NAIST 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 ~光ナノサイエンス~

マテリアルズ・インフォマティクス研究室

教員 / 連絡先
教員特任准教授: 畑中 美穂
キーワード量子化学、電子状態計算、自動反応経路探索、不斉触媒、希土類発光、発光センサー、機械学習、深層学習、スパースモデリング
連絡先0743-72-6026
研究室URLhttp://mswebs.naist.jp/LABs/hatanaka/index-j.html

新しい機能性材料を効率良く設計するためには、そのメカニズムの情報が不可欠です。本研究室では、量子化学計算を用いた様々な現象のメカニズムの解明を行うと共に、量子化学計算の結果をデータベース化し、機械学習やデータマイニングの技術を駆使した解析を行うことで、新規材料設計の指針を構築することを目指します。研究の対象は、触媒、発光材料、磁性材料など、学生一人ひとりの興味と適性に合わせて設定します。

従来の計算化学における反応機構の研究では、反応中のエネルギー変化を、研究者が予想した経路に沿って調べるという方法が用いられてきました。本研究室では、自動反応経路探索の一つである人工力誘起反応法を駆使することで、中間体や遷移状態を含む反応経路全体を自動的に探索させ、様々な化学反応のメカニズムを明らかにします。

発光材料の中でも、ランタノイドを含む化合物は、ディスプレイから生体内センサーまで、幅広い分野で応用されています。このようなランタノイド材料の発光特性を近似的に見積もる方法を独自に開発し、様々な発光材料の機構解明や分子設計に応用します。

既知の化合物だけでなく、未知の化合物に対して反応経路や物性値の量子化学計算を行い、その計算結果をデータベース化することで、新しい反応系や機能性材料を発掘することを目指します。更に、機械学習やデータマイニング等のインフォマティクスの技術を駆使することで、材料設計の「鍵」となる因子を抽出し、新しい材料設計指針を構築することを目指します。

  • 図1 人工力誘起反応法の概念図
  • 図2 自動反応経路探索によるコンフォメーション解析
  • 図3 遷移状態の網羅的な探索による立体選択性発現機構の解析
  • 図4 ランタノイド発光材料の消光過程におけるエネルギー・構造変化の解析

1) M. Hatanaka, Y. Hirai, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, Y. Hasegawa, K. Morokuma, “Organic linkers control the thermosensitivity of the emission intensities from Tb(III) and Eu(III) in a chameleon polymer”, Chem. Sci. 8, 423-429 (2017).
2) N. Hayakawa, K. Sadamori, S. Tsujimoto, M. Hatanaka, T. Wakabayashi, T. Matsuo, “Cleavage of a P=P Double Bond Mediated by N-Hetrocyclic Carbenes”, Angew. Chem. Int. Ed. in press (2017).
3) M. Hatanaka, K. Morokuma, “How Can Fluctional Chiral Lanthanide(III) Complexes Achieve a High Stereoselectivity in Aqueous Mukaiyama-Aldol Reaction?”, ACS Catal. 5, 3731-3739 (2015).
4) M. Hatanaka, K. Morokuma, “Exploring the reaction coordinates for f-f emission and quenching of lanthanide complexes – thermosensitivity of terbium(III) luminescence”, J. Chem. Theory Comput. 10, 4184-4188 (2014).

研究室紹介

  • Youtube 物質創成科学研究科・オフィシャルチャンネル
  • 大学へのアクセス・問合せ

ピックアップコンテンツ

  • 新領域を切り拓く光ナノ研究者の養成
  • ITP 若手研究者インターナショナルトレーニングプログラム
  • ナノテクノロジープラットフォーム 分子・物質合成プラットフォーム
  • グリーンフォトニクス研究プロジェクト
    • 年間予定表
    • 物質創成科学研究科 公式Facebookページ