Comparative ab initio calculation studies of hydration structures on Cs and other alkaline metals

Cs及びアルカリ金属イオンの水和構造に関する第一原理計算

町田 昌彦  ; 櫻本 和弘*; 奥村 雅彦   ; 中村 博樹  ; 佐藤 祐哉*; 阿久津 恵子*; 志賀 基之   

Machida, Masahiko; Sakuramoto, Kazuhiro*; Okumura, Masahiko; Nakamura, Hiroki; Sato, Yuya*; Akutsu, Keiko*; Shiga, Motoyuki

Csの水和構造については、その環境中での動態を知る上で最も重要かつ基本的な情報ではあるが、実験結果が少なく、理論的研究も十分でない。そこで、本研究では、この課題に対し、第一原理計算手法を用いて、その詳細な構造を明らかにすることを目的とした。まず、比較のために、他の一価の陽イオン(Li, Na, K, Rb)の構造を同じ計算手法にて求めて比較すると同時に、Csの水和エネルギーが他と比べて小さいことから、計算で用いられる交換・相関汎関数による結果の違いについても詳細に調べることで、Csの水和構造について、統一的知見を得た。

We report the results of ab initio molecular dynamics simulation on the hydration structure of monovalent Cs cation, which is one of the most fundamental issues in terms of chemical forms of Cs. The ion hydration of heavy alkali species, Rb and Cs, have been not studied thoroughly as Na and K. Using the VASP code, ab initio molecular dynamics are performed to examine and compare the hydrated structures of monovalent Li, Na, K, Rb, and Cs ions. It is found that hydrated Rb and Cs ions constitute very flexible solvation shells. Moreover, we also investigate the dynamical properties, such as the residence time of water molecules in the first shell. Consequently, we find that the exchange rate of water molecules of the first shell in Cs is significantly fast compared to other ion cases.