Application of ReaxFF to Large-Scale Chemical Reaction Systems in Materials Science

 

Authors:Yuto Makino

Affiliation:Impulse Science Collaborative Laboratory,
Graduate School of Engineering Science, Osaka University

Abstract:ラムである。この反応力場は、量子化学計算データに基づいて決定されているため、高い精度で化学反応を記述できる一方で、量子化学計算手法と比較して、数オーダー速い計算速度を有している2)。この特徴から、燃焼反応3,4)、触媒反応5)、および高分子合成反応6)など様々な分野で応用されている。
 我々は、この特異なプログラムを活用して、材料科学分野における複雑な化学反応が関与する現象の理解を進めたいと考えている。そこで、まずは ReaxFF の基本的な使い方を知ると共に、計算精度と速い計算速度の確認を目的に様々な先行文献の追試を行うこととした。例えば、Strachan 等によって報告された3)、広く知られた高エネルギー物質である RDX ([cyclic-[CH2N(NO2)]3) の熱分解挙動に関する研究を再現計算した。各反応条件における二酸化炭素や水などの低分子生成量の時間挙動は、先行文献と良い一致を示した。他にも様々な分野での ReaxFF 応用事例の再現計算を行ったが、いずれも先行報告と類似の結果を得た。よって、基本的使用法を修得すると共に、ReaxFF の反応ポテンシャルの精密さ、および高速計算に対応していることを再確認した。
 今後は、ReaxFF の特徴を生かして、今まで適用が困難であった材料科学分野の大規模な化学反応系へ適用することにより、複雑な反応ダイナミクスが現象を支配している新たな領域での研究を開始する予定である。

参考文献
1) https://www.scm.com/product/reaxff
2) van Duin, A. C. T. et al., J. Phys. Chem. A 2001, 105, 9396.
3) Strachan, A. et al., J. Chem. Phys. 2005, 122, 054502.
4) Ashraf, C. et al., J. Chem. Phys. 2017, 121,1051.
5) Senftle, T. P. et al., NPJ Comput. Mater. 2016, 2 15011.
6) Vashisth, A. et al., J. Phys. Chem. A 2018, 122, 6633.

 




Posted : March 31,2020