プラズマ気液界面反応場における溶媒和電子の診断と反応過程の解明
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21J11632
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 14030:Applied plasma science-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
稲垣 慶修 北海道大学, 大学院工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 水和電子 / 溶媒和電子 / プラズマ・液体相互作用 / 水ジェット / レーザー誘起脱溶媒和 / プラズマ液体相互作用 / 光励起脱溶媒和 |
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| Outline of Research at the Start |
液体を介在させたプラズマの応用技術は、通常の溶液科学とは異なるユニークな反応プロセスを発現させる可能性を秘めている。しかし、現状これらの反応過程については未解明である点が多く、阻んでいる要因の1つに液相側界面層に局在する溶媒和電子の反応を調べる実験技術が存在しないことが挙げられる。
そこで、本研究では光励起脱溶媒和と呼ばれる物理過程に着目した。光励起脱溶媒和は、結合エネルギー以上の光子が照射された際に溶媒和電子の溶媒和が解け、気相に自由電子として飛び出す現象である。この現象を用いて、液相側界面近傍層の溶媒和電子を選択的に検出する分光技術を新規に開発、診断を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は, 液体電極大気圧直流グロー放電の水陰極において, 水分子のイオン衝突電離によって生成された溶媒和電子(水和電子)の検出に取り組んできたが, プラズマから電子が輸送され, 液相側界面近傍層で水和するような環境にある水陽極では, シースの影響から水和電子を検出することができなかった。プラズマから輸送されてきた電子が界面近傍で溶媒和する様子を観察したいというニーズは依然としてあり, 2022年度は低ガス圧プラズマ/水ジェット装置において水和電子の検出に取り組んだ。低ガス圧プラズマ/水ジェット装置は, 水をマイクロオーダーの直径を持つ微細流として噴出させ, 下流部で凍らせてトラップすることで, 数10 mTorrオーダーの低ガス圧プラズマ中において液体の水を導入することができる装置である。水ジェットに電圧を印加することで, プラズマと水の電位差をコントロールし, 正イオン照射下および電子照射下の水表面の水和電子のキネティクスを統合的に調べることに成功した。また, 照射するNd:YAGレーザー波長を変え, レーザー誘起脱溶媒和信号の光子エネルギー依存性を調べた。モンテカルロシミュレーションから得られた(2021年度に実施)量子効率と比較すると, 驚くべきことに, 計算で得られた光電子スペクトルより低光子エネルギー側に著しく高い量子効率を示した。この成果は, プラズマと水の界面で生成された水和電子が, 通常の水和電子よりもエネルギー状態が高いことを示唆している。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
