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KOGA Kenichiro
 
Organization
Scheduled update Professor
Position
Professor
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Degree

  • 博士 ( 京都大学 )

Research Interests

  • 熱力学

  • 計算機シミュレーション

  • liquids

  • interfaces

  • phase transitions

  • 統計力学

  • Statistical mechanics

  • thermodynamics

  • computer simulation

  • 液体

  • 相転移

  • 界面

  • Hydrophobic effect

Research Areas

  • Nanotechnology/Materials / Fundamental physical chemistry

  • Natural Science / Biophysics, chemical physics and soft matter physics

Education

  • Kyoto University   工学研究科   高分子化学

    - 1996

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    Country: Japan

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  • Kyoto University    

    - 1996

      More details

  • Kyoto University   工学研究科   分子工学専攻

    - 1993

      More details

    Country: Japan

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  • Kyoto University    

    - 1993

      More details

  • Osaka University    

    - 1991

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  • Osaka University   基礎工学部   化学工学科

    - 1991

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    Country: Japan

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Research History

  • ルーヴェン・カトリック大学 客員教授

    2010

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  • Visiting Professor,KU Leuven

    2010

      More details

  • Okayama University   The Graduate School of Natural Science and Technology   Professor

    2009.6 - 2016.3

      More details

  • - 岡山大学自然科学研究科機能分子化学専攻 教授

    2009

      More details

  • Cornell University   Department of Chemistry   Visiting Scientist

    2001.10 - 2003.6

      More details

    Country:United States

    Notes:JSPS Fellowship for Research Abroad

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Professional Memberships

Committee Memberships

  • 日本物理学会   領域代表  

    2022.4 - 2023.3   

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    Committee type:Academic society

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  • 分子シミュレーション学会   幹事  

    2020.1 - 2023.12   

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    Committee type:Academic society

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  • 分子シミュレーション研究会   幹事  

    2006 - 2008   

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    Committee type:Academic society

    分子シミュレーション研究会

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Papers

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Books

  • Lectures on Thermodynamics

    Benjamin Widom, Kenichiro Koga( Role: Joint author)

    2024.11  ( ISBN:9784785328290

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  • 化学系の統計力学入門

    化学同人  2005 

     More details

  • Water, Steam, and Aqueous Solutions for Electric Power

    Maruzen  2005 

     More details

  • Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology

    Marcel Dekker  2004 

     More details

  • H. Tanaka, *K. Koga, in V. Buch and J.P. Devlin

    Springer-Verlag  2003 

     More details

  • New Kinds of Phase Transitions: Transformations in Disordered Substances

    Kluwer,Dordrecht  2002 

     More details

  • Science and Technology of High-Pressure Research

    2000 

     More details

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MISC

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Presentations

  • Two Aspects of the Osmotic Second Virial Coefficient Invited International conference

    Kenichiro Koga

    EMLG/JMLG  2022.9.16  EMLG/JMLG

     More details

    Event date: 2022.9.12 - 2022.9.16

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (keynote)  

    Venue:The University of Barcelona   Country:Spain  

  • 統計力学 Invited

    甲賀研一郎

    第16回分子シミュレーションスクール  2022.9.5 

     More details

    Event date: 2022.9.5 - 2022.9.7

    Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

    Venue:愛知県岡崎市   Country:Japan  

  • “Osmotic second virial coefficients for hydrophobic interactions: Ion-specific effects and solutesize dependences” International conference

    Kenichiro Koga

    Hydrophobicity: From Theory, to Simulation, to Experiment  2022.6.29  Telluride Intermediate School

     More details

    Event date: 2022.6.26 - 2022.6.30

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (general)  

    Venue:725 West Colorado Ave Telluride, CO 81435   Country:United States  

  • Ion-Specific Effects on Hydrophobicity: Salting-out effect and Salt-Enhanced Association Invited

    Kenichiro Koga

    Physical Chemistry Seminar, Department of Chemistry, Purdue University  2021.11.10 

     More details

    Language:English   Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

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  • Ion-Specific Effects on Hydrophobicity: Salting-out effect and Salt-Enhanced Association Invited

    Kenichiro Koga

    Theory Group Seminar, Department of Chemistry, Baker Laboratory, Cornell University  2021.11.6 

     More details

    Language:English   Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

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  • 統計力学 Invited

    甲賀研一郎

    第15回分子シミュレーションスクール  2021.9.7 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

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  • Ion-size dependences of the salting-out effect Invited

    Kenichiro Koga

    IUPAC CCCE 2021  2021.8.13 

     More details

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • 疎水効果の分子論,集中講義 Invited

    甲賀研一郎

    2020.11.11 

     More details

    Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

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  • 疎水性相互作用の温度・圧力・塩濃度依存性 Invited

    甲賀研一郎

    奈良女子大学理学部化学科講演会  2020.11.10 

     More details

    Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

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  • 細孔内準一次元物質のポリモルフィズム: 最密充填vs.水素結合 Invited

    甲賀 研一郎

    日本物理学会  2020.9.9 

     More details

    Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • 統計力学 Invited

    甲賀研一郎

    第14回分子シミュレーションスクール  2020.9.4 

     More details

    Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

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  • 疎水性相互作用の温度応答・イオン種依存性 Invited

    甲賀 研一郎

    第9回 次世代の物質科学・ナノサイエンスを探る  2020.1.10 

     More details

    Presentation type:Symposium, workshop panel (nominated)  

    Venue:北海道大学北キャンパス地区シオノギ棟  

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  • Is the wetting transition inevitable near the critical endpoint and tricritical point? International coauthorship International conference

    Okinawa Colloids 2019  2019.11.6 

     More details

    Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • 密度汎関数理論による臨界終点および三重臨界点近傍の濡れ転移相図

    甲賀研一郎

    日本物理学会2019年秋季大会  2019.9.10 

     More details

    Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • 統計力学 Invited

    甲賀研一郎

    第13回分子シミュレーションスクール  2019.9.2 

     More details

    Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

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  • Interfacial tensions near the critical endpoints and the tricritical point of three-phase equilibria Invited

    Kenichiro Koga

    Research Seminar at St. Petersburg State University  2019.7.9 

     More details

    Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

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  • Interfacial tensions near the critical endpoints; the tricritical point of three-phase equilibria;Mean-field density-functional model Invited International conference

    Kenichiro Koga

    Soft Matter Physics: From the perspective of the essential heterogeneity  2018.12.11 

     More details

    Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • SOLVATION OF HYDROPHOBIC PARTICLES IN AQUEOUS SOLUTION AND SOLVENT-MEDIATED INTERACTIONS VARYING WITH TEMPERATURE, PRESSURE, AND SALT CONCENTRATION Invited International conference

    Kenichiro Koga

    5th International Conference on Colloid Chemistry and Physicochemical Mechanics  2018.9.12 

     More details

    Presentation type:Oral presentation (keynote)  

    Venue:St. Petersburg  

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  • 統計力学 Invited

    甲賀研一郎

    2018.9.4 

     More details

    Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

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  • 疎水効果に対するイオン添加効果

    甲賀 研一郎

    液体の化学夏の学校  2018.8.30 

     More details

    Presentation type:Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

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  • Hydrophobicity varying with T, P, and salt concentration Invited

    Kenichiro Koga

    Theory Group Seminar, Department of Chemistry, Baker Laboratory, Cornell University  2018.8.1 

     More details

  • Hydrophobicity (solubility and hydrophobic interaction) varying with T, P, & salt concentration Invited International conference

    Kenichiro Koga

    TSRC Workshop, Hydrophobicity: From Theory, to Simulation, to Experiment, Telluride  2018.7.17 

     More details

    Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

    Venue:Telluride, CO, USA  

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  • 疎水性相互作用の温度,圧力,塩濃度依存 性

    甲賀 研一郎

    分子シミュレーション討論会  2017.11.30 

     More details

    Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • 統計力学

    第11回分子シミュレーションスクール  2017 

     More details

  • 疎水性相互作用における平均場近似の妥当性

    日本物理学会2017年秋季大会  2017 

     More details

  • 多様な環境下における疎水効果

    日本物理学会 第72回年次大会  2017 

     More details

  • 疎水性高分子鎖のコイル-グロビュール転移における水の役割

    日本物理学会第72回年次大会  2017 

     More details

  • 多様な環境下における疎水効果

    日本化学会第97回春季年会・特別企画講演 極限状態が織りなす新しい化学の世界  2017 

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  • Coil-globule transformation of a simple polymer chain in water

    The 4th International Conference on Molecular Simulation  2016 

     More details

  • The solubility of nonpolar solutes at the liquid-vapor interface of water: A simple mean-field description

    Workshop "Hydrophobicity: From Theory, Simulation, to Experiment"  2016 

     More details

  • 統計力学

    第10回分子シミュレーションスクールー基礎から応用までー  2016 

     More details

  • DFT models of interfaces near critical endpoints and tricritical points: some preliminary results

    Density Functional Days in Tuebingen  2015 

     More details

  • Solid-liquid critical behavior of water in hydrophobic nanotubes

    The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies  2015 

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  • 疎水性相互作用に対する温度、圧力、塩濃度効果の定量化

    日本物理学会 第70回年次大会  2015 

     More details

  • 浸透第2ビリアル係数でみる疎水性相互作用

    日本物理学会2013年秋季大会  2013 

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  • 疎水性相互作用の温度依存性について

    第3回ソフトマター研究会  2013 

     More details

  • The osmotic second virial coefficient of hydrophobic solutes in aqueous solution

    The 7th Mini-Symposium on Liquids  2013 

     More details

  • 濡れ転移の多様性について

    公益社団法人 新化学技術推進協会 先端科学・材料技術部会 コンピュータケミストリ分科会  2012 

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  • Methane in cold and hot water

    The Third Symposium in Commemoration of International Exchange Agreement between Faculty of Science, University of Copenhagen, Denmark and Graduate School of Natural Science and Technology, OKayama Un  2012 

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  • Hydrophobes in Water/Water in Nanotubes

    Seminar  2012 

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  • Lennard-Jones溶液における疎水効果

    次世代ナノ統合シュミレーションソフトウェアの研究開発 第5回公開シンポジウム  2011 

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  • 疎水性水和と溶媒誘起相互作用

    第5回領域研究会  2011 

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  • General View on Solvation in Water and Simple Liquids

    第1回ソフトマター研究会  2011 

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  • 疎水性水和の微視的描像のアンサンブル依存性

    第63回コロイドおよび界面化学討論会  2011 

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  • 疎水性水和の熱力学

    2011年日本化学会西日本大会  2011 

     More details

  • 疎水効果と4℃の水の関係

    第34回溶液化学シンポジウム  2011 

     More details

  • A general view on Hydrophobicity

    7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics  2011 

     More details

  • A general view on solvation of apolar solutes in water and in simple liquids

    5th Mini-Symposium on Liquids  2011 

     More details

  • 疎水性水和の特殊性と一般性

    理研シンポジウム 動的水和構造と分子過程Ⅳ  2010 

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  • 疎水性水和と溶媒誘起相互作用

    第163回化学コロキウム  2010 

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  • 界面における相転移

    「実在系の分子理論」成果とりまとめシンポジウム  2010 

     More details

  • First, second, and higher-order wetting transitions

    International Symposium on Non-equilibrium Soft Matter 2010  2010 

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  • First, second, and higer-order wetting transitions at fluid interfaces

    11th Granada* Seminar on Computational and Statistical Physics  2010 

     More details

  • 均一・不均一液体の統計力学

    集中講義  2010 

     More details

  • Introduction to homogeneous and inhomogeneous liquids

    IITS Course in Theoretical Physics for PhD Students  2010 

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  • 定圧過程と定積過程でみた疎水効果(疎溶媒効果)

    日本物理学会  2010 

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  • 定圧及び定積条件でみた溶媒和熱力学量とその意味、新学術領域研究 水を主役としたATPエネルギー変換

    共溶媒効果に関する勉強会  2010 

     More details

  • Introduction to homogeneous and inhomogeneous liquids

    IITS Course in Theoretical Physics for PhD Students  2010 

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  • ソフトな界面における連続濡れ転移

    日本物理学会  2009 

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  • Wetting transitions and the line tension

    The 4th LSW Symposium on Soft & Wet Matter  2009 

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  • 疎水環境下における水の構造・相転移・ダイナミクス

    実在系の分子理論 研究交流会  2009 

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  • Hydrophobic Solutes in Water and Water in Hydrophobic Pores

    International Symposium between Shaanxi Normal University and Okayama University  2009 

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  • 濡れ転移の密度汎関数モデルから何がわかるか

    九州大学物性基礎論コロキウム  2009 

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  • ナノ細孔内液体の構造・吸着・固液相転移

    ナノ統合拠点分子科学WG物性科学WG共同連続研究会  2009 

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  • 連続濡れ転移の特長と条件

    特定領域研究 ソフトマター物理 第4回領域研究会  2009 

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  • 濡れ転移近傍における線張力

    第61回コロイドおよび界面化学討論会  2008 

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  • An infinite-order wetting transition

    100th Statistical Mechanics Meeting  2008 

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  • カーボンナノチューブ内の水およびアルゴンの構造と固液相転移

    第1回界面科学研究会  2008 

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  • 制約空間および界面における凝集相構造と相転移

    日本物理学会  2008 

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  • Line tension on approach to wetting transitions

    Max Planck Institute for Metals Research Ringberg meeting Soft Matter at Interfaces 2008  2008 

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  • 液体の統計力学理論と分子シミュレーションの基礎と応用

    分子科学若手の会夏の学校  2008 

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  • 不均一系の分子シミュレーション

    第3回分子・物質シミュレーション中核拠点形成事業人材育成講座「分子シミュレーションスクール -基礎から応用まで-」  2007 

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  • カーボンナノチューブ内の水および単純液体の相転移

    フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム  2007 

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  • 界面における水の構造と相転移

    第9回花王研究奨励賞受賞記念講演  2007 

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  • 物理・化学のおもしろさ:身近なことから最先端の話題まで

    進路啓発セミナー  2007 

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  • 不均一系の相転移

    液体化学夏の学校  2007 

     More details

  • Phase Transitions of Confined Water and Simple Liquids

    Institute of Theoretical Physics Seminar  2007 

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  • 濡れ転移近傍における密度分布と線張力

    分子シミュレーション討論会  2007 

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  • 細孔内の水とアルゴンの相転移と相図

    自然科学研究機構計算科学研究センター スーパーコンピューターワークショップ 超高速シミュレーターが切り開く分子科学の諸相:若手研究者による理論・方法論展開とその展望  2006 

     More details

  • ナノチューブ内の単純液体の構造,相転移,相図

    日本物理学会第61回年次大会, シンポジウム『分子シミュレーションと熱力学量』  2006 

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  • Line tension and adsorption equation for the three-phase contact

    日本物理学会秋期大会  2006 

     More details

  • 三相接触線における線張力と吸着式

    第20回分子シミュレーション討論会  2006 

     More details

  • ナノチューブ中の水、水溶液:制約空間がもたらす新規な物性と相転移ダイナミクス

    次世代ナノ生体物質・次世代エネルギー合同グループ会議  2006 

     More details

  • ナノ細孔内の単純液体および水の相転移

    分子シミュレーション夏の学校  2005 

     More details

  • 疎水性細孔内の水の相転移 Phase transitions of water confined in hydrophobic pores

    第58回コロイドおよび界面化学討論会  2005 

     More details

  • 学術賞受賞講演

    第19回分子シミュレーション討論会  2005 

     More details

  • 疎水効果と水の相転移

    理論化学シンポジウム  2004 

     More details

  • 疎水効果の熱力学と微視的模型

    立命館大学理工学研究所プロジェクト研究シンポジウム  2004 

     More details

  • Phase transitions in confined water

    14th International Conference on the Properties of Water and Steam (14th ICPWS)  2004 

     More details

  • Phase transitions of quasi-one-dimensional and quasi-two-dimensional water

    International Symposium on "Physicochemistry of Water and Dynamics of Materials and the Earth --- Structures and Behaviors of the Thin Film Water ---",  2003 

     More details

  • Model of freezing in one-dimensional liquids

    88th Statistical Mechanics Conference: A Celebration of Elliot Lieb's 70th Birthday.  2002 

     More details

  • Correlation between Hydrophobic Attraction and the Free Energy Hydration

    第25回溶液化学シンポジウム  2002 

     More details

  • How does water freeze inside carbon nanotubes?

    Horizons in Complex Systems,  2001 

     More details

  • Phase equilibria and phase transitions of water confined in Q2D and Q1D geometries

    NATO Advanced Research Workshop ---New kinds of phase transition---,  2001 

     More details

  • Phase behavior of water confined in a slit nanopore

    AIRAPT-17  1999 

     More details

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Awards

  • 日本物理学会若手奨励賞

    2007  

     More details

    Country:Japan

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  • 花王研究奨励賞

    2007  

     More details

    Country:Japan

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  • 分子シミュレーション研究会学術賞

    2005  

     More details

    Country:Japan

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Research Projects

  • Theoretical Modeling of Surfactant Aggregation Behavior

    Grant number:20H02696  2020.04 - 2024.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    甲賀 研一郎

      More details

    Grant amount:\15990000 ( Direct expense: \12300000 、 Indirect expense:\3690000 )

    ミセル形成要因のひとつである疎水基同士の会合に関する理論研究を進展させた.疎水基部位の会合は,界面活性剤分子の疎水基部位集団が水溶液からの「分離」して,ミセルの核を形成することを意味する.この現象の駆動力は,疎水性分子の水への低溶解度(疎水効果)と疎水性分子間の引力相互作用(疎水性相互作用)の2つの効果である.本年度は,疎水性溶質の溶解度および疎水性相互作用に関する理論的研究を引き続き行った.まず第一に,水溶液中の疎水性溶質の溶媒和自由エネルギーに対するイオン添加効果の一般的性質の起源を解明した.イオンサイズが小さいほど,そのイオンによる塩析効果が大きい.前年度の研究では,イオン周囲の水和水の構造が塩析効果を決めていることまでを明らかにした.本年度は,イオン添加効果を定量化するために用いられるセチェノフ係数を与える一般式を導出し,それに基づく解析を行った.この式は溶質-水間相関関数積分と溶質-イオン間相関関数積分との差によって,セチェノフ係数が与えられるという簡単な式であるが,応用範囲は広く,今後実験結果の解釈に役立つものであると期待できる.また,イオン添加効果に限らず,様々な化学成分の添加効果も基本的に同じ式を用いて調べることができる.塩析効果に関して,特にカチオンサイズ依存性に注目した研究では,リチウムイオンの例外的挙動の解明に取り組んだ.分子動力学シミュレーションおよび自由エネルギー計算を実行し,水和殻の構造を解析し,リチウムイオンの場合,水分子の配向が強く制限されることにより,水和水の低密度化が起こることを突き止めた.この結果はJ. Phys. Chem. Bに発表された.また,複数のアルコール分子種について溶媒和自由エネルギーを効率よく計算する手法の開発を進めた.その結果,平均場近似を部分的に用いることにより高効率計算ができることがわかった.

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  • Understanding solvent-mediated forces with diverse responses to ions, co-solvents, and temperature

    Grant number:18KK0151  2018.10 - 2023.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))  Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

    甲賀 研一郎, 岡本 隆一, 墨 智成, 望月 建爾

      More details

    Grant amount:\17940000 ( Direct expense: \13800000 、 Indirect expense:\4140000 )

    (1)水溶液中の疎水性溶質の溶媒和自由エネルギーに対するイオン添加効果について予備的な分子動力学シミュレーション計算を進め,今後の研究方針を固めた.第一に,電荷をもったイオンの場合,既存の分子間相互作用ポテンシャルがイオン水溶液の基礎物性をうまく再現することができないという点を確認し,ポテンシャルを改良することを試みた.その結果,イオンの電荷qをそのまま用いるのではなく,分子分極を考慮するために,一定の割合でqを減少させることにより,総合的に基礎物性がうまく再現できることを確認した.今後,このイオンポテンシャルを用いて,疎水性分子の溶媒和エネルギーに対するイオンの添加効果をイオン種毎に明らかにし,その機構を解明する.
    (2)溶質溶解度に対するイオン添加効果を定量化するために用いられるセチェノフ係数を溶液構造を反映する相関関数積分によって与える式を導出した.この式を用いて,イオン種および溶質分子種に依存するセチェノフ係数の大小を溶液の微視的構造から理解することができる.
    (3)シニョリンとよばれる人工タンパク質の水溶液中における安定性の機構を液体の密度汎関数理論とシミュレーションを組み合わせた方法により,解明した.その結果,従来の定説とは反対に,溶媒誘起力はタンパク質の折り畳み構造を不安定化させる方向に寄与しており,タンパク質分子内直接相互作用が折り畳みにおける駆動力であることが定量的に示された.この結果は,疎水効果が折りたたみ構造を安定化させるという既存仮説を否定するが,一般的なタンパク質に関する熱測定や部位突然変異体導入に基づく結論と一致する.

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  • Phase Transitions of Water in Nanopores

    Grant number:15H05474  2015.04 - 2019.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (A)  Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

    Mochizuki Kenji, Koga Kenichiro, Sumi Tomonari, Matsumoto Masakazu, Ben-Amotz Dor, Molinero Valeria

      More details

    Grant amount:\24180000 ( Direct expense: \18600000 、 Indirect expense:\5580000 )

    Using molecular dynamics simulations and theoretical methods, we have studied the influence of confined space and solute on the phase behavior of water. We showed the potential solid-liquid critical point of water in carbon nanotube and the formation of ice between a pair of antifreeze proteins even at room temperature. Furthermore, we investigated the mutual relationship between the structural change of macromolecule and its hydration shell, and the promotion/depression of freezing of water by macromolecules.

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  • Theoretical Study of the Hydrophobic Effect Under Varying Environments

    Grant number:26287099  2014.04 - 2018.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    Koga Kenichiro

      More details

    Grant amount:\15730000 ( Direct expense: \12100000 、 Indirect expense:\3630000 )

    What we have learned from this project is summarized as follows. First, the mean-field approximation of liquids is capable to reproduce the solvation free energy, μ, and the hydrophobic interaction, w(r), and one can understand mechanisms of the temperature T, pressure p, salt concentration c dependences of μ and w(r). Second, in each mode of T, p, and c variations, there exist linear correlations between μ and w(rc) with rc the contact distance between hydrophobic solute molecules. Third, the mean-field approximation is extended to inhomogeneous fluid systems and temperature dependences of local μ(z) are now understood based on the mean-field approximation. Fourth, a model hydrophobic polymer, which we devised, undergoes upon heating a coil-to-globule conformation change in water near room temperature. The mechanism of the hydrophobic collapse is clarified.

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  • Theory of Surface Phase Transitions and Inhomogeneous Fluids

    Grant number:23340122  2011.04 - 2015.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    KOGA Kenichiro

      More details

    Grant amount:\15730000 ( Direct expense: \12100000 、 Indirect expense:\3630000 )

    Various kinds of wetting phenomena are commonly observed. The origin of the variety, however, has long been unknown. Here we built an analytically solvable model of wetting transitions, solved it, and found the conditions under which the model gives the first-order, second-order, continuously varying order, and infinite-order wetting transitions. We also studied the effect of thermal fluctuations on wetting transitions.
    We proposed the method for calculating the second osmotic virial coefficient B of hydrophobic molecules in water. For an aqueous solution of methane, we found that B is positive at low temperatures, decreases with increasing temperature, and becomes very negative at high temperatures. This indicates that the hydrophobic molecules in water, overall, repel each other at low temperature and they attract each other at high temperature. We also studied how far the hydrophobic effect persists as a hydrophobic solute approaches the liquid-vapor interface of water.

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  • Hydration and transport phenomena of ions in nano pores and ion channels

    Grant number:21245006  2009 - 2012

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    TANAKA Hideki, MATSUMOTO Masakazu, KOGA Kenichiro, OHKUBO Takahiro, OHMINE Iwao

      More details

    Grant amount:\27170000 ( Direct expense: \20900000 、 Indirect expense:\6270000 )

    We examine structure, phase behavior, and transport process in an ideal model of ion channel to establish a microscopic view of dynamics of ions. Anisotropic and limited hydrations of ions in a nano space are investigated by molecular dynamics simulations as well as peculiar phase behaviors of water in a nano space. In addition, we propose a strategic method to search for a new clathrate hydrate by investigating the selectivity of its crystalline structure, which is another type of confinement.

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  • ソフトな界面における一次および連続濡れ転移の発現機構の解明

    Grant number:21015021  2009 - 2010

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特定領域研究  特定領域研究

    甲賀 研一郎

      More details

    Grant amount:\3700000 ( Direct expense: \3700000 )

    1.前年度比引き続き,濡れ転移の微視的モデルである平均場密度汎関数モデルの研究を行った。これに対応する現実系は,炭化水素(液体)とその蒸気の界面をエタノール(液体)が濡らすようなものである。このような系は,炭化水素の種類により,一次濡れ転移と連続濡れ転移を示すが,濡れ転移の挙動を左右する因子については明らかになっていない。われわれのモデルは二つの熱力学的変数a,bをもつ。bは温度,圧力,化学ポテンシャル,あるいはそれらの組み合わせに対応する熱力学的場の変数であり,aは成分1と成分2の密度ブロファイルの減衰長の比ξ1/ξ2を表す。この2変数平面上における濡れ転移の相図を明らかにした。変数aが濡れ転移の次数を決定する因子であることを示し,さらにこれまで提案されてきた固体表面の濡れ転移,超伝導の濡れ転移,磁性体の濡れ転移のモデルとの関連を明らかにすることができた。
    2.濡れ転移が連続転移として起こるための必要条件を解析的に示すことに成功した。これは上のモデルに関して,2成分密度ρ1,ρ2平面における濡れ軌道と非濡れ軌道を界面を濡らす相の密度近傍で解析的に求め,それらが連続転移で相似であることを要求することにより得られた結果である。他の濡れ転移のモデル系および現実系における濡れ挙動を判定するための必要条件へと拡張することが今後の課題である。

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  • Phase transitions of inhomogeneous liquids in pores or at interfaces

    Grant number:20550017  2008 - 2010

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)  Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    KOGA Kenichiro, WIDOM Benjamin, JOSEPH O. INDEKEU

      More details

    Grant amount:\4940000 ( Direct expense: \3800000 、 Indirect expense:\1140000 )

    Liquids confined in narrow pores (e.g., water in carbon nanotubes, oxygen in meso-porous materials, etc) and fluids at interfaces (e.g., interfaces between oil and water) exhibit phase transitions or complex phase behavior that would never be observed for bulk fluid phases. A goal of our theoretical study is to extract and understand some fundamental properties in confined and interfacial fluids. Statistical mechanics and computer simulation are the tools to study these problems. With these approaches we found several key factors determining phase behavior of argon in nanopores and revealed four kinds of wetting transitions in a standard mean-filed density functional model.

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  • Fluctuation and Chemical Reaction in Low-dimensional Condensed Phase

    Grant number:18066011  2006 - 2009

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas  Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

    TANAKA Hideki, KOGA Kenichiro, MISHIMA Osamu

      More details

    Grant amount:\41300000 ( Direct expense: \41300000 )

    Phase transitions and phase behaviors of water in confined spaces have been investigated with a statistical mechanical theory and molecular simulations. Examined are a phase behavior of water confined in quasi one dimensional spaces and the thermodynamic stability of clathrate hydrates containing hydrogen on the basis of a newly developed theory and simulation methods.

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  • 疎水環境下の水の相転移および疎水効果

    Grant number:16685003  2004 - 2006

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(A)  若手研究(A)

    甲賀 研一郎

      More details

    Grant amount:\23270000 ( Direct expense: \17900000 、 Indirect expense:\5370000 )

    球形粒子系の最密充填構造と相図
    分子動力学シミュレーション及びエネルギー極小構造解析によって,不均一系の多様な相挙動は水などの複雑液体に限らず,円筒状細孔内に拘束されたアルゴンのような単純液体にも見られることを明らかにした.まず,シミュレーションによって得られた構造の解析から,最密充填構造は三角格子の折り畳み方法と一対一対応するという予想を提案した.これより,なぜ直径の変化とともに,様々な準一次元結晶構造および螺旋構造が現れるのかが説明できた.第二に,長距離相互作用が存在しなくても準一次元系において一次相転移的相変化が観測されることを示した.さらに圧力-直径面および温度-直径面の相図が正確に得られ,低温では鋭い相境界が存在し,高温になると境界が明確でなくなることを明らかにした.
    カーボンナノチューブ内の水の構造と相挙動
    カーボンナノチューブ内の水の分子動力学シミュレーション及びエネルギー極小構造解析によって,これまでに報告のない準一次元氷の構造を複数見いだし,それらの固相が係わる水の相転移挙動を明らかにした.今回見つかった氷の構造は外層を形成する水とその内部に存在する水からなり,Filled ice nanotubeと呼ぶことができる.外層の構造を開いて二次元にすると四角格子となる点は,以前我々が見いだしたN角形型アイスナノチューブと同様であるが,四角格子の巻き方により,結晶構造と螺旋構造が合われることが明らかになった.外層の内側に存在する水は秩序構造をとらないことが明らかになった.
    線張力の理論
    疎水性表面の濡れ現象と密接に関連する線張力の理論的計算を行った.ギブズの表面吸着式を単純に線吸着に拡張した式では,線張力が接触線の位置の選び方に依存するという結果をもたらす.この最近明らかになった事実を説明するために,新しい線吸着の式を導いた.また平均場密度汎関数モデルの数値計算を行い,以上の事実と新しい吸着式の妥当性を確認することができた.

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  • ナノスケール空間内の水の相挙動と相転移ダイナミクス

    Grant number:12740322  2000 - 2001

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 奨励研究(A)  奨励研究(A)

    甲賀 研一郎

      More details

    Grant amount:\1500000 ( Direct expense: \1500000 )

    準2次元(スリット状)および準1次元(カーボンナノチューブ状)細孔内に拘束された水の相挙動を分子シミュレーションに基づき調べた。細孔壁が疎水性であり、かつ細孔サイズがナノメートル程度である場合、無秩序な水素結合ネットワークをもつ液相と完全な水素結合ネットワークをもつ固相との間の特異な相転移と相平衡が存在する可能性が明らかになった。
    1 スリット状細孔内(疎水壁間)の水
    壁に平行な方向の圧力テンソルを一定に保ち温度を徐々に下げていくと、液体からほぼ完全な水素結合をもつアモルファス相への相変化が起こることを示した。アモルファス相は二層の水分子からなり、層内では水素結合の6員環のみならず5,7,および8員環が存在し、先に見つかった6員環のみからなる準2次元の結晶相とは異なる構造をもつ。しかし水素結合ネットワークにはほとんど欠陥がなく、拡散係数もバルクの氷と同じ程度であることがわかった。この結果は水のPolyamorphic転移(無秩序相間の相転移)の存在を初めて明確に示したものである。
    2 カーボンナノチューブ内部の水
    カーボンナノチューブ内部に水を閉じこめ高温相(液体状態)から徐々に温度を下げていくと、低温相は4員環が一次元方向につながった氷(四角アイスナノチューブ)であることがわかった。カーボンナノチューブの直径を調整することにより、低温相が五角形、六角形、および七角形のアイスナノチューブとして存在することも明らかになった。液相と六角および七角形のアイスナノチューブ相の間の相転移は鋭い一次相転移であるが、液相と四角および五角形のアイスナノチューブ相のと間の相変化は温度および圧力を変化させる経路により連続的である場合と一次相転移である場合があることがわかった。等温曲線、自由エネルギー、および構造秩序変数の計算結果から、準1次元系において固液平衡の臨界点が存在する可能性を示した。

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Class subject in charge

  • Advanced practice in scientific presentation (2025academic year) special  - その他

  • General Chemistry 1 (2025academic year) Third semester  - 金1~2

  • General Chemistry 1 (2025academic year) Third semester  - 金1~2

  • Internship for advanced research (2025academic year) special  - その他

  • Seminar in Molecular Science (Theoretical Physical Chemistry) (2025academic year) Other  - その他

  • Seminar in Molecular Science (Theoretical Physical Chemistry) (2025academic year) Year-round  - その他

  • Leadership and SDGs(Innovative Chemistry) (2025academic year) Prophase  - 金1~2

  • Leadership and SDGs(Innovative Chemistry) (2025academic year) Prophase  - 金1~2

  • Introduction to Innovative Chemistry (2025academic year) Prophase  - 水3~4

  • Research Seminar in Chemistry (2025academic year) special  - その他

  • Research Seminar in Chemistry (2025academic year) Other  - その他

  • Chemical Experimental Methods 1 (2025academic year) 1st semester  - 月5,木5,金5

  • Chemical Experimental Methods 2 (2025academic year) Second semester  - 月5,木5,金5

  • Chemical Experimental Methods 3 (2025academic year) Third semester  - 月5,木5,金5

  • Chemical Experimental Methods 4 (2025academic year) Fourth semester  - 月5,木5,金5

  • Chemical Experiments 1 (2025academic year) 1st semester  - 月6~8,木6~8,金6~8

  • Chemical Experiments 2 (2025academic year) Second semester  - 月6~8,木6~8,金6~8

  • Chemical Experiments 3 (2025academic year) Third semester  - 月6~8,木6~8,金6~8

  • Chemical Experiments 4 (2025academic year) Fourth semester  - 月6~8,木6~8,金6~8

  • Chemical Experiments I (2025academic year) 1st and 2nd semester  - 月5~8,木5~8,金5~8

  • Chemical Experiments II (2025academic year) 3rd and 4th semester  - 月5~8,木5~8,金5~8

  • Global seminar in interdisciplinary science (2025academic year) special  - その他

  • Liquid State Theory (2025academic year) Prophase  - その他

  • Physical Chemistry 1 (2025academic year) 1st semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry 2 (2025academic year) Second semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry 3 (2025academic year) Third semester  - 月3~4

  • Physical Chemistry 4 (2025academic year) Fourth semester  - 月3~4

  • Physical Chemistry Ⅰ (2025academic year) 1st and 2nd semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry Ⅱ (2025academic year) 3rd and 4th semester  - 月3~4

  • Topics in Material Chemistry 1 (2025academic year) Concentration  - その他

  • Advanced Study (2025academic year) Other  - その他

  • Advanced Study (2025academic year) Other  - その他

  • Advanced Study (2025academic year) Prophase  - その他

  • Seminar in Theoretical Physical Chemistry (2025academic year) Other  - その他

  • Seminar in Theoretical Physical Chemistry (2025academic year) Year-round  - その他

  • Advanced Course of Interdisciplinary Science (2025academic year) Prophase  - その他

  • Statistical Mechanics (2025academic year) Late  - その他

  • Statistical thermodynamics (2025academic year) Prophase  - 月5~6

  • Thesis Research (2025academic year) special  - その他

  • Thesis Research (2025academic year) Other  - その他

  • Thesis Research 1 (2025academic year) special  - その他

  • Thesis Research 2 (2025academic year) special  - その他

  • General Chemistry 1 (2024academic year) Third semester  - 金1~2

  • General Chemistry 1 (2024academic year) Third semester  - 金1~2

  • Seminar in Molecular Science (Theoretical Physical Chemistry) (2024academic year) Other  - その他

  • Seminar in Molecular Science (Theoretical Physical Chemistry) (2024academic year) Year-round  - その他

  • Physical Chemistry 1 (2024academic year) 1st semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry 1 (2024academic year) 1st semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry 2 (2024academic year) Second semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry 3 (2024academic year) Third semester  - 月3~4

  • Physical Chemistry 4 (2024academic year) Fourth semester  - 月3~4

  • Physical Chemistry Ⅰ (2024academic year) 1st and 2nd semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry Ⅱ (2024academic year) 3rd and 4th semester  - 月3~4

  • Seminar in Theoretical Physical Chemistry (2024academic year) Year-round  - その他

  • Seminar in Theoretical Physical Chemistry (2024academic year) Year-round  - その他

  • Statistical Mechanics (2024academic year) Late  - その他

  • Statistical Mechanics (2024academic year) Late  - その他

  • Statistical thermodynamics (2024academic year) Prophase  - 月5~6

  • General Chemistry 1 (2023academic year) Third semester  - 金1~2

  • General Chemistry 1 (2023academic year) Third semester  - 金1~2

  • Seminar in Molecular Science (Theoretical Physical Chemistry) (2023academic year) Year-round  - その他

  • Physical Chemistry 1 (2023academic year) 1st semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry 2 (2023academic year) Second semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry 3 (2023academic year) Third semester  - 月3~4

  • Physical Chemistry 4 (2023academic year) Fourth semester  - 月3~4

  • Physical Chemistry Ⅰ (2023academic year) 1st and 2nd semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry Ⅱ (2023academic year) 3rd and 4th semester  - 月3~4

  • Seminar in Theoretical Physical Chemistry (2023academic year) Year-round  - その他

  • Seminar in Theoretical Physical Chemistry (2023academic year) Year-round  - その他

  • Statistical Mechanics (2023academic year) Late  - その他

  • Statistical Mechanics (2023academic year) Late  - その他

  • Statistical thermodynamics (2023academic year) Prophase  - 月5~6

  • Statistical thermodynamics (2023academic year) Prophase  - 月5~6

  • Topics in Molecular Chemistry 1 (2022academic year) Concentration  - その他

  • Advanced Molecular Chemistry (2022academic year) Prophase  - 月5~6

  • Physical Chemistry 1 (2022academic year) 1st semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry 2 (2022academic year) Second semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry 3 (2022academic year) Third semester  - 月3~4

  • Physical Chemistry 4 (2022academic year) Fourth semester  - 月3~4

  • Physical Chemistry Ⅰ (2022academic year) 1st and 2nd semester  - 月1~2

  • Physical Chemistry Ⅱ (2022academic year) 3rd and 4th semester  - 月3~4

  • Seminar in Theoretical Physical Chemistry (2022academic year) Year-round  - その他

  • Statistical Mechanics (2022academic year) Late  - その他

  • Introduction to Interdisciplinary Science 2 (2021academic year) Prophase  - 水1,水2

  • Physical Chemistry 1 (2021academic year) 1st semester  - 月1,月2

  • Physical Chemistry 2 (2021academic year) Second semester  - 月1,月2

  • Physical Chemistry 3 (2021academic year) Third semester  - 月3,月4

  • Physical Chemistry 4 (2021academic year) Fourth semester  - 月3,月4

  • Physical Chemistry Ⅰ (2021academic year) 1st and 2nd semester  - 月1,月2

  • Physical Chemistry Ⅱ (2021academic year) 3rd and 4th semester  - 月3,月4

  • Seminar in Theoretical Physical Chemistry (2021academic year) Year-round  - その他

  • Statistical Mechanics (2021academic year) Late  - その他

  • Statistical thermodynamics (2021academic year) Prophase  - 月5,月6

  • Physical Chemistry 3 (2020academic year) Third semester  - 月3,月4

  • Physical Chemistry 4 (2020academic year) Fourth semester  - 月3,月4

  • Physical Chemistry Ⅱ (2020academic year) 3rd and 4th semester  - 月3,月4

  • Seminar in Theoretical Physical Chemistry (2020academic year) Prophase

  • Seminar in Theoretical Physical Chemistry (2020academic year) Year-round  - その他

  • Statistical Mechanics (2020academic year) Late  - その他

  • Statistical thermodynamics (2020academic year) Prophase  - 火3,火4

  • Quantum Chemistry 3 (2020academic year) Third semester  - 木3,木4

  • Quantum Chemistry 4 (2020academic year) Fourth semester  - 木3,木4

  • Quantum Chemistry II (2020academic year) 3rd and 4th semester  - 木3,木4

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