液液界面に生じさせたレーザープラズマフィラメントによる化学反応誘起

• Project Area: Creation of Science of Plasma Nano-Interface Interactions
• Project/Area Number: 24110718
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 八ツ橋 知幸 大阪市立大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70305613)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2013: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2012: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: フェムト秒レーザー / 水酸化ラジカル / 炭素ナノ粒子 / 親水性・疎水性 / ナノ界面 / ２液相反応 / 逐次酸化反応 / 元素組成制御 / プラズマフィラメント / ナノ粒子

Research Abstract

本研究は液－液界面に発生させたプラズマによる有機化合物の高効率反応の開発を行うことを目的とし、有機／水二層溶液の水層にフェムト秒レーザーを集光照射することで、単一溶媒に比べて遙かに効率よく親水性、そして疎水性の炭素ナノ粒子を生成することに成功した。試料調製直後に、界面から離れた位置にレーザー照射を行うと誘導期間を経て界面から黒色粒子が発生する。水中で生成したナノ粒子が界面で凝集し、目視可能なマイクロメートルサイズの凝集体となって観測されたと思われる。逆に試料調製から１日置き、界面に近い位置にレーザー照射を行うと誘導期間なしで水中から発生した粒子が目視できた。いずれも分散したものは直径20 nm程度の粒子であった。また、試料調製直後であっても、攪拌しつつレーザー照射することで分散性の高い疎水性粒子を作ることにも成功した。赤外吸収測定により親水性の原因は水酸基であり、ラマン散乱測定により親水性、疎水性粒子共に典型的な炭素粒子の骨格を有していることが明らかになった。一方、シクロヘキサンおよびノルマルヘキサンではナノ粒子の生成は見られなかった。飽和炭化水素では水酸化が生じているものの、ナノ粒子に繋がるような炭素ネットワーク形成が起こらなかったものと思われる。トルエンではナノ粒子生成は起きたものの量は少なく、ベンジルラジカル形成によりナノ粒子生成が阻害されたと思われた。ナノ粒子の元素組成を制御するためベンゼンの代わりにヘキサフルオロベンゼンを用い、ベンゼンと同様に親水性疎水性粒子を作り分けることに成功した。ＸＰＳ測定によりフッ素の存在が確認され、ＴＥＭ測定よりいずれの粒子も直径20 nm程度であったことから、フッ素含有の親水性・疎水性炭素ナノ粒子が生成したと結論した。本手法では炭素源となる有機層を選択することにより炭素ナノ粒子の元素組成制御が可能であることを示すことが出来た。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Change of Metal Ions in Solution by Femtosecond Laser Excitation Accompanied by White-Light Laser (2014)
  • Author(s): Nakashima,N.; Yamanaka, K.; Itoh, A.; Yatsuhashi T.
  • Journal Title: Chin. J. Phys. Volume: 52 Pages: 504-518
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coulomb Explosion of Dichloroethene Geometric Isomers at 1 PWcm-2 (2013)
  • Author(s): Yatsuhashi T.; Nakashima, N.; Azuma, J.
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A Volume: 117 Issue: 7 Pages: 1393-1399
  • DOI: 10.1021/jp310361x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reduction of Yb(III) to Yb(II) by Two-Color Two-Photon Excitation (2013)
  • Author(s): N. Nakashima, K. Yamanaka, T. Yatsuhashi
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A Volume: 117 Issue: 35 Pages: 8352-8359
  • DOI: 10.1021/jp402194g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] レーザーイオン化の基礎と応用 (2013)
  • Author(s): 八ッ橋知幸
  • Journal Title: 光学 Volume: 42 Pages: 530-538
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel Method of Producing Carbon Nanoparticles on Benzene/Water Interface with Femtosecond Laser Plasma Filament (2012)
  • Author(s): Yatsuhashi T. ; Uchida, N. ; Nishikawa, K
  • Journal Title: Chem. Lett Volume: 41 Issue: 7 Pages: 722-724
  • DOI: 10.1246/cl.2012.722
  • NAID: 130004426632
  • Peer Reviewed
• [Presentation] レーザープラズマフィラメントによる親水性・疎水性炭素ナノ粒子の生成 (2014)
  • Author(s): 八ッ橋知幸、濵口智行
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Invited
• [Presentation] Organic Nanoparticles Formation by Pulsed-Laser irradiation to liquid/liquid Interfaces (2014)
  • Author(s): Yatsuhashi, T.
  • Organizer: 9th International Conference on Photo-excited Processes and Applications
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根）
  • Invited
• [Presentation] Chemical Reactions on Liquid/liquid Interface Induced by Laser Plasma Filament (2013)
  • Author(s): T. Hamaguch, T. Yatsuhashi
  • Organizer: The 17th Osaka City University International Symposium
  • Place of Presentation: 大阪市立大学 大阪
  • Year and Date: 2013-02-04
• [Presentation] 有機/水界面に発生させたレーザープラズマフィラメントによる炭素ナノ粒子の生成 (2013)
  • Author(s): 八ッ橋知幸、濵口智行
  • Organizer: 液中およ び異相界面へのレーザー照射により形成される高エネル ギー密度反応場とその応用に関する研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Invited
• [Presentation] レーザープラズマフィラメントによる化学反応の検討 (2013)
  • Author(s): 宮坂枝里奈、八ッ橋知幸
  • Organizer: 光化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
• [Presentation] レーザープラズマフィラメントによるベンゼン/水界面を介した親水性・疎水性炭素ナノ粒子の生成 (2013)
  • Author(s): 濵口智行、八ッ橋知幸
  • Organizer: 光化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
• [Presentation] Novel Method of Producing Carbon Nanoparticles on (2012)
  • Author(s): T. Yatsuhashi, N. Uchida, K. Nishikawa
  • Organizer: International Union of Materials Research Societies-International Conference on Electronic Materials 2012
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜 横浜
  • Year and Date: 2012-09-23
• [Presentation] 液液界面に生じさせたレーザープラズマフィラメントによる化学反応誘起 (2012)
  • Author(s): 八ッ橋知幸、内田直子、西川華世
  • Organizer: 光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 東京
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Remarks] Yatsuhashi's Home Page
  • URL: http://www.laserchem.jp/
• [Remarks] 大阪市立大学 大学院理学研究科 物質分子系専攻 光物理化学研究室
  • URL: http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/chem/laser/laser.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/chem/laser/laser.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.laserchem.jp