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実験と理論計算の連携による溶液界面構造の微視的解明

Research Project

Project/Area Number 20038003
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

森田 明弘  Tohoku University, 大学院・理学研究科, 教授 (70252418)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大内 幸雄  名古屋大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (60194081)
宮前 孝行  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノテクノロジー部門, 研究員 (80358134)
Project Period (FY) 2008 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2008: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Keywords和周波発生 / 電解質水溶液 / 表面・界面 / 分子動力学シミュレーション
Research Abstract

溶液界面の微視的な構造情報を得るために、和周波発生(SFG)分光と分子動力学(MD)シミュレーションは代表的な手法として広く認識されている。本研究では、代表者が開発してきたSFG分光の理論解析手法に基づいて、代表者(森田)による界面のMD計算と分担者(大内、宮前)によるSFG実験との緊密な共同研究を推進し、溶液界面の構造を精密に解析する方法論を実証することを目的としている。
本年度は、イオン液体および硫酸水溶液の界面を対象として、SFG実験とMD計算との精密な比較・検討を実施した。イオン液体は、アルコールなど極性がほぼ同等の他の液体と混ざらずに液液界面を形成する。これは従来の化学的な常識に合わない結果であり、界面構造の特徴を解明する必要がある。和周波分光とMD計算によって、イオン液体とアルコールの界面では、アルキル基の多い疎水的な領域が存在することを示唆する結果を得た。また硫酸水溶液の界面は、大気中における硫酸エアロゾルの表面反応の場を与えるものであるが、表面でのイオン解離平衡を含めた分子レベルの構造は不明であった。本研究では和周波実験と分子シミュレーションの共同で、表面層において硫酸種のイオン解離平衡がバルク中とほぼ同等であることを明らかにした。これは表面層における酸解離平衡において、イオン種を区別して検出した初めての例となった。

Report

(2 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (47 results)

All 2010 2009 2008 Other

All Journal Article (14 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (32 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 'Half hydration' at the air/water interface revealed by HD-ESFG spectroscopy, polarization SHG, and MD simulation2010

    • Author(s)
      渡邊秀和、山口祥一、Sen Sobhan、森田明弘、田原太平
    • Journal Title

      J.Chem.Phys 132

      Pages: 144701-144709

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    • Author(s)
      森田明弘、石山達也
    • Journal Title

      J.Chem.Phys 131

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  • [Journal Article] Vibrational Spectroscopic Response of Intermolecular Orientational Correlation at the Water Surface2009

    • Author(s)
      森田明弘、石山達也
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.C 131

      Pages: 16299-16302

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  • [Journal Article] 水の界面でイオンの織りなす構造…大気化学からホフマイスター系列まで2009

    • Author(s)
      森田明弘
    • Journal Title

      化学 64 12月号

      Pages: 68-69

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    • Author(s)
      Iwahashi T., Nishi T., Yamane H., Miyamae T., Kanai K., Seki K., Kim D., Ouchi Y.
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.C. 113

      Pages: 19237-19243

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    • Author(s)
      Kanai K., Nishi T., Iwahashi T., Ouchi Y., Harada Y., Shin S., Seki K
    • Journal Title

      J.Electron Spectros.Rela.Phenom. 174

      Pages: 110-115

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    • Author(s)
      Iwahashi T., Nishi T., Yamane H., Miyamae T., Kanai K., Seki K., Kim D., Ouchi Y.
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.C. 113

      Pages: 19237-19243

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      Miyamae T., Miyata Y., Kataura H.
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.C. 113

      Pages: 15314-15319

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      宮前孝行
    • Journal Title

      硫酸と工業 62

      Pages: 1-5

    • NAID

      40016631927

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      岩橋崇、大内幸雄
    • Journal Title

      液晶 13

      Pages: 185-195

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      宮前孝行
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      コンバーテック 433

      Pages: 84-87

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      A. Morita, T. Ishiyama
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys 10

      Pages: 5801-5816

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      A. Morita, B.C. Garrett
    • Journal Title

      Flu. Dyn. Res 40

      Pages: 459-473

    • NAID

      10021168426

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      T. Miyamae, A. Morita, Y. Ouchi
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys 10

      Pages: 2010-2013

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      岡崎
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      日本分光学会高感度表面・界面分光部会第2回シンポジウム
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      産総研つくばセンター
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      2009-12-25
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      豊田理研特別課題研究「核形成の学理と応用」第3回研究会
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      京都
    • Year and Date
      2009-11-07
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      三井化学マテリアルサイエンス研究所講演会
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      三井化学袖ヶ浦センター
    • Year and Date
      2009-08-21
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  • [Presentation] Buried interfaces of ionic liquids studied by nonlinear vibrational spectroscopy2009

    • Author(s)
      Ouchi Y.
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      Mejiro International One-day Symposium on Ionic Liquids - Structure and Dynamics
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      Gakushuin Univ., Mejiro, Japan
    • Year and Date
      2009-06-30
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  • [Presentation] Surfaces and interfaces of ionic liquids -How the alkyl chains align?-2009

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      The 7th joint IRTG symposium
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      University of Munster and Nagoya University, Univ.Munster, Munster, Germany
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      Ouchi Y
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      森田明弘
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      New York, NY, USA
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      森田明弘
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      Telluride, CO, USA
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      森田明弘
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      今村貴子、石山達也、森田明弘
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      名古屋
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      白鳥和矢、石山達也、森田明弘
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      第3回分子科学討論会
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      名古屋
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  • [Presentation] 水-有機溶媒界面のSFGシミュレーション2009

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      佐藤祐史、石山達也、森田明弘
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      石山達也、森田明弘
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  • [Presentation] 分子動力学と二次非線形分光を用いた空気/水界面における分子配向と溶媒和構造の研究2009

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      渡邊秀和、山口祥一、Sen Sobhan、森田明弘、田原太平
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      森田明弘
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      Ouchi Y
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      Lotte City Hotel, Seoul, Korea
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  • [Presentation] Theoretical Phase Analysis of Nonlinear Susceptibility for Water Surface2009

    • Author(s)
      森田明弘
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    • Place of Presentation
      Seoul, Korea
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  • [Presentation] 非線形分光で見えてきた液液界面と固液界面の新しい構造2009

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      大内幸雄
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      理研シンポジウム「表面・界面を観る非線形分光の新しい展開」
    • Place of Presentation
      理化学研究所、和光市
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  • [Presentation] 和周波発生分光のMDシミュレーションの展開と応用2009

    • Author(s)
      森田明弘
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      理研シンポジウム「表面・界面を観る非線形分光の新しい展開」
    • Place of Presentation
      理化学研究所、和光市
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      宮前孝行
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      理研シンポジウム「表面・界面を観る非線形分光の新しい展開」
    • Place of Presentation
      理化学研究所、和光市
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  • [Presentation] 埋もれた界面の構造解析のための和周波分光の理論と計算科学2009

    • Author(s)
      森田明弘
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      第56回応用物理学会
    • Place of Presentation
      筑波大学、つくば市
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  • [Presentation] Molecular Dynamics Analysis of Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy2008

    • Author(s)
      A. Morita
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      Telluride Science Conference on Nonlinear Optics at Interfaces
    • Place of Presentation
      Telluride, CO, USA
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  • [Presentation] Interface Structure of Electrolyte Aqueous Solutions Studied by a Comb ination of Sum Frequency Generation Spectroscopy and Molecular Simul ation2008

    • Author(s)
      A. Morita
    • Organizer
      Telluride Science Conference on Liquid and Solid Aqueous Surfaces and Interfaces
    • Place of Presentation
      Telluride, CO, USA
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      2008 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://comp.chem.tohoku.ac.jp/

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Published: 2008-04-01   Modified: 2018-03-28  

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