4]（阪大院基礎工[1]、阪大院工[2]、阪大 CSRN[3]、分子研[4]）38. 多変量解析法を用いたトリス(2,2'-ビピリジン)ルテニウム(II)錯体の HOMO および LUMO のエネ
ルギーの置換基種依存性についての理論研究○佐藤 宏賢[1]、池永 和輝[2]、多田 隼人[2]、江良 伊織[2]、藤井 琢也[2]、北河 康隆[2]、中野 雅
由[2]（阪大基礎工[1]、阪大院基礎工[2]）― 138 ―

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資料（2019）

39. アゾメチンイリド部位を有する開殻多環芳香族分子の電子構造と光・磁気応答物性についての理論研究○清水 陽介[1]、岸 亮平[1]、伊藤 慎庫[2]、中野 雅由[1,3,4]（阪大院基礎工[1]、南洋理工大数理科学学院[2]、阪大 CSRN[3]、分子研[4]）40. テトラシクロペンタテトラフェニレンπ二量体における芳香族性、開殻性、非線形光学特性の面間距離・角度依存性に関する理論研究○杉浦 亮介[1]、岸 亮平[1]、永海 貴識[1]、北野 奨実[1]、清水 陽介[1]、戸部 義人[2,3]、中野 雅
由[1,4,5]（阪大院基礎工[1]、阪大産研[2]、台湾国立交通大[3]、分子研[4]、阪大 CSRN[5]）41. バタフライ型アセンの電子状態と励起エネルギーに関する理論研究○當波 孝凱[1]、永海 貴識[1]、岡田 健治[1]、吉田 航[1]、宮本 孟[1]、中野 雅由[1,2,3,4]（阪大基礎工[1], 分子研[2], 阪大 CSRN[3], 阪大 QIQB[4]）42. 2 次の時間非畳み込み型量子マスター方程式を用いたペンタセン二量体モデルの一重項開裂における非マルコフ効果に関する理論的研究○吉田 航[1]、岡田 健治[1]、永海 貴織[1]、當波 孝凱[1]、宮本 孟[1]、中野 雅由[1,2]（阪大院基礎工[1]、分子研[2]）― 139 ―

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資料（2019）

５．福井センターセミナー

ポスター・プログラム

第１７回
福井センターセミナー
The 17th Fukui Center Seminar
2019年12月13日(金) 15:00–17:20

京都大学福井謙一記念研究センター1F 多目的室 (Room: 1F 106)
http://www.fukui.kyoto-u.ac.jp/〒606-8103 京都市左京区高野西開町34-4（℡075-711-7708)(at FIFC, Kyoto Univ. on December 13th (Fri.), 2019)15:00–15:40

Kentaro Yamamoto (FIFC)“On the Fundamental Chemical Mechanisms of
Water-Splitting Cycle Catalyzed by Mn Oxo
Complexes”
15:40–16:20

Simon Kaspar Schnyder (FIFC)“Dynamics of crawling and dividing cells”
Break (10 min.)16:30–17:20

Motoyuki Uejima (FIFC)“Massively parallel implementation ofquantum chemistry solvers for strongly correlated
systems”
多数の方のご来場を歓迎いたします
We welcome all of you to join.
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京都大学福井謙一記念研究センター

年報

2019

2020年10月発行
発行人

佐

藤

啓

文

編

佐

藤

啓

文

者

発行所

京都大学福井謙一記念研究センター（京都市左京区高野西開町34-4）

印刷所

株式会社 エヌジーピー（京都市右京区太秦森ヶ東町21-10）（無断転載を禁ず）